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Biologie

Forschung und Schule im Schülerlabor im Forschungszentrum Borstel

Am 20. und 21. November 2014 wurde dem Biologiekurs des 13. Jahrgangs, von Herrn Lukau, die Möglichkeit gegeben, im Forschungszentrum Borstel, einen genaueren Einblick in die Molekularbiologie zu erhalten. Dabei wurden zwei Versuche zu den Themen Plasmidisolierung und DNA- Vermehrung durch PCR, also der Erzeugung eines genetischen Fingerabdrucks, durchgeführt. Diese bauten auf das bereits im Unterricht Gelernte auf.

Am Abend des 19. Novembers trafen wir uns in der Jugendherberge Bad Oldesloe, die nur wenige Autominuten vom Forschungszentrum Borstel entfernt liegt, um dort einzuchecken. Der weiter Abend stand zur freien Gestaltung offen, wobei wir zuerst einmal Bad Oldesloe erkundet haben, um eine geeignete Möglichkeit zum Abendessen zu finden.

Am darauf folgenden Morgen (20. November 2014) fuhren wir alle gemeinsam, nach einem ausreichenden Frühstück, zum Forschungszentrum.

Dort angekommen wurden wir freundlich begrüßt und uns wurden die Sicherheitsbestimmungen nahe gelegt, woraufhin wir alle mit Laborkitteln ausgestattet wurden.

Als wir nun im Schülerlabor saßen wurde uns der Umgang mit den Arbeitsmaterialien, wie zum Beispiel den Mikropipetten, erklärt.

Daraufhin fingen wir mit dem ersten Versuch zur Plasmidisolierung und Transformation an. Bei einer Plasmidisolierung handelt es sich um eine Methode zur Isolierung der Plasmid-DNA aus dem Zytoplasma der Bakterien. Diese werden dann bei der Transformation in einen Bakterienstamm ohne Plasmide eingeschleust.

Uns wurden zwei Mutanten des Coli-Stamms JM109 gegeben (E.coli JM109/pBR322; E.coli JM109/pBR322/lacZ), wobei einer dieser Mutanten Laktose abbauen konnte (mit lacZ).

Als erstes sollten wir durch Zentrifugieren die Bakterien aus einer Übernachtkultur trennen. Im zweiten Schritt ging es darum die nicht benötigten Teile der Bakterien zu lösen (Lyse der Bakterien). Durch weiteres Zentrifugieren und mehrere Waschvorgänge (Zentrifugieren mit DNA-Waschpuffern) wurden dann das Lysat und die überschüssigen Bakterienteile abgetrennt, wodurch wir die reine Plasmid-DNA gewinnen konnten.

Die DNA-Plasmide wurden dann, im Laufe der Transformation, von uns zu einen kompetent gemachten E. coli-Stamm hinzugegeben. Nachdem wir damit fertig waren, wurde uns ein Ampicillin-haltiger Nährboden gegeben. Das Ampicillin war notwendig um die Bakterien, welche keine Plasmide aufgenommen hatten, zu eliminieren, da nur in die Bakterien mit den Plasmiden eine Resistenz gegen Ampicillin ausweisen.

Nun haben wir die Nährböden über Nacht in eine Wärmekammer gestellt, damit die Bakterienstämme wachsen konnten.

Als wir mit diesem Teil des ersten Versuchs fertig waren, gingen wir gemeinsam in der Kantine, des Forschungszentrums Borstel, essen.

Danach fuhren wir, gesättigt und gestärkt, mit dem zweiten Experiment fort. Hierbei ging es zunächst um die Isolierung der DNA aus den Mundschleimhautzellen, die wir mit einem Abstrich entnommen haben. Die Mundschleimhautzellen mussten wir nach dem Entnehmen, mit Hilfe von Hitze, aufbrechen, um die DNA zu erhalten, welche wir dann reinigten. Durch Primer, Proteine und Nukleotide, die wir der DNA zugegeben haben, haben wir erreicht, dass wir über Nacht mit der PCR (polymerase chain reaction) einen bestimmten Abschnitt der DNA vervielfältigten.

Nun war es mittlerweile später Nachmittag und wir fuhren wieder zur Jugendherberge wo uns dann der Abend zur freien Verfügung stand.

Auch der nächste Morgen (21. November 2014) begann wieder mit einem gemeinsamen Frühstück und der Fahrt zum Forschungszentrum Borstel.

Dort begannen wir dann mit der Auswertung des ersten Experiments. Auf unseren Nährböden waren blaue und weiße Bakterienkulturen zu sehen, wobei uns die Färbung verraten hat, welcher Bakterienstamm welches Plasmid aufgenommen hat.

Auch den zweiten Versuch haben wir nun mit der Polyacrylamid-Gelelektrophorese ausgewertet. Bei diesem Verfahren werden die DNA Stücke mit Hilfe eines elektrischen Stroms durch ein Gel gezogen.

Die kurzen DNA Stücke wandern dabei schneller als die langen DNA Stücke. Dadurch wird die, in der PCR kopierte, DNA nach ihrer Länge sortiert. Mit solch einem Verfahren werden zum Beispiel Vaterschaftstests durchgeführt, wobei bei diesen aber noch deutlich mehr verschiedene DNA Abschnitte nötig sind, um eine eindeutige Übereinstimmung mit der DNA des Kindes festzustellen (Mindestens neun).

Mit einem Vortrag zur Forschung, des Forschungszentrums Borstel, über Allergien endete unser interessanter, praxisnaher Ausflug nach Borstel. Wir danken den beteiligten Professoren des Forschungszentrums und Herrn Lukau für die Organisation und den Unterricht der etwas anderen Art. Wir würden den uns folgenden Jahrgängen diesen Ausflug wärmstens empfehlen, da er auch eine sehr gute Vorbereitung auf die anstehende Abiturprüfung ist.