Polymerase Kettenreaktion (PCR)

Aufbauend auf langer Erfahrung erlernen die Schülerinnen und Schüler die wichtigsten Elemente der Arbeit von Biologinnen und Biologen sowie BTAs. Nach der Isolierung eigener DNA können die Schülerinnen und Schüler Fragmente in einer Polymerase Kettenreaktion (PCR) vervielfältigen und an dem Ergebnis herausfinden, ob sie in dem untersuchten Merkmal homo- oder heterozygot sind. So können die Schülerinnen und Schüler live und praxisnah erleben, was so in einem Molekularbiologie- Labor passiert, wenn von einem Tatort Proben genommen wurden und mittels genetischen Fingerabdrucks versucht wird, den Täter zu überführen.

Ablaufbeschreibung

Nach einer Einführung in die Regeln und Abläufe im Labor, werden die Schülerinnen und Schüler zunächst mit den verwendeten Geräten vertraut gemacht: Spannungsversorgung der Gele, Zentrifuge, Whirl und vor allem die automatischen Mikropipetten. Danach gehen wir zum eigentlichen Versuch über und isolieren in einem mehrstufigen Prozess DNA aus dem Mundspeichel der Schülerinnen und Schüler. In einer Sequenz von zentrifugieren, und pipettieren wird die DNA zwischenzeitlich auf miniaturisierten Säulen immobilisiert und anschließend mehrfach gewaschen. Diese gereinigte DNA wird dann mit Nukleotiden, Polymerase und Primern angesetzt. Dann wird eine Polymerase Kettenreaktion durchgeführt. Die verschiedenen Proben werden schließlich mit einem Fluoreszenz Farbstoff versetzt und gegen einen Längenstandard auf ein Agarosegel aufgetragen. Diese Gele und Gelkammern werden zum besseren Verständnis von den Schülerinnen und Schülern selbst aufgebaut. Anschließend werden die Ergebnisse an einem Fluoreszenz Fotometer ausgewertet und diskutiert.

Vorgesehene Experimente

• Pipettierübungen mit automatischen Pipetten.
• Gewinnung der eigenen DNA aus der Mundschleimhaut.
• Aufschluss der Zellmembran und Freisetzung der DNA.
• Ethanol Fällung von DNA und weitere Reinigungsschritte.
• Immobilisation von DNA auf Mini-Säulen.
• Reinigung und schließlich Elution der DNA.
• Ansetzen der Proben in Mikrogefäßen.
• Durchführung der Polymerase Kettenreaktion.
• Vorbereitung der Gele und Gelkammern.
• Auftragen der Proben und Durchführung der Gelelektrophorese.
• Auswertung der Gele auf einem Fluoreszenz Fotometer.
• Diskussion der Ergebnisse.

Lernvoraussetzungen

Die Schülerinnen und Schüler sollten…

Im Grundkurs:

• Den Grundsätzlichen Aufbau der DNA kennen.
• Den Aufbau von Zellen mit Membran und Kern beschreiben.
• Das Verhalten von Ladungen im elektrischen Feld verstehen.

Im Leistungskurs zusätzlich:

• Vorkenntnisse zu den Bedingungen und zum Ablauf von Polymerase Kettenreaktionen besitzen.
• ein grundlegendes Verständnis des Ablaufs einer gel-elektrophoretischen Trennung haben.

Anbindung an den KLP (getrennt nach GK, LK)

Lernform

Selbständige und angeleitete praktische Experimente unterstützt durch grundlegende Theorie