DNA Elektrophorese an Schulen

Welche Geräte benötigt man, um eine DNA-Elektrophorese durchzuführen?
Neben einer Elektrophoresekammer mit Zubehör wie dem Elektrophorese Set Easy Blu benötigt man ein Elektrophorese Netzgerät für die Spannungsversorgung wie das NanoPAC-300P. Zum Gießen der Gele benötigt man zudem eine Mikrowelle zum lösen und schmelzen der Agarose, einen Mikrolöffel- oder Pulverspatel, eine Waage mit mindestens 0,01g besser 0,001g Genauigkeit und einen 250 mL oder 500 mL Erlenmeyer Kolben oder eine Weithals Schraubflasche aus Borosilikatglas. Zum Auftragen der DNA-Proben auf das Agarose Gel ist mindestens eine Mikroliterpipette mit variablem Volumen von 1-10 µL oder 2-20µL erforderlich. Ein UV oder Blaulicht Transilluminator ist nur erforderlich, wenn die Detektion der DNA mit Fluoreszenzfarbstoffen erfolgen soll.
Welche DNA eignet sich für die Elektrophorese im Schulunterricht?
Für schulische Anwendungen sind Plasmid-DNA (z. B. pUC19, pBR322) oder Lambda-Phagen-DNA besonders gut geeignet. Diese können mit Restriktionsenzymen in Fragmente definierter Länge zerschnitten werden. Bei der Elektrophorese wandern die DNA-Fragmente durch das Agarose-Gel. Je nach Größe der Fragmente bewegt sich die DNA unterschiedlich schnell durch die Poren des Agarose-Gels. Dadurch entstehen scharfe Banden, die durch Färben der DNA sichtbar gemacht werden können.Alternativ können auch PCR-Produkte eingesetzt werden, die direkt ohne weitere Behandlung auf das Gel aufgetragen werden können.
Um die Größe der DNA-Fragmente im Gel zu bestimmen, ist ein DNA-Längenstandard (Marker) erforderlich. Dieser enthält Fragmente bekannter Länge und ermöglicht so durch Vergleich eine Größenbestimmung der unbekannten DNA-Fragmente.