Molekularbiologie

Entdecke die Welt der leuchtenden Bakterien: Einführung in die Klonierung

Dieser Kurs bringt im wahrsten Sinne des Wortes „Licht“ in die Technik der Klonierung.  Auf einem Plasmid ist das Gen für ein grün-fluoreszierendes Protein (GFP) codiert. Dieses stammt ursprünglich aus einer Tiefseequalle und wird in Bakterien übertragen. Im Ergebnis fluoreszieren die Bakterien ebenfalls. Das Plasmid trägt zusätzlich ein Operon, so dass die Bakterien nur dann „leuchten“, wenn der Repressor deaktiviert ist.

Im Schülerexperiment wird das Plasmid zunächst mit unterschiedlichen Enzymen geschnitten. In der anschließenden Gelelektrophorese werden die entstandenen Fragmente ausgewertet. Der Rest des Plasmids wird in Bakterien transformiert. Diese Bakterien werden auf Agarplatten zur Selektion ausplattiert.

Methoden:
Restriktionsanalyse
Agarose-Gelelektrophorese
Transformation von chem. kompetenten Bakterien mittels Hitzeschock
Selektion auf  antibiotikahaltigen Agarplatten

Themen:
workflow der Klonierung
Plasmide
Lac Operon

Für wen? ab 11. Klasse

Preis: 13,00 Euro pro Schüler:in

Teilnehmer: 10 bis 20

Die Kinderdemenz NCL (Neuronale Ceroid Lipofuszinose) ist eine seltene Erbkrankheit. Bei den NCL-Patienten kommt es durch eine Mutation zu krankhaften Protein- und Lipidablagerungen in den Zellen und zu einem massiven Absterben von Nervenzellen. Die Ursache für die juvenile NCL (auch CLN3 genannt) ist eine Deletion im CLN3-Gen auf Chromosom 16.

Im Kurs wird die Weitervererbung dieser Krankheit bei einer betroffenen Familie nachgestellt. Die Schülerinnen und Schüler erhalten (fiktive) DNA Proben von verschiedenen Familienmitgliedern und weisen mittels PCR die Mutation im CLN3-Gen nach. Eine Gelelektrophorese im Anschluss an die PCR gibt Auskunft, welche Familienmitglieder betroffen sind. Es kann unterschieden werden, ob die Familienmitglieder heterozygot oder homozygot betroffen sind. Nur im letzteren Fall wird die Krankheit auch ausbrechen, während ein „Träger“ noch eine intakte Kopie des Gens besitzt, was ihn schützt. Die defekte Version kann jedoch an Nachkommen weitergegeben werden.

Methoden:
PCR
Gelelektrophorese

Themen:
Unterschiedliche Arten von Mutationen und deren Auswirkungen
Stammbaumanalyse

Kursdauer: 4 h

Für wen? Wir empfehlen diesen Kurs für die 10. Klasse

Preis: 13,00 Euro pro Schüler:in

Bei Klassen mit mehr als 16 Schülern nutzen Sie die Möglichkeit zwei Labore zu buchen.

Teilnehmer: 10 bis 16

In diesem Kurs werden Lebensmittel aus Berliner Supermärkten auf Spuren von gentechnisch veränderter Soja untersucht. Dabei kommt die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) zum Einsatz.

Seit 1996 werden in zunehmendem Maße gentechnisch veränderte Pflanzen auf Feldern angebaut. Dies gilt vor allem für die USA, Kanada und China, wo der Anbau zugelassen ist. In der Europäischen Union gibt es eine sehr intensive Biosicherheitsforschung, die vor einer Zulassung von genetisch modifizierten Sorten untersucht, ob deren Anbau negative Auswirkungen auf die Umwelt oder den Menschen haben könnte. Für Lebensmittel gilt in Deutschland eine Kennzeichnungspflicht für gentechnische Veränderungen. Aber lässt sich bei einem globalisierten Weltmarkt immer alles kontrollieren?

