Fachbereich 5

Biologie


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Angebot des experimentellen Lern-Labors des Fachbereichs 5 der Universität Osnabrück

(Stand April 2018)

KursExperimentDauerKlassenstufeKosten pro Person
DNA 1Genetischer Fingerabdruck und Polymerasekettenreaktion3 Stunden10-12(13)2,00 €
DNA 2Genetische Schalter am Beispiel der Regulation des lac-Operons aus E. coli3 Stunden10-12(13)2,00 €
DNA 3Gentechnik in der Medizin: "Der Phage Lambda als Modell für Viren"2 Stunden + 1 Stunde10-12(13)1,50 €
DNA 4Gentechnik: "Künstlicher DNA (Plasmid)-Transfer"3 Stunden + 1 Stunde10-12(13)2,00 €
DNA 5 (zurzeit kein Angebot möglich)Gentechnik in der Medizin und Umweltanalyse3 Stunden10-12(13)2,00 €
DNA 6Gentechnik in der Waschmittelherstellung3 Stunden10-12(13)2,00 €
DNA 7Gentechnik in der Umwelt- und Lebensmittelanalyse3 Stunden10-12(13)2,00 €
Neu: DNA 8Mendel und die moderne molekulargenetische Analyse I3 Stunden10-12(13)2,50 €
Neu: DNA 9Mendel und die moderne molekulargenetische Analyse II4 Stunden10-12(13)2,50 €
Biotechnik 1Biotechnik in der Medizin3 Stunden10-12(13)2,50 €
Biotechnik 2Proteinisolierung am Beispiel des GFP3 Stunden10-12(13)3,00 €
Biotechnik 3Proteinisolierung am Beispiel der ß-Galaktosidase3 Stunden10-12(13)3,00 €
Mikrobiologie 1Mikrobiologie und Genetik in der Medizin und Umweltanalyse2 Stunden + 1 Stunde10-12(13)2,00 €
Neu: Medizin 1Infektionen auf der Spur: Nachweis von Krankheitserregern mit dem ELISA-Test3 Stunden10-12(13)2,50 €

DNA 1: Genetischer Fingerabdruck und Polymerasekettenreaktion

Dauer:3 Stunden
Klassenstufe:10-12(13)
Materialkosten pro Teilnehmer:2,00 €
Experimente:Polymerasekettenreaktion, DNA-Agarosegelelektrophorese, DNA-Färbung
Erforderliche theoretische Kenntnisse:Aufbau der DNA, semikonservative Replikation

In diesem Praktikum wollen wir das Prinzip der Erstellung eines genetischen Fingerabdrucks beim Menschen erläutern. Die Teilnehmer führen eine Polymerasekettenreaktion und eine DNA-Agarosegelelektrophorese durch, um einem "Täter auf die Spur" zu kommen. Die DNA-Proben zur Analyse werden gestellt.

 

 

DNA 2: Genetische Schalter am Beispiel der Regulation des lac-Operons aus E. coli

Dauer:3 Stunden
Klassenstufe:10-12(13)
Materialkosten pro Teilnehmer:2,00 €
Experimente:Herstellung von Zellextrakten verschiedener E. coli Stämme, Messung der ß-Galaktosidase- Enzymaktivität, Überprüfung des Operonmodells
Erforderliche theoretische Kenntnisse:Aufbau der DNA, Grundkenntnisse der Genregulation, Funktionsweise von Enzymen

In diesem Praktikum werden verschiedene, definierte lac-Mutanten von E. coli K-12 mit und ohne Lactose im Wuchsmedium angezogen und anschließend im ß-Galactosidase-Test bezüglich ihrer Enzymaktivität untersucht. Mit den Ergebnissen können die lac-Genotypen der Mutanten abgeleitet und das lac-Operon-Regulationsmodell veranschaulicht werden.

