Michaelsschülerinnen experimentieren im Bereich der Gentechnik - auf den Spuren der "blue genes"

blab 52311 Kopie

der Biologie-Leistungskurs der Q1 war am 14.02.2018 zu Besuch im b!lab in Beverungen, dem Kooperationspartner des Gymnasiums St. Michael. Das b!lab ist ein Bio- und Genlabor, in dem Schülerinnen und Schüler naturwissenschaftliche Experimente im Bereich der Gentechnik durchführen können. Dei Schülerinnen des LKs lerneten dort ein Experiment mit dem Namen „Blue Genes“ kennen. "Blue Genes" ist ein Wortspiel, denn nach gelungener Transformation der "Escherichia coli Bakterien" entstehen blaue Bakterienkolonien.

Finja Schäfers, Isabel Göke und Joyce Nitschke berichten im Folgenden von ihren Eindrücken und den Forschungsergebnissen. 

blabG0087 20180215 150509632 Kopie

"Nach einer herzlichen Begrüßung wurden wir zuerst theoretisch auf den Versuch vorbereitet und die Vorgehensweise wurde uns genau erklärt.

Als Gentechnik bezeichnet man Verfahren, die es ermöglichen gezielte Veränderungen im Erbgut durchzuführen, also zum Beispiel eine neue Kombination von Genen zu erreichen, indem fremde DNA in einen Empfängerorganismus eingebaut wird.

Der Empfängerorganismus ist in unserem Fall das Escherichia-coli-Bakterium Stamm K12. Bei diesem Bakterium ist das lacZ-Gen defekt. Dieses Gen codiert das Enzym ß-Galactosidase, das natürlicherweise das Disaccharid Laktose in Galaktose und Glukose spaltet, und so dem Bakterium eine Nahrungsquelle erschließt.

In unserem Versuch übertragen wir ein funktionsfähiges lacZ-Gen auf die „defekten“ E-coli-Bakterien.

Die Fremd-DNA wird mithilfe eines Plasmids in den Empfängerorganismus eingebaut. Ein Plasmid ist ein ringförmiges extrachromosomales DNA-Molekül, das auch in der Natur in Bakterien vorkommt.

In der Gentechnik werden Plasmide verwendet, die künstlich hergestellt werden. Für unser Experiment wird  ein pUCD-Plasmid mit eingebauter Ampicillinresistenz (Ampicillin ist ein Antibiotikum) verwendet. 

Bei der Transformation wird das gesamte lacZ-Gen mit Hilfe des Plasmids pUCD in E. coli K12 übertragen und anschließend kloniert. Es wird also eigentlich den Bakterien ein Gen  zurückgegeben, dass sie natürlicherweise schon besäßen.

Somit kann der Stamm E. coli K12  wieder eine funktionsfähige ß-Galactosidase exprimieren. Dieses Enzym spaltet nicht nur das Disaccharid Laktose, es kann auch das synthetische Substrat 5-Brom-4-chlor-indolyl-ß-D-galaktosid (XGal) spalten, was dazu führt, dass ein blauer Indigofarbstoff entsteht. Bakterien, die das lacZ-Gen aufgenommen haben und exprimieren, bilden auf Nährböden mit X-Gal blaue Kolonien. 

Wenn blaue Bakterienkolonien entstehen, dann ist der Versuch also gelungen.

Bei den Experimenten lernten wir zahlreiche bio- und gentechnische Verfahren kennen.

Zur Überprüfung, ob die Restriktion (das Schneiden der DNA) funktioniert hat, haben wir eine Gelelektrophorese durchgeführt. 

Dabei wandern DNA-Fragmente unter Spannung durch ein poröses Gel und bilden nach einiger Zeit sogenannte Banden. Jede Bande besteht aus jeweils gleichlangen DNA Fragmenten. So entsteht ein Muster, das mit Hilfe von Vergleichsmustern entschlüsselt werden kann bzw. die verschiedenen Banden bestimmten Stoffen zugeordnet werden können. Dadurch kann festgestellt werden, ob die Spaltung der Plasmide bei der Restriktion funktioniert hat. 

Für die Gelelektrophorese musste erst ein Gel aus Agarose gekocht und anschließend gegossen werden. Damit die Proben später in das Gel gelangen können, muss vor dem Eingießen eine Art Kamm befestigt werden, sodass während des Erhärtens Taschen in dem Gelkissen entstehen. 

