Der genetische Fingerabdruck (Feb´19)

Praktische Unterrichtseinheit am KIT

Am 26.02.2019 stand anstatt des üblichen „die Schulbank drücken“ eine Exkursion ¬auf dem Lehrplan. Am „Karlsruher Institut für Technologie“ erwartete uns am diesem frostigen Dienstag ein Labor-Praktikum mit dem Gegenstand „Der genetische Fingerabdruck“. Die Basics, sowie das notwendige Know-how wurden uns in den vorangegangenen Unterrichtsstunden von unserer Fachlehrerin Frau Streb vermittelt:

Beim „genetischen Fingerabdruck“ handelt es sich um das individuelle Bandenmuster des persönlichen Erbgutes, das durch molekularbiologische Genanalyse gewonnen wird.

Der „genetische“ Fingerabdruck ist nicht mit dem Fingerabdruck der zehn Finger unserer zwei Hände zu verwechseln. Eines haben die Beiden jedoch gemein: Die Wahrscheinlichkeit, dass zwei Menschen den gleichen Fingerabdruck tragen, liegt bei 1:10 Milliarden.2019 02 KIT 3

Weiterhin handelt es sich beim „genetischen Fingerabdruck“ um ein molekulargenetisches Verfahren, das auf wie kein anderes Verfahren in seiner Ausführung dazu in der Lage ist, von dem genetischen Polymorphismus und der genetischen Diversität von Individuum zu Individuum, Zeugnis abzulegen. Es ist folglich wenig überraschend, dass er als kriminalpolitisches Instrument zur Verbrechensbekämpfung und der verifizierten Überführung Tatverdächtiger eingesetzt wird.

Dabei geht es eigentlich gar nicht um die „Gene“, denn nur 10% der humanen DNA sind codierend und ergo für Merkmalsausprägung verantwortlich. Die restlichen 90% sind nicht-codierend und übernehmen beispielsweise regulative Aufgaben im Erbgut. Für die Anfertigung eines „genetic fingerprinting“ sind ausschließlich die nicht-codierenden DNA-Sequenz-Abschnitte von Belang. Diese repetitiven DNA-Sequenzen werden oftmals short-tandem-repeats (STR) genannt, da sie sich in kurzen Sequenzen tandemartig hintereinander wiederholen – fünf bis zwanzigmal. Der genetische Fingerabdruck untersucht, und stellt hierbei die individuelle Wiederholungszahl dieser Sequenzen fest.

Um 08:30 Uhr trafen wir uns vor den Toren des KIT-Campus Nord und wurden von unseren Mentoren und Herr Dr. Schäfer mit Kaffee und Gebäck willkommen geheißen.

Nach einer kurzen theoretischen Einführung in die Materie, sowie der Besprechung des Zeitplanes und den Sicherheitsanweisungen, ging unser Praktikum dann in die Praxis über – das Labor –. Dort arbeiteten wir unter Aufsicht unserer Mentoren in kleinen Gruppen. Das Highlight des Praktikums war definitiv, dass wir am Ende des Praktikums unseren eigenen „genetischen Fingerabdruck“ – vorausgesetzt wir gingen die Anweisungen der Anleitung mit hoher Akribie Schritt für Schritt durch –in den Händen halten würden. Dieser einzigartigen Gelegenheit geachtet, war die Motivation groß. 2019 02 KIT 6

Aus unserer Mundschleimhaut isolierten wir unsere DNA (Erbgut), um diese entsprechend aufbereitet mithilfe der PCR-Methode für das weitere Vorgehen verwertbar zu machen.

Denn für die DNA-Analyse muss eine ausreichende Menge an DNA-Material zur Hand sein, dabei bedient man sich der „Polymerase Ketten-Reaktion“ (PCR), einer enzymatischen Methode, mit der in vitro milliardenfache Kopien der spezifischen DNA-Sequenzen generiert werden können.

Während der PCR, die mehr als eine Stunde in Anspruch nehmen würde, hatten wir Mittagspause, diese nutzen wir, um mit unseren Besucherausweisen bewaffnet das KIT-Gelände zu inspizieren und der Mensa des Campus einen Besuch abzustatten. Wohlgestärkt kamen wir an unseren Laborarbeitsplatz zurück, um die replizierten Sequenzen aus dem Thermocycler zu entnehmen, und unserem Ziel damit näher zu kommen.

Es folgte die Gelelektrophorese, bei dem die aufbereitete Emulsion aus DNA-Sequenzen und Hilfskomponenten auf ein gelartiges Trägermaterial gegeben werden. Legt man Strom an das Trägermaterial an, so beginnen die replizierten DNA-Fragmente zu wandern. Menschliche DNA-Fragmente sind negativ geladen, und je nach Dichte und Größe der Sequenzen, wandern diese unterschiedlich schnell in Richtung des Pluspols. Das dabei entstehende Abbild, bei dem sich die Sequenzen nach ihrer Größe auf dem Gel-Präparat „chronologisch“ anordnen liefert am Ende den genetischen Fingerabdruck - das Bandenmuster – eines Individuums.

Unser Kurs konnte hervorragende Resultate vorweisen, als wir die Aufnahmen der Gelelektrophorese in die Abschlussbesprechung einbrachten. Mit Stolz über unserer Leistung und auch ein wenig Ehrfurcht betrachteten wir das kleine Bild unseres kleinen eigenen genetischen Fingerabdrucks, denn die Dimensionen der Molekularbiologie sind schwer zu erfassen und nicht alltäglich.

Die Zeit verging wie im Flug und nach der Abschlussbesprechung um 16:30 verließen wir das Besucherzentrum, durchquerten die Pforten des KIT-Campus Nord und entfernten uns wieder aus der Welt der Molekularbiologie samt ihrer Forscher und tauchten wieder in die jetzt so riesig zu scheinende Realität ein.

2019 02 KIT 2Wir als Biologie-Kurs bedanken uns herzlich bei den Organisatoren, dem KIT und unserer Fachlehrerin Frau Streb. Die uns gewährten Einblicke in den Laboralltag, die Dimensionen der Genetik, sowie den KIT-Campus werden jedem von uns lange im Gedächtnis bleiben, denn die Gelegenheiten und Chancen, als Biochemie-Laborant getarnt dem doch sehr theorielastigen Schulalltag zu entfliehen und in die Welt der erlebten Praxis einzutauchen, sind rar.

WG 1/1 Jakob Westermann



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