 

 

DNA 3: Gentechnik in der Medizin: "Der Phage Lambda als Modell für Viren"

Dauer:2 Stunden plus 1 Stunde (ein zweiter Besuch an einem der Folgetage ist notwendig zur Auswertung)
Klassenstufe:10-12(13)
Materialkosten pro Teilnehmer:1,50 €
Experimente:Ausplattieren von Bakterienkulturen, Auftropfen von Phagenlysaten
Erforderliche theoretische Kenntnisse:Aufbau der DNA, Mutationen, Selektion, Grundkenntnisse über Bakteriophagen oder Viren

Durch Auftropfen je eines Phagenlysats von lambda (Wildtyp) und der virulenten Mutante Lambda vir auf einen Bakterienrasen soll die Wirkung temperenter und lytischer Viren anhand der unterschied­­lichen Plaquebildung gezeigt werden. Das Auszählen der im Lambda vir-Plaque erscheinenden Kolo­nien resistenter Mutanten ermöglicht die Berechnung der Lambda Spontan­mutationsrate von E. coli.

 

 

DNA 4: Gentechnik: "Künstlicher DNA (Plasmid)-Transfer"

Dauer:3 Stunden plus 1 Stunde (ein zweiter Besuch an einem der Folgetage ist notwendig zur Auswertung)
Klassenstufe:10-12(13)
Materialkosten pro Teilnehmer:2,00 €
Experimente:Plasmidisolierung, DNA-Restriktion, Agarosegelelektrophorese
Erforderliche theoretische Kenntnisse:Aufbau von Plasmiden, Wirkungsweise von Antibiotika, lac-Operon

Plasmide sind kleine, meist ringförmige DNA-Moleküle, die natürlicherweise in vielen Bakterien neben dem "Hauptchromosom" vorkommen. Solche Plasmide lassen sich sehr leicht aus Bakterien isolieren oder neu in Plasmid-freie Zellen einbringen. Die Aufnahme der Fremd-DNA und die damit verbundenen Veränderungen in den Eigenschaften des Bakteriums (Phänotypwechsel) wird als Transformation bezeichnet. Diese Möglichkeit macht man sich in der Gentechnik zunutze, um Fremd-DNA in Bakterien oder Hefezellen einzuschleusen, so dass diese Zellen artfremde Proteine produzieren. In dem angebotenen Versuch wird diese wichtige Arbeitstechnik, die in jedem gentechnischen Labor tagtäglich durchgeführt wird, anhand verschiedener Beispiele erläutert.

 

 

DNA 5: Gentechnik in der Medizin und Umweltanalyse (kann zurzeit nicht angeboten werden)

Nachweis von Krankheitserregern mit Hilfe der Polymerase­kettenreaktion: "Was geschieht bei der durch Zecken übertragenen Borreliose?"

Dauer:3 Stunden
Klassenstufe:10-12(13)
Materialkosten pro Teilnehmer:2,00 €
Experimente:Polymerasekettenreaktion, DNA-Agarosegelelektrophorese, DNA-Färbung
Erforderliche theoretische Kenntnisse:Aufbau der DNA, semikonservative Replikation, Wirkungsweise von Antibiotika

In diesem Praktikum wollen wir das Prinzip der Polymerasekettenreaktion am Beispiel des Nachweises von Krankheitserregern, hier der Bakterien Borrelia burgdorferi, demonstrieren. Die Übertragung der Krankheit durch Zecken wird dargestellt, die Wirkungsweise von Antibiotika wird erläutert. Die DNA-Proben zur Analyse werden gestellt.