Während das Gel erhärtete, wurden die Proben für die Gelelektrophorese vorbereitet. 

Dafür mischte jede Gruppe jeweils die eigenen drei Proben mit einem blauen Auftragspuffer. Dieser enthielt flureszierende Phosphate, die sich an die DNA - Fragmente setzen und so nach der Gelelektrophorese unter UV-Licht das Muster der Banden anzeigen. Das bedeutete für die Gruppen mit dem ungeschnittenen pUCD, dass sie einen Teil des Restriktionsansatzes mit dem Puffer mischten. Das Gleiche wurde dann jeweils bei einem Vergleichmarker und dem ungeschnittenen pUCD gemacht. Wobei bei dem Marker noch steriles Wasser hinzugefügt wurde. Die Kontrollgruppen, gaben den Puffer zu dem geschnittenen pUCD- LacZ, sowie zu LacZ Genfragmenten und einem weiteren Vergleichsmarker. Bei den beiden Letzteren wurde wieder steriles Wasser dazugegeben. Währenddessen setzte sich der Puffer an die Proben und in kurzer Zeit entstanden die fertigen Lösungen.

Als das Gel genug erhärtet war, konnten die Proben in einer bestimmten Reihenfolge mit einer Eppendorfpipette in die Taschen eingefüllt werden. Anschließend wurde Spannung angelegt und die Fragmente begannen durch das Gel zum Gegenpol zu wandern. Die kürzesten Fragmente wanderten am schnellsten. 

Um nun die Plasmidringe in die Bakterien zu transferieren, wurden die E.coli- Bakterien kompetent gemacht, das heißt, die normalerweise für fremde DNA undurchlässige bakterielle Zellwand wurde durch eine Behandlung mit einer Calciumchloridlösung durchlässig gemacht, sodass die Zelle den Plasmidring besser aufnehmen konnte. Danach haben wir die verschieden Proben mit den Plasmidringen zu den E.coli- Bakterien hinzugegeben und die Bakterien mit einem Nährmedium „gefüttert“. Anschließend haben wir die Bakterien eine Stunde ruhen lassen und in der Zeit Petrischalen mit dem Nährboden mit dem Luria-Bertani-Nährmedium entweder mit Ampicillin oder „Xgal“ ausgestattet, damit man nachher sehen konnte, welche Bakterien das Plasmid mit dem lacZ- Gen aufgenommen haben. 

Dabei war es wichtig, möglichst steril zu arbeiten, sodass keine Fremdbakterien den Nährboden kontaminieren konnten. Glücklicherweise konnten wir einen sterilen Raum erzeugen, indem wir in der Nähe einer Bunsenbrennerflamme gearbeitet haben. Auf den Nährboden pipettierten wir mit der Eppendorfpipette die Bakterien und verteilten diese mit einem Glasstab, den wir unter dem Bunsenbrenner bearbeitet hatten. Dabei hat jeder eine Aufgabe zugeteilt bekommen, sodass wir die Bakterien nicht kontaminieren konnten oder einen Arbeitsschritt vergessen konnten. 

Nach einem anstrengenden Arbeitstag konnten wir leider noch nicht sehen, ob wir erfolgreich waren. Die Bakterienkolonien mussten erst einmal wachsen. So  verabschiedeten wir uns vom b!lab in Beverungen.

Jeder von uns war gespannt, wie die Bakterien sich zum nächsten Tag  vermehren.

Als die Ergebnisse uns geschickt wurden, konnten wir erkennen, dass sowohl weiße Kolonien (also Bakterien mit Ampicillinresistenz, aber ohne das lacZ-Gen) und auch blaue Kolonien (Bakterien mit dem lacZ- Gen, welches das „Xgal“ umgewandelt hatte) vorlagen. So war unser Versuch, die Plasmidringe mit dem lacZ- Gen in die E.coli- Bakterien einzuführen, erfolgreich!"

Text: Finja Schäfers, Isabel Göke und Joyce Nitschke 

Fotos: C. Schmidt

Erzbistum Paderborn realschule neu Grundschule St. Michael kloster neu LOGO Foerderverein St Michael Paderborn 108 LOGO VeSch St Michael Paderborn 108 Talent
dommusik neu mädchenkantorei neu bdkj neu museum neu liborianum neu tsc neu Bernhardinum
fhdw neu youtube neu DKMS neu 2017 mensa neu ionet neu  schule zukunft neu arbeitsagentur

Impressum

Datenschutzerklärung