Mini-Leitprogramm "Gentechnologische Verfahren"

Die Schülerinnen und Schüler lernen weitere wichtige gentechnologische Begriffe und Verfahren kennen, wie zum Beispiel die Affinitätschromatographie, die DNA-Sequenzierung und die Polymerasekettenreaktion (PCR).

Infos zum Leitprogramm

Was ist ein Leitprogramm?

Neben der bereits beschriebenen GenLab-Software sorgt ein "Mini-Leitprogramm" für die Vermittlung beziehungsweise Auffrischung der für das Verständnis des DNA-Computing notwendigen Grundkenntnisse. Allgemeine Informationen zum Leitprogramm als Unterrichtsmethode finden Sie auf der Website der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich:

    Inhalte des Leitprogramms

    Das vom Autor entwickelte Leitprogramm informiert über die folgenden gentechnologischen Begriffe und Methoden:

    • Restriktion & Ligation
    • Gelelektrophorese
    • Anneal & Melt
    • DNA-Synthese & DNA-Sequenzierung
    • Affinity Purification (Affinitätschromatographie)
    • Polymerase Chain Reaction (Polymerasekettenreaktion, PCR)
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    "Anneal", "Melt" und "Affinity Purification"

    Die im Leitprogramm erläuterten Schritte "Anneal" und "Melt" haben einen geringen Schwierigkeitsgrad und werden nur kurz eingeführt. Bei der etwas komplizierteren Affinitätschromatographie ist es legitim, auf Einzelheiten zu verzichten und den Schülerinnen und Schülern vor allem deutlich zu machen, wie das Prinzip der Auswaschung funktioniert: Die Lernenden sollen verstehen, dass DNA-Moleküle mit einer bestimmten Sequenz ganz spezifisch aus einer Lösung "herausgefischt" werden können.

    Genexpression

    Die DNA als Informationsspeicher in der Natur

    Die Übersetzung der DNA in Aminosäuresequenzen wird ebenfalls nur grob besprochen. Hier ist eine eigenständige Bearbeitung durch die Schülerinnen und Schüler mit der GenLab-Software nicht sinnvoll, da deren Erklärungen zu detailliert sind. Die Informationen haben auch für das weitere Vorgehen in der Unterrichtseinheit keine Bedeutung, daher darf man sich hier nicht in Details verlieren. Der Schwerpunkt soll auf die Erkenntnis gelegt werden, dass die DNA Informationen codiert (jeweils drei Nucleotide codieren eine Aminosäure und damit die Aminosäuresequenzen der Proteine).

    Die DNA als Informationsspeicher - auch für Zahlen?!

    An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die DNA neben ihrer biologischen Funktion auch universell als Informationsspeicher eingesetzt werden kann, zum Beispiel für die Codierung von Zahlen. Die Lernenden sollen hier motiviert werden: "Wäre es nicht toll, wenn wir dieses großartige Speichermedium für unsere Zwecke nutzen könnten? Wie könnte das funktionieren? Was wäre dazu nötig?".

    Synthese und Sequenzierung

    Auch diese Methoden werden nur ganz kurz thematisiert. Dabei wird herausgearbeitet, dass mithilfe von DNA-Molekülen beliebige Informationen codiert werden können. Der Vorteil der DNA gegenüber herkömmlichen Speichermedien ist die enorme Speicherdichte: In einem Stecknadelkopf finden etwa 100.000 menschliche Zellkerne Platz, von denen jeder das gesamte menschliche Genom (mehr als 700 MegaByte Datenvolumen!) enthält.

    Polymerasekettenreaktion (PCR)

    Das Verfahren der Polymerasekettenreaktion wird ohne überflüssige Details vorgestellt. Die Informationen des Leitprogramms führen in die Methode ein, die dann mithilfe der Software "PCR" anschaulich nachvollzogen werden kann. Mit dem Programm können die Schülerinnen und Schüler die Schritte der PCR selbst durchführen (in einer im Vergleich zur GenLab-Software stark vereinfachten Fassung). Zuerst werden die DNA-Moleküle durch Erhitzen denaturiert. Anschließend müssen die Primer an die richtigen DNA-Sequenzen angedockt und die Polymerasemoleküle an die Primer angesetzt werden. Danach kann die Polymerase über den DNA-Strang gezogen und so der komplementäre Strang erzeugt werden. Die Schülerinnen und Schüler können mit der Software prüfen, ob sie die einzelnen Schritte und den Ablauf der PCR verstanden haben.

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    Ergebnissicherung

    Am Ende dieser Sequenz wird den Schülerinnen und Schülern ein Merkblatt ausgehändigt, in dem alle wichtigen molekularbiologischen Verfahren kurz beschrieben werden. Damit können die Lernenden im weiteren Unterrichtsverlauf auf die wesentlichen Informationen zu den Methoden schnell zurückgreifen.

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    Frei nutzbares Material
    Die von Lehrer-Online angebotenen Materialien können frei für den Unterricht genutzt und an die eigene Zielgruppe angepasst werden.