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Kurs Infektionsdiagnostik

Experimente: PCR, Plasmidisolierung, ELISA, Agarose-Gelelektrophorese
Klassenstufe: 11-13
Dauer:
ca. 8 Std.

Materialkosten pro Person: 11 Euro
erforderliche Theoriekenntnisse: Aufbau der DNA, Basenpaarung, DNA-Dopplhelix, Anwendung der PCR, Taq-Polymerase, Aufbau Plasmide, Antibiotika-Resistenz, Immunsystem.

In diesem Praktikum werden verschiedene wichtige und grundlegende Techniken kennengelernt, die beim Nachweis von Infektionserregern eingesetzt werden. Es sind gleichzeitig auch Techniken, die in vielen Lehrplänen für Schüler und Schülerinnen empfohlen werden. Die Techniken werden in einen Zusammenhang gestellt, der für Jugendliche einen Bezug zum Alltag hat - zumindest Themen anspricht, die für Jugendliche wichtig sind: HIV und AIDS, Antibiotika-resistente Bakterien und Malaria.

Plasmidisolierung
Plasmide sind kleine, ringförmige DNA-Moleküle, die in Bakterien neben der DNA des "Bakterienchromosoms" vorliegen können. Sie tragen Informationen, die den Bakterien einen Selektionsvorteil gegenüber Plasmid-freien Bakterien bringen. Häufig sind Plasmide Träger von Antibiotika-Resistenzen. Viele der problematischen Krankenhauskeime, die auch in Deutschland immer häufiger auftreten, besitzen solche Plasmide mit Antibiotika-Resistenzen und Krankheit-auslösenden Faktoren. In der Gentechnik werden modifizierte Plasmide als Vektoren verwendet, um Fremd-Gene in Bakterien einzuschleusen. In diesem Praktikumsteil wird die Isolierung eines Plasmids aus einer Bakterienkultur durchgeführt. Der Nachweis der isolierten Plasmid-DNA erfolgt anschließend durch die Agarose-Gelelektrophorese.

Polymerase-Kettenreaktion (PCR)
Die Polymerase-Kettenreaktion (kurz: PCR für engl. Polymerase Chain Reaction) ist eine Methode, um DNA zu vervielfältigen, ohne einen lebenden Organismus wie z.B. E.coli zu benutzen. Die PCR wird in biologischen und medizinischen Laboratorien für eine Vielzahl verschiedener Aufgaben verwendet, z.B. für die Erkennung von Erbkrankheiten, für das Erstellen genetischer Fingerabdrücke, für Vaterschaftstests, für das Klonieren von Genen und vieles mehr. In diesem Praktikumsversuch wird am Beispiel von Malaria-Infektionen mit einer PCR ein DNA-Fragment aus fiktiven "Proben von Probanden" vervielfältigt, das spezifisch für den Malaria-Erreger ist. Das PCR-Produkt wird dann in der Gelelektrophorese nachgewiesen.

Agarose-Gelelektrophorese
Die Agarose-Gelelektrophorese ist die übliche Technik, um die Größe der DNA-Moleküle zu bestimmen bzw. verschieden große Moleküle zu unterscheiden. In diesem Kurs werden die isolierten Plasmide und die PCR-Produkte gelelektrophoretisch analysiert.

ELISA
Eines der am häufigsten verwendeten immunologischen Nachweisverfahren für Infektionen und viele andere Anwendungen ist der ELISA ("Enzyme Linked Immuno Sorbent Assay"). Je nach Versuchsanordnung kann der ELISA zum Nachweis von Antigenen oder Antikörpern eingesetzt werden. Der Nachweis kann qualitativ, aber auch quantitativ erfolgen. In dem hier durchgeführten ELISA werden Proben von fiktiven Personen, die sich aufgrund eines Risikokontaktes möglicherweise gegenseitig mit HIV "infiziert" haben, auf ein infektionsspezifisches Antigen getestet. Indirekt soll durch den Versuch auch demonstriert werden, wie leicht und schnell sich HI-Viren verbreiten.