Gentechnik im Lübecker Offenen Labor – Ein Fachtag der Q2m

Gentechnisch arbeiten – das ist doch nur etwas für Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in hochmodernen Laboren an Orten, die kaum jemand kennt. Tatsächlich ist die praktische Arbeit mit DNA aber gar nicht so unerreichbar, wie man vielleicht denkt.

Die Oberstufenschülerinnen und -schüler des Freiherr-vom-Stein-Gymnasiums konnten genau das im „LoLa“, dem Lübecker offenen Labor, selbst ausprobieren. Im Mittelpunkt des Fachtages standen gentechnische Verfahren, mit denen genetische Veränderungen nachgewiesen werden können. Als Beispiel diente die Huntington-Krankheit – selbstverständlich nicht anhand echter Patientendaten, sondern mithilfe von DNA-Proben der beiden Mäuse „Bruno“ und „Agathe“.

Die Aufgabe: Wie viele Wiederholungen einer bestimmten Basensequenz sogenannter Short Tandem Repeats (STR's) befinden sich an einem festgelegten Genort auf der DNA der beiden Mäuse?
Finden sich auf dem menschlichen Chromosom 4 an der Stelle 4p16.3 mehr als 40 solcher STR's, so wir diese Person mit 100 % Sicherheit im erwachsenen Alter an der Huntigton Disease erkranken.

Um die Anzahl der Wiederholungen zu bestimmen, musste zunächst der betreffende DNA-Abschnitt mithilfe der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) millionenfach vervielfältigt werden. Anschließend wurden die entstandenen DNA-Fragmente mittels Gelelektrophorese nach ihrer Größe getrennt und ausgewertet.
Dafür benötigten wir zahlreiche Reagenzien wie Pufferlösungen, Nukleotide, Enzyme, Fluoreszenzfarbstoffe und Geräte wie Thermocycler, Zentrifuge und Vortexmischer – und vor allem ein ruhiges Händchen an der Mikropipette. Mit dieser wurden Flüssigkeitsmengen von teilweise nur 0,6 µl abgemessen. Das entspricht weniger als einem Tausendstel Milliliter. Solche Tropfen sind mit bloßem Auge kaum noch zu erkennen. Der ganze Versuch fand in sogenannten „Eppis“ statt, kleine Reaktionsgefäße  die kaum größer als die Kappe eines Tinentenkillers sind.
Trotz der winzigen Flüssigkeitsmengen, der langen Zutatenliste und der zahlreichen aufeinanderfolgenden Arbeitsschritte gelang die Untersuchung: Bei allen Teilnehmerinnen und Teilnehmern war das Ergebnis eindeutig erkennbar. Agathe (A) DNA besaß an dem untersuchten Genort etwa 200 Basenpaare (also 66 STR‘s), während Bruno (B) zwei verschieden Varianten dieses Gens besaß, eine mit ebenfalls 200 Basenpaaren und eine mit ungefähr 250 Basenpaaren, also ca. 17 STR‘s mehr.

Besonders eindrucksvoll war dabei der Gegensatz zwischen dem, was man sehen konnte, und der biologischen Bedeutung des Versuchs: Die verwendeten Flüssigkeiten blieben durchsichtig, die DNA-Moleküle selbst waren unsichtbar – und dennoch können bereits vergleichsweise kleine Veränderungen in der Struktur eines einzelnen Gens gravierende Auswirkungen auf einen Menschen haben. Bei der Huntington-Krankheit führt die genetische Veränderung langfristig zu einer fortschreitenden Schädigung von Nervenzellen. Betroffene verlieren zunehmend die Kontrolle über Bewegungen, geistige Fähigkeiten und sterben schließlich an dem Verlust grundlegender Körperfunktionen.
So wurde aus zunächst unsichtbaren Molekülen, winzigen Flüssigkeitsmengen und abstrakten Basensequenzen ein sehr konkreter Einblick in moderne Molekularbiologie und medizinische Diagnostik.

Ein beeindruckender Fachtag, der gezeigt hat, wie unmittelbar und praktisch Gentechnik erlebt werden kann.

Die Q2m