Methoden:
Isolation von DNA aus Supermarkt- und Biomarkt-Produkten
PCR: Amplifikation des Gen-Konstrukts (round up ready)
PCR: Amplifikation eines spezifischen Soja-Gens (Lectin)
Nachweis der PCR Amplifikate mittels Agarose-Gelelektrophorese

Diskutiert werden die gesundheitlichen, ökologischen und sozioökonomischen Chancen und Risiken der grünen Gentechnik.

This course is available in English!

Für wen? ab 11./12. Klasse (Vorkenntnisse empfohlen!)

Preis: 13,00 Euro pro Schüler:in

Teilnehmer: 10 bis 20

Schüler:innen isolieren DNA aus ihren eigenen Zellen und und führen mit dieser eine PCR durch.

Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) ist heute eine Standardmethode in jedem Genlabor. In der Medizin können mit der PCR Krankheitserreger noch vor Ausbruch der Krankheit identifiziert werden, in der Lebensmittelanalytik können winzigste Spuren von gentechnisch veränderten Pflanzen oder Allergenen (z.B. Spuren von Erdnüssen) nachgewiesen werden. Wenn mittels der PCR definierte Bereiche der humanen DNA untersucht werden, können damit Menschen eindeutig identifiziert werden. Dies kommt z.B. bei Verwandtschaftsanalysen, oder in der Kriminalistik zum Einsatz. In diesem Versuch werden mit einem Wattestäbchen Zellen aus der Mundschleimhaut entnommen aus denen die DNA isoliert wird. Mittels der PCR wird eine nichtkodierte Sequenz auf dem Chromosom 1 untersucht. Die anschließende Gelelektrophorese wird Aufschluss geben, ob die Schüler:innen homo-oder heterozygot in diesm Lokus sind.

Methoden:
Isolation von DNA aus Zellen der Mundschleimhaut
PCR: Amplifikation eines VNTR-Lokus auf Chromosom 1
Nachweis der PCR Amplifikate mittels Agarose-Gelelektrophorese

This course is available in English!

Für wen? ab 10. Klasse (Vorkenntnisse empfohlen!)

Preis: 13,00 Euro pro Schüler:in

Teilnehmer: 10 bis 20

Mit der CRISPR-Technologie ist vor einigen Jahren ein neues Werkzeug für die Molekularbiologie entdeckt worden. Wie schon Restriktionsenzyme und Plasmide stammt die Entdeckung aus der Forschung an Bakterien. Mit dieser Methode können Gene gezielt ausgeschaltet werden. Schülerinnen und Schüler können die CRISPR-Technologie eigenhändig in unserem Labor durchführen. Dazu schalten sie in Bakterien ein Gen aus, das für die Blaufärbung verantwortlich ist. Der Erfolg kann bereits mit bloßem Auge erkannt werden, da die Bakterien dann nicht mehr blaue, sondern weiße Kolonien bilden. Anschließend wird der CRISPR-Erfolg auf molekularer Ebene mittels PCR nachgewiesen.

Methoden:
Transformation von chem. kompetenten Bakterien mittels Hitzeschock
Selektion auf  antibiotikahaltigen Agarplatten
Colony PCR zur Kontrolle des konck outs eines Gens durch Cas9
Nachweis der PCR Amplifikate mittels Agarose-Gelelektrophorese

Themen als kurze Wiederholung:
CRISPR/Cas
Lac Operon
Klonierung, Plasmide
PCR
Anwendungsbeispiele von CRISPR/Cas9

Kursdauer: 4 h
Molekularbiologische Vorkenntnisse sind unbedingt erforderlich, da der Kurs den Fokus auf praktisches Arbeiten legt. Grundlagen der CRISPR-Technik werden nicht vermittelt. Grundlagen zu Klonierung, Plasmide, Transformation, Lac Operon und PCR werden vorausgesetzt!