 

 

Neu: DNA 6: Gentechnik in der Waschmittelherstellung

Messungen der Temperaturoptima verschiedener Isoenzyme aus unterschiedlichen Organismen

Dauer:3 Stunden
Klassenstufe:10-12(13)
Materialkosten pro Teilnehmer:2,00 €
Experimente:Herstellung von Zellextrakten mit unterschiedlichen Isoenzymen, Messung der ß-Galaktosidaseaktivitäten
Erforderliche theoretische Kenntnisse:Aufbau der DNA, Aufbau von Proteinen, Kenntnisse von Enzymeigenschaften, ggf. lac-Operon-Modell aus E. coli

In diesem Praktikum wollen wir das Prinzip der Waschmittelherstellung erläutern. Welche Bestandteile besitzen Waschmittel? Warum enthalten Waschmittel Enzyme? Wie können diese Enzyme bei so unterschiedlichen Temperaturen funktionieren? All diese Fragen werden hier geklärt!

 

 

DNA 7: Gentechnik in der Umwelt- und Lebensmittelanalyse

Nachweis von gentechnisch verändertem Soja durch PCR und Gelelektrophorese

Dauer:3 Stunden
Klassenstufe:10-12(13)
Materialkosten pro Teilnehmer:2,00 €
Experimente:Polymerasekettenreaktion, DNA-Agarosegelelektrophorese, DNA-Färbung
Erforderliche theoretische Kenntnisse:Aufbau der DNA, semikonservative Replikation

In diesem Praktikum wollen wir das Prinzip der Polymerasekettenreaktion am Beispiel der Analyse von verschiedenen Produkten erläutern, die möglicherweise gentechnisch veränderten Soja als Bestandteil aufweisen. Der Nachweis erfolgt über spezifische PCR-Primer. Die Vorgehensweise bei der Herstellung transgener Pflanzen wird besprochen, Vor- und Nachteile der grünen Gentechnik werden diskutiert. Die DNA-Proben zur Analyse werden gestellt.

 

 

Neu: DNA 8: Mendel und die moderne molekulargenetische Analyse I

Diagnose von Erbkrankheit am Beispiel der Sichelzellenanämie

Dauer:3 Stunden
Klassenstufe:10-12(13)
Materialkosten pro Teilnehmer:2,50 €
Experimente:Polymerasekettenreaktion, DNA-Agarosegelelektrophorese, DNA-Färbung
Erforderliche theoretische Kenntnisse:Mendelsche Regeln, Aufbau der DNA, semikonservative Replikation

Durch die Aufklärung vieler neuer Genfunktionen gelingt es Wissenschaftlern heutzutage immer häufiger, die Ursachen für Erbkrankheiten nachzuvollziehen und ggf. Therapieansätze zu entwickeln. Eine häufig auftretende Erbkrankheit des Menschen, deren molekulare Ursache sehr gut verstanden ist, ist die Sichelzellanämie. Hierbei handelt es sich um einen klassischen autosomal-kodominanten Erbgang. Als modernes molekulares Diagnoseverfahren zum Nachweis eines mutierten Allels wird die Polymerasekettenreaktion mit einer anschließenden Restriktion der erhaltenen DNA-Fragment und abschließender Agarosegelelektrophorese genutzt. In diesem Kurs werden die genetischen Ursachen der Erkrankung, die Gesetze der Vererbung und die molekularen Nachweisverfahren besprochen und experimentell durchgeführt.

 

 

Neu: DNA 9: Mendel und die moderne molekulargenetische Analyse II

Schmecker oder Nicht-Schmecker?

Dauer:4 Stunden
Klassenstufe:10-12(13)
Materialkosten pro Teilnehmer:2,50 €
Experimente:Polymerasekettenreaktion, DNA-Agarosegelelektrophorese, DNA-Färbung
Erforderliche theoretische Kenntnisse:Mendelsche Regeln, Aufbau der DNA, semikonservative Replikation

