Arbeit im DNA-Labor  

Dr. Bogengruber ist mit einer Autoladung wissenschaftlicher Geräte, die freundlicherweise vom Fachbereich Molekulare Biologie des Universitätsschwerpunktes „Biowissenschaften und Gesundheit“ der Universität Salzburg zur Verfügung gestellt wurden, um 6:30 zu uns an die Schule gekommen. Zwar noch etwas verschlafen, aber doch erfolgreich dirigierte sie die Ladetätigkeit und - zu unserer Überraschung- packte sie auch selber tatkräftig mit an.

Dadurch verloren wir schon einen Großteil unserer Berührungsängste mit einer erfolgreichen Wissenschaftlerin, die, wie wir bei der Projektplanung im Vorfeld natürlich neugierig recherchiert hatten, schon zahlreiche Publikationen in internationalen Zeitschriften verbuchen kann. 

Nachdem wir gemeinsam unter ihrer Anleitung unser Schullabor in ein High-Tech-Labor umgewandelt hatten, konnten wir pünktlich mit der Schulglocke die praktischen Arbeiten beginnen. Zuerst hieß es einmal völlig unspektakulär das „Handwerkszeug“ eines Molekularbiologen beherrschen zu lernen. Wir übten also den Umgang mit den hochpräzisen Mikropipetten mit normaler Tinte, was uns schon sehr viel motorisches Feingefühl abverlangte. Dr. Bogengruber erklärte uns sehr verständlich die Funktionsweise der mitgebrachten Laborgeräte. Wir beherrschten bald den Umgang mit Zentrifuge, Heizblock, Vortexer und natürlich auch dem sündteuren PCR-Gerät. Im Prinzip mussten 4 Arbeitsschritte erledigt werden: Isolierung unserer DNA aus dem eignen Blut (anonymisiert) Vervielfältigung eines bestimmten Abschnitts der DNA mit Hilfe der PCR Restriktionsverdau (also „zerschneiden“) der vervielfältigten DNA Agarosegelelektrophorese, die Auftrennung der DNA Stücke nach ihrer Größe im elektrischen Feld

Dr. Bogengruber zeigte uns zuerst das Originalprotokoll des Labor-Kits, mit dem wir unser Erbmaterial aus dem Blut isolieren sollten. Wie befürchtet war das Protokoll natürlich erstens in Englisch und zweitens gespickt mit schwer verständlichen Fachausdrücken. Dr. Bogengruber brachte uns mit einfachen Vergleichen aus dem Alltagsleben die einzelnen Arbeitsschritte der DNA-Isolierung jedoch so nahe, dass wir bald das Gefühl hatten, schon ewig im Labor zu stehen. („Das ist genau das Gleiche, wie wenn ihr Zitronensaft in Milch schüttet.“, so erklärte sie uns die Eiweißausfällung) Wir reinigten also gekonnt unsere eigene DNA aus unserem eigenen, anonymisierten Blutproben. Zumindest mussten wir es glauben, denn sehen konnten wir aufgrund der Mini-Mengen während der ganzen Prozedur rein gar nichts. Glücklicherweise existiert in unserem Schullabor eine Reinraumbank, die absolut steriles Arbeiten erlaubt. Ohne diese technische Voraussetzung wäre die Durchführung dieses Experiments aus rechtlichen und hygienischen Gründen nicht erlaubt gewesen.
Nun gingen wir zum nächsten Schritt über, der Polymerase Chain Reaktion (PCR), also der Vermehrung eines bestimmten Abschnitts unserer Erbinformation.

Wir kopierten ein bestimmtes Gen, nämlich DPD (Dihydropyrimidindehydrogenase), das für den Abbau eines Medikaments 5 -FU nötig ist. 

Wir lernten zuerst die technischen Voraussetzungen für das Gelingen einer PCR-Reaktion kennen, pipettierten schließlich Primer, Nukleotide, Polymerase und Puffer zu unserer reinen DNA und steckten den gesamten Reaktionsansatz in das PCR-Gerät. Dort wurde nun unser Ziel-Gen milliardenfach vermehrt.

Als nächsten Schritt mussten wir das vermehrte Gen noch mit einem Restriktionsenzym, einer genetischen Schere, zerschneiden. Dieser Arbeitsschritt diente dazu, einen Unterschied zwischen einem von der Mutation betroffenen und einem gesunden Patienten zu erkennen. Das Restriktionsenzym zerschneidet die DNA nur an ganz bestimmten Sequenzen. D.h. wenn eine Mutation vorliegt, wird das vervielfachte Gen zerschnitten, wenn nicht, dann bleibt es ganz. Dieser Teil des Gesamtexperiments war der einfachste. PCR-Produkte aus dem Gerät herausnehmen, Restriktionsenzym mit Puffer dazu pipettieren und wieder für 1 bis 2 Stunden bei 37 Grad Celsius in den Heizblock stellen.
Als letzten Arbeitsschritt mussten wir die DNA, zerschnitten oder nicht zerschnitten, sichtbar machen. Zu diesem Zweck verwendeten wir die Gelelektrophorese, ein Verfahren, bei dem die DNA erstens mit einem Farbstoff angefärbt und zweitens im elektrischen Feld durch eine Art Pudding wandert und dadurch anhand ihrer Größe aufgetrennt wird. Dabei diffundieren kürzere DNA Stücke schneller durch das Gel als die längeren, die eher in diesem „Maschenwerk“ hängen bleiben. Ein Team bereitete das Gel vor. Agarose abwägen, einfärben, aufkochen und luftblasenfrei in die Gelkammer gießen, hieß die Aufgabe. Ein Plastikkamm dient als Platzhalter für die DNA. Nach dem Erstarren des Gels „durften“ wir unsere DNA in die Geltaschen einfüllen, die nach dem Herausziehen des Gelkamms entstanden sind. Da war tatsächlich eine ruhige Hand gefragt! Wir wussten, wenn einer oder einem von uns jetzt die Hand ausrutscht, dann kann die Arbeit des ganzen Tages zerstört sein! Wir haben es alle zwar etwas zitternd, aber doch erfolgreich geschafft!
Nachdem wir also einen ganzen Tag sorgfältig gearbeitet hatten, war die Auswertung unserer Untersuchung jetzt mega-spannend: Mit Hilfe einer sogenannten Bluebox, die Licht einer bestimmten Wellenlänge abgibt, wird der Farbstoff, der an die DNA gebunden ist, zum Leuchten angeregt und wir konnten (fast) alle zwar unscheinbare, aber sehr bedeutungsvolle Signale unserer DNA erkennen. Die Wissenschafter nennen dies Banden. Wir alle haben die Mutation nicht. Wir sind im Fachausdruck ein „homozygoter Wildtyp“. Nur bei 3 SchülerInnen konnten wir kein Signal sehen, was wahrscheinlich auf ein Missgeschick während des ersten Arbeitsschrittes zurückzuführen war.

Dr. Bogengruber hatte als Vergleichsprobe die DNA eines betroffenen Patienten organisiert, d.h. wir hatten als Kontrolle unserer Ergebnisse sogar den Vergleich mit einem Mutationsträger. Dies bestätigte auch unsere korrekte Arbeitsweise, da unsere eigne homozygote Bande auf gleicher Höhe wie die Vergleichsprobe war.

Im Anschluss sterilisierten wir für die fachgerechte Entsorgung all unser verwendetes Material, wie Blutproben, DNA-Proben, Handschuhe, Pipettenspitzen, etc ordnungsgemäß im Autoklaven bei 145°C und 150.000 Pa Druck.