Kurs Grüne Gentechnik 3

Experimente: Polymerase-Kettenreaktion, Plasmidisolierung, Restriktionsverdau, Agarose-Gelelektrophorese
Klassenstufe:
11-13

Dauer: 7,5 Std.
Materialkosten pro Person: 10 Euro
erforderliche Theoriekenntnisse: Aufbau der DNA, Basenpaarung, Doppelhelix, Anwendung der PCR, Taq Polymerase, Plasmide, Restriktionsenzyme, Antibiotika-Resistenz.

Die Verwendung von gentechnisch veränderten Pflanzen in Lebensmitteln wird in Politik und Wissenschaft, aber auch in der Öffentlichkeit, häufig diskutiert. Es geht dabei um eine wichtige in die Zukunft gerichtete Entscheidung. Das Thema "Grüne Gentechnik" bekommt also immer größere Bedeutung und sollte auch im Schulunterricht diskutiert werden. Die hier durchgeführten Versuche sind geeignet für die Klassen 11-13. Gruppengröße ist auf höchstens 22 Teilnehmer/innen beschränkt.

In diesem Praktikum werden die theoretischen Hintergründe der "Grünen Gentechnik" kurz dargestellt und in einem praktischen Laborteil verschiedene Lebensmittel auf gentechnische Veränderungen untersucht.

Dazu wird die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) angewendet und die vervielfältigten DNA-Abschnitte mit der Agarose-Gelelektrophorese nachgewiesen. Zusätzlich wird beispielhaft eine Plasmidisolierung durchgeführt.

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. Im Praktikumsversuch werden von den Teilnehmern selbst isolierte DNA-Proben mit einer PCR vervielfältigt und die Produkte dann mit der Technik der Agarose-Gelelektrophorese analysiert.

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. In der Gentechnik werden Plasmide als Vektoren verwendet, um Fremd-Gene in Bakterien einzuschleusen. Im Praktikum soll die Isolierung eines Plasmids aus einer Bakterienkultur durchgeführt werden. Der Nachweis der isolierten Plasmid-DNA erfolgt durch die Agarose-Gelelektrophorese.

Restriktionsverdau
Restriktionsendonukleasen
sind Enzyme, die DNA-Moleküle aufschneiden, wobei sie die Schnittstelle an einer spezifischen Nukleotidsequenz erkennen. Man nutzt sie in der Gentechnik zur Herstellung definierter DNA-Fragmente bzw. zum "Aufschneiden" eines Plasmids, um dann die Fragmente wieder zu neuen DNA-Molekülen zu rekombinieren. In diesem Experiment wird eine Restriktionsendonuklease verwendet, um die isolierten Plasmide in der Gelelektrophorese unterscheiden zu können.

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 PCR-Produkte, die isolierten Plasmide und die Restriktionsfragmente gelelektrophoretisch analysiert.