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Der BIO LK Q1 und ein paar sehr interessierte Schüler:innen der GKs (Friends) treffen sich am 07.12.22 früh um 7 am Düsseldorfer Hauptbahnhof. Es geht nach Frechen in ein super ausgestattetes Labor. Dort sollen Untersuchungen des genetischen Fingerabdrucks aller Teilnehmenden vorgenommen werden. Es wird DNA aus den eigenen Mundschleimhautzellen untersucht.

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Wir sind auf dem Weg nach Köln und haben die Ticketkontrolle schon hinter uns… Wir frühstücken noch etwas und bereiten uns dann nochmal vor! 👍🫶🏼

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07:43 - Nochmal die Notizen durchschauen 

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07:43 - Nochmal die Notizen durchschauen 

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Vorbereitung ist bei Laborarbeiten alles. Wir haben uns alle in den letzten Wochen intensiv mit dem Thema DNA und DNA-Analysen beschäftigt und können es kaum erwarten, mehr über unsere eigene DNA zu erfahren. Wir werden einen DNA-Abschnitt auf unserem Chromosom 1 untersuchen, der für den Stoffwechsel des Menschen keine relevante Information enthält - deshalb wird er bei uns allen wahrscheinlich unterschiedlich sein.
Es sind aktuell 22 verschiedene Varianten (=Allele) dieses DNA-Abschnitts bekannt. Mal sehen, welche Allele wir haben.

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Wir haben sie gefunden. 1 Minute nachdem die Bahn weggefahren ist… Wir nehmen die nächste und schaffen es dank Puffer trotzdem noch rechtzeitig.

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Gleich kanns losgehen!

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Wir haben unterwegs eine Biologin auf dem Weg zu ihrer Arbeit kennengelernt! Super spannend!😃👩🏼‍🔬
Sie arbeitet genau in dem Bereich, zu dem wir letzte Woche im LK ein Pecha Kucha gehört haben. Durch das Gespräch haben wir nochmal einen anderen Blick auf das Thema Gentherapie bekommen.

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Nach 2 sehr lustigen Stunden sind wir endlich in Frechen angekommen. Der Tag kann beginnen.

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Wir wurden bei KölnPUB ganz herzlich empfangen. Es ging auch sofort los: wir haben alle Laborkittel und eine kurze Einweisung bekommen.

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Nina und Sophie üben das Pipettieren mit sehr angestrengten Blicken. Eigentlich sind die beiden nett!

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Erstmal wird nur mit Wasser geübt. Ist gar nicht so einfach am Anfang, genaue Mikroliter abzumessen. Aber nach kurzer Zeit haben wir es alle geschafft und sind bereit, unsere eigene DNA zu extrahieren.

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Wie man ein Eppendorf-Gefäß mit einer Hand richtig aufmacht 🖐👍

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 10:10  - Extraktion von Mundschleimhautzellen

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 10:10  - Extraktion von Mundschleimhautzellen

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Hier extrahiert Sena ihre Mundschleimhautzellen, indem sie 2 Milliliter Leitungswasser für 2 Minuten kräftig im Mund spült. Später soll aus diesen Zellen die DNA isoliert werden.

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Nach dem Umfüllen der Spucke, welche aus ihrem Mund entnommen wurde, ist Anouk etwas davon auf den Tisch getropft. Daher musste Sie lachen...

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10:14 - Mundschleimhaut-Extrakt zentrifugieren 

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10:14 - Mundschleimhaut-Extrakt zentrifugieren 

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Jetzt kommt die Zentrifuge zum ersten Mal ins Spiel, um schlussendlich die DNA der Zellen zu isolieren.
Beim Befüllen der Zentrifuge ist es wichtig, dass diese austariert ist. Dass kann durch die gleichmäßige Verteilung der Eppendorf-Gefäße erreicht werden. In diesem Schritt haben wir die Zentrifuge auf 2 Minuten und 8000 rpm (rounds per minute) eingestellt.

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Um die festen Zellbestandteile, die sich durch das Zentrifugieren als festes Pellet im Eppendorf-Gefäß abgesetzt haben, in der nächsten Reinigungslösung gleichmäßig zu verteilen, vortexen wir unsere Reaktionsbehälter. Dabei kribbelt es sehr stark in den Fingern. 👍

Vortexen ist Laborjargon für: kräftig schütteln mittels einer Maschine.

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"Es wird schon nicht explodieren."

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Johanna zeigt, wo sich ihre DNA derzeit befindet. Sie ist gebunden an ein mineralisches Material und wird mithilfe einer Pufferlösung von anderen Zellbestandteilen gereinigt. Diese Pufferlösung muss dann mittels Zentrifugation abgetrennt werden.

