Am 18. Dezember 2024 wurde am Gymnasium Eversten mit 24 Schüler*innen aus den drei Biologiekursen auf erhöhtem Niveau ein Gentechnikkurs durchgeführt. Dabei wurden die Lernenden experimentell in die molekulargenetischen Grundoperationen eingeführt.

Das Praktikum wurde in Zusammenarbeit mit dem mikrobiologischen Institut der Friedrich-August-Universität Erlangen durch das Studienseminar in Wilhelmshaven entwickelt, initiativ von der EWE-Stiftung in Oldenburg gefördert und wird nun durch das Mariengymnasium Jever gepflegt. Angeleitet wurden die Lernenden bei den Experimenten durch Frau Lehrich, Frau Haase und Herrn Husemeyer.

Ziel der durchgeführten Experimente war es, aus Bakterien, die gegen ein bestimmtes Antibiotikum (Ampicillin) resistent sind, die Träger der genetischen Information dieser Resistenz, ringförmige DNA-Strukturen, sogenannte Plasmide, zu isolieren. Diese Plasmide wurden, um sicher zu gehen, dass die die richtigen DNA-Abschnitte vorliegen, mit Restriktionsenzymen an definierten Stellen geschnitten und in einem raffinierten Verfahren, der Gelelektrophorese, nach ihrer Größe und Ladung im elektrischen Feld aufgetrennt. Restriktionsenzyme in Bakterien dienen diesen dazu, die Erbsubstanz in eine Wirtszelle eingedrungener Viren durch Zerschneiden unschädlich zu machen.

Da DNA-Bruchstücke mit bekannter Größe als Standard dazugegeben wurden, konnte durch den Vergleich die erhaltenen Banden auf dem Elektrophoresegel im UV-Licht identifiziert und sichergestellt werden, dass mit den gewünschten Plasmiden weitergearbeitet wurde. Von den Bakterien wurde also ein genetischer Fingerabdruck erstellt.

Das eigentliche Ziel war die anschließende Überführung der aus den oben genannten Bakterien isolierten Plasmide, die die Ampicillinresistenz tragen, in andere Bakterien. Dieser Vorgang heißt Transformation und findet zwischen Bakterien ständig statt.

Dazu wurden zunächst kompetente Bakterien hergestellt, die nach entsprechender Behandlung in der Lage waren, diese Plasmide aufzunehmen. Das aufgenommene Plasmid verlieh ihnen nun die Fähigkeit, einen Stoff, ein Eiweiß, zu bilden, das das Antibiotikum unschädlich machte.[1]

Diese Technik wird unter anderem zur gentechnische Herstellung des Eiweißhormons Insulin (seit 1982) angewendet, das eine wesentliche Rolle bei der Regelung des Zuckerabbaus beim Menschen spielt. Zu etwa 80% wird der Insulinbedarf der Diabetiker in Deutschland durch das Hormon aus bakterieller, gentechnischer Produktion gedeckt.

Da sich die Gentechnik – wie in diesem Beispiel – zunehmend als Schlüsseltechnologie für die Zukunft des Menschen erweist, ist eine eingehende Auseinandersetzung mit den Techniken und Theorien auch in der Schule wichtig und sinnvoll.

In den etwa acht Stunden konzentrierten Arbeitens, kamen die Gruppen zu überzeugenden Ergebnissen, wie sich zwei Tage später bei der Auswertung der Transformation zeigte. Die Schüler*innen lobten besonders, dass das dieses Projekt nicht nur verpflichtende Inhalte für das Abitur anschaulich und verständlich machte, sondern auch realistische Einblicke in Labortechnik bot, wie sie in naturwissenschaftlichen Studiengängen zum Einsatz kommt.

Das Praktikum war somit sehr erfolgreich und soll – geht es nach den Wünschen der Fachgruppe – auch in den folgenden Jahren angeboten werden.

[1] Das Praktikum wurde vom Mikrobiologischen Institut der Universität Erlangen extra für den Unterricht an Schulen entwickelt und so konzipiert, dass für die Durchführung keine Sicherheitsstufe nötig ist. Es werden E. coli DH5alpha mit den Plasmiden pBR322 und pUC19 verwendet, die Transformation erfolgt auf den gleichen Stamm. Daher ist die Durchführung an Schulen möglich und laut Gentechnikgesetz zulässig. Die transformierten Bakterien sind völlig ungefährlich, da sie durch die Behandlung stark vorgeschädigt sind und nur auf speziellem Milieu, bei bestimmter Temperatur, also nur auf den Nährböden im Thermoschrank wachsen können. Treffen diese Bedingungen nicht zu, sterben sie sofort ab.

Text: Haase