Im Jahr 1932 machte der Chemiker A.L. Fox die zufällige Entdeckung, dass die chemische Substanz Phenylthiocarbamid (PTC) bei verschiedenen Personen als bitter (Schmecker) oder als geschmacksneutral (Nicht-Schmecker) wahrgenommen wird. Die molekularen Ursache hierfür liegt in der heterogenen Verteilung von intakten oder defekten Allelen des Bitterrezeptors hTAS2R38. Der Erbgang für die phänotypische Eigenschaft 'Schmecker' oder 'Nicht-Schmecker' verläuft klassisch autosomal-dominant. Als modernes molekulares Diagnoseverfahren zum Nachweis eines mutierten Allels wird die Polymerasekettenreaktion mit einer anschließenden Restriktion der erhaltenen DNA-Fragment und abschließender Agarosegelelektrophorese genutzt. In diesem Kurs werden die physiologischen Abläufe der Geschmackswahrnehmung, die Gesetze der Vererbung und die molekularen Nachweisverfahren der intakten oder defekten Rezeptorgene besprochen und experimentell durchgeführt.

 

 

Biotechnik 1: Biotechnik in der Medizin

Insulin aus Bakterien

Dauer:3 Stunden
Klassenstufe:10-12(13)
Materialkosten pro Teilnehmer:2,50 €
Experimente:DNA-Isolierung, DNA-Restriktion, DNA-Agarosegelelektrophorese, DNA-Färbung
Erforderliche theoretische Kenntnisse:Aufbau der DNA, Aufbau von Plasmiden, semikonservative Replikation, Wirkungsweise von Restriktionsenzymen

Plasmide sind kleine, meist ringförmige DNA-Moleküle, die natürlicherweise in vielen Bakterien neben dem "Hauptchromosom" vorkommen. Solche Plasmide lassen sich sehr leicht aus Bakterien isolieren und durch Restriktionsenzyme spezifisch schneiden. In diesem Kurs werden verschiedene Plasmide aus Bakterienkulturen isoliert und durch eine Restriktionsanalyse mit anschließender Agarosegelelektrophorese untersucht. Dieser Versuch demonstriert diese wichtigen Arbeitstechniken, die in jedem gentechnischen Labor tagtäglich durchgeführt werden, anhand verschiedener Beispiele.

 

 

Biotechnik 2: Proteinisolierung am Beispiel des GFP

Grün fluoreszierendes Protein

Dauer:3 Stunden
Klassenstufe:10-12(13)
Materialkosten pro Teilnehmer:3,00 €
Experimente:Herstellung eines Zellextraktes, Reinigung und Nachweis des rekombinanten Grün fluoreszierenden Proteins GFP, Affinitätschromatographie
Erforderliche theoretische Kenntnisse:Aufbau der DNA, Aufbau von Plasmiden, Aufbau von Proteinen

In diesem Kurs wird gezeigt, dass viele Fremdproteine in Bakterien funktionell und kostengünstig produziert werden können. Als spektakuläres Beispielprotein haben wir ein Überproduktions- und Reinigungsprotokoll für das Grün fluoreszierende Protein (GFP) der Qualle Aequorea victoria entwickelt, das wir im Rahmen des Kurses mit den Teilnehmern durchführen. Das GFP findet heutzutage in der Zellbiologie zur Proteinbeobachtung eine vielfältige Anwendung und ist ein Beispiel für modere Forschungsansätze in der Biologie. Für die Entdeckung und Weiterentwicklung des GFP wurden die Forscher Osamu Shimomura, Martin Chalfie und Roger Tsien im Jahr 2008 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet.

 

 

Biotechnik 3: Proteinisolierung am Beispiel der ß-Galaktosidase

Lactose-Unverträglichkeit und Herstellung Lactose-freier Milch

Dauer:3 Stunden
Klassenstufe:10-12(13)
Materialkosten pro Teilnehmer:3,00 €
Experimente:Herstellung eines Zellextraktes, Reinigung und Nachweis der E. coli eigenen ß-Galaktosidase, Affinitätschromatographie, Enzymtest
Erforderliche theoretische Kenntnisse:Aufbau der DNA, Aufbau von Plasmiden, Aufbau von Proteinen, lac-Operon