Preis: 13,00 Euro pro Schüler:in

Teilnehmer: 10 bis 20

Mit CRISPR/Cas9 können Bakterien so verändert werden, dass sie auf der Petrischale weiß statt blau erscheinen. Bakterien wie Escherichia coli produzieren das Enzym Lactase (β-Galactosidase), das die farblose Substanz X-Gal zu einem blauen Farbstoff umwandelt, was zu blauen Kolonien führt. Das Gen, das für die Produktion der Lactase und somit für die Blaufärbung verantwortlich ist, wird lacZ genannt. Die CRISPR-Technologie ermöglicht es, dieses Gen gezielt auszuschalten, indem es auf Plasmiden codiert und durch Transformation in die Bakterien eingebracht wird. Mittels PCR und Gelelektrophorese wird im Anschluss der CRISPR-Erfolg kontrolliert.

In den Inkubationszeiten bieten wir den Schülern die Gelegenheit, sich im Rahmen einer Ethikdiskussion intensiv mit der neuen Technologie auseinanderzusetzen. Dabei beleuchten wir die Chancen und Risiken, die in dieser neuen molekularbiologischen Technik stecken. Wo liegen die Grenzen? 

Methoden:
Transformation von chem. kompetenten Bakterien mittels Hitzeschock
Selektion auf  antibiotikahaltigen Agarplatten
Colony PCR zur Kontrolle des konck outs eines Gens durch Cas9
Nachweis der PCR Amplifikate mittels Agarose-Gelelektrophorese

Themen:
CRISPR/Cas
Lac Operon
Klonierung, Plasmide
PCR
Diskussion für Chancen und Risken 

Kursdauer: 6 h

Für wen? ab 12. Klasse.
Durch das 6stündige Kursformat, ergibt sich die Möglichkeit intensiv auf alle Themen des Genetiksemesters einzugehen. Der Kurs eignet sich daher gut als Abiturvorbereitung.

Bitte beachten Sie: Der Kurs wird nur im Frühjahr angeboten. 

Preis: 15,00 Euro pro Schüler:in

Teilnehmer: 10 bis 16

Enzymen bei der Arbeit zuschauen! 

In unterschiedliche Experimentierstationen wird die Funktion, die Aktivität sowie die pH- und Temperaturabhängigkeit der Lactase untersucht. Doch anstatt Milchzucker zu verstoffwechseln, baut die Lactase in unseren Versuchen das Molekül ONPG ab – dabei entsteht ein gelbes Produkt, dessen Zunahme direkt beobachtet werden kann. Die Schüler nutzen für die Auswertung nicht nur ihre Augen, sondern auch Photometer, die das entstehende Produkt exakt messen. Besonders spannend: Dank der guten Kameras heutiger Smartphones treten diese als Photometer im Vergleich zu den Laborgeräten an. So können die Schüler entdecken, wie sie mit einfachen Mitteln wissenschaftliche Daten sammeln und analysieren können.

Am Ende des Kurses stellen die einzelnen Gruppen ihre Ergebnisse vor und zeigen, was sie herausgefunden haben. So wird nicht nur das Experimentieren selbst, sondern auch der Austausch und die Präsentation wissenschaftlicher Erkenntnisse gefördert.

Versuch (alle Gruppen):
zeitlicher Verlauf der Enzymreaktion, gemessen am Handy-Photometer
Computersimulation zur Michaelis Menten Kinetik
Versuche (Stationsarbeit):
Abhängigkeit vom pH-Wert
Abhängigkeit von der Temperatur
Abhängigkeit von der Substratkonzentration
Abhängigkeit von Hemmstoffen
Versuche (nur Leistungskurs):
Versuchsreihe zur Michaelis Menten Kinetik am Photometer

Kursdauer: 6 h

Für wen? ab 11. Klasse 

Preis: 15,00 Euro pro Schüler:in

Teilnehmer: 10 bis 20