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Die DNA wurde jetzt von dem mineralischen Material gelöst, indem ein Lösemittel hinzugefügt wurde. Das wird nun abzentrifugiert. Nach dieser finalen Zentrifugation werden wir unsere isolierte DNA in den Händen halten.

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Nach super vielen Schritten haben wir nun die reine DNA aus unseren Mundschleimhautzellen isoliert. Diese wird jetzt millionenfach vervielfältigt. Der Prozess dazu heißt Polymerase-Kettenreaktion (polymerase chain reaction, PCR)

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Unsere DNA wird zusammen mit Nukleotiden, Primern und der Taq-Polymerase in den Thermocycler gegeben. Dort findet die gesamte PCR statt.
Der Thermocycler stellt automatisch in 30 ablaufenden Zyklen die 3 relevanten Temperaturen für die Vervielfältigung der DNA ein. Da das eine Stunde dauert, können wir eine entspannte Mittagspause machen.

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13:28 - Vorbereitung der Gel-Elektrophorese

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13:28 - Vorbereitung der Gel-Elektrophorese

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Nach der PCR müssen die Millionen Kopien des DNA-Stücks von Chromosom 1 umgefüllt und angefärbt werden. Das ist die Vorbereitung für den letzten Schritt des heutigen Labor-Praktikums: Die Gel-Elektrophorese.

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13.30 - Millionen Kopien in einer Spitze

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13.30 - Millionen Kopien in einer Spitze

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Nach der PCR liegt der eine Abschnitt unserer DNA, den wir genauer untersuchen wollen, nun millionenfach kopiert vor. Wir haben die kopierten DNA-Fragmente mit einem Farbstoff angefärbt, der auf grünes Licht reagiert. So können wir die DNA später nach der Gel-Elektrophorese gut sehen (DNA ist eigentlich farblos).

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Mina pipettiert ihre angefärbten DNA-Kopien in eine Tasche des Agarose-Gels. Jeweils 4 Teilnehmende geben ihre DNA-Kopien auf ein Gel. Das Gel befindet sich in einer leitfähigen Pufferlösung, die später an eine Gleichstromquelle angeschlossen wird.

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Chiara und Johanna sprechen nochmal genau die Methode der Befüllung der Taschen im Agarose-Gel durch, denn hier darf nichts schief gehen.

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Sophie trifft die Tasche optimal.

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Hier haben wir unsere DNA, die durch PCR vervielfältigt worden ist, in das Agarose-Gel pipettiert. Dabei mussten wir die DNA genau in die Taschen geben für ein gutes Ergebnis.

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Arthur und Youri sehen der negativ geladenen angefärbten DNA gebannt zu, wie sie vom Plus- zum Minuspol wandert. Da sie auf dem Weg durch ein stark vernetztes Gel wandern muss, kommen kürzere Stücke schneller durch als die längeren. Am Ende werden sie dank eines Längenstandards sehen, wie lang ihre kopierten DNA-Stücke sind.

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Die Gasentwicklung in der Pufferlösung am Minuspol entsteht dadurch, dass kleine Mengen Wasserstoffgas durch Elektrolyse entstehen. Daran kann erkannt werden, dass eine Spannung angeschlossen ist.

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Die Agarose-Gele werden nach etwa einer halben Stunde aus den Pufferlösungen genommen und können dann unter das grüne Licht gegeben werden. Bei manchen Teilnehmenden können klare Banden gesehen werden, bei anderen hat es leider nicht funktioniert (wahrscheinlich zu wenig genetisches Material).
Ein gelungenes Ergebnis der Gelelektrophorese (Banden sind sichtbar) zeigt, ob eine Person bezüglich des untersuchten Alles homozygot (hat 2 mal das gleiche) oder heterozygot (hat 2 unterschiedliche) ist.

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Links ist der Längenstandard zu sehen. Er zeigt, wie lang die DNA-Stücke sind. Rechts daneben können 2 Banden sehr deutlich erkannt werden. Diese Person ist bezüglich des untersuchten Allels eindeutig heterozygot.

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In dem Gel rechts können Banden bei Person 3 und 4 deutlich erkannt werden. Person 3 ist bezüglich des untersuchten Allels homozygot (es gibt nur eine Bande). Person 4 jedoch ist heterozygot, obwohl es so aussieht, als wäre es nur eine Bande. Nur ein geschultes Auge wie das der Dozentin ist in der Lage, aufgrund der Konturen der vermeintlich einzigen Bande zu erkennen, dass es sich um 2 Banden handelt, die sehr eng aneinander liegen.

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stark Alvin 💪🏻💪🏻

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Ein langer und schöner Exkursions-Tag endet. Wir haben viel gelernt und hatten eine ganz tolle Zeit bei KölnPUB. 10/10