Dieser Kurs knüpft inhaltlich an den Versuch DNA2 zum lac-Operon in E. coli an. Das für den Lactose-Stoffwechsel notwendige Enzym ß-Galaktosidase wird überproduziert und durch eine Affinitätschromatographie gereinigt. Die Enzymaktivität wird durch zwei Verfahren nachgewiesen: Zum einen wird eine Farbreaktion mit dem künstlichen Substrat ß-ONPG durchgeführt, zum anderen wird die in der Milch vorhandene Laktose durch Zugabe des gereinigten Enzyms in Galaktose und Glucose gespalten. Die Zunahme der Glucose-Menge wird durch einen einfachen Test gemessen.

 

 

Mikrobiologie 1: Mikrobiologie und Genetik in der Medizin und Umweltanalyse

Bakterielle Konjugation und Wirkungsweise von Antibiotika

Dauer:2 Stunden plus 1 Stunde (ein zweiter Besuch an einem der Folgetage ist notwendig zur Auswertung)
Klassenstufe:10-12(13)
Materialkosten pro Teilnehmer:2,00 €
Experimente:Übertragung eines F-Plasmids durch Strichkreuzung, Prinzip von Selektionsplatten, Prinzip der Wirkungsweise von Antibiotika, Tropftests
Erforderliche theoretische Kenntnisse:Plasmide, Antibiotika

Antibiotika sind ein wichtiger Bestandteil in der heutigen medizinischen Behandlung. Ohne die Therapiemöglichkeiten, die durch Antibiotika gewährleistet sind, würden viele simple Infektionskrankheiten eine tödliche Bedrohung darstellen. In den letzten Jahrzehnten hat sich jedoch gezeigt, dass immer mehr bakterielle Krankheitserreger gegen viele der verwendeten Antibiotika resistent sind. Ein Mechanismus, der zur Ausbreitung von Antibiotikaresistenz­gene beiträgt, ist der horizontale Gentransfer über die sog. Konjugation. Die Konjugation stellt neben der Transduktion und der Transformation einen der drei genetischen Austausch­mechanismen bei Bakterien dar. Im Gegensatz zu den anderen beiden DNA-Transfermecha­nismen ist bei der Konjugation ein direkter Zell-Zell-Kontakt zwischen Donor- und Rezi­pienten-Zelle notwendig. Üblicherweise wird bei diesem Vorgang Plasmid-DNA mit hoher Effizienz übertragen. Solche Plasmide können mehrere 100 kb groß sein und daher viele ver­schiedene Gene für unterschiedliche Antibiotikaresistenzen tragen. In diesem Kurs wird der Nachweis des Genaustausches durchgeführt.

 

 

Neu: Medizin 1: Infektionen auf der Spur: Nachweis von Krankheitserregern mit dem ELISA-Test

Der ELISA (Enzyme-linked immunosorbent assay)-Test

Dauer:3 Stunden
Klassenstufe:10-12(13)
Materialkosten pro Teilnehmer:2,50 €
Experimente:Nachspielen einer Infektionsausbreitung, Nachweis des Erregers durch ELISA-Test
Erforderliche theoretische Kenntnisse:Funktionsweise des Immunsystems, Aufbau von Antikörpern, Wirkungsweise von Enzymen

Es gibt verschiedene molekularbiologische Methoden, Krankheitserreger nachzuweisen und auf diese Weise Ausbreitungswege von Infektionen zu verfolgen. Eine der wichtigsten immunologischen Nachweisverfahren ist der sogenannte ELISA-Test, bei dem spezifischen Antikörper, die gegen definierte Krankheitserreger (z.B. EHEC, HIV) gerichtet sind, verwendet werden. In diesem Kurs wird die Ausbreitung einer Infektion nachgespielt und mittels eines ELISA-Tests nach dem Ausgangspunkt der Infektion gefahndet. Hinweis: Der praktische Anteil bei diesem Versuch ist gering, der Fokus liegt auf der Theorie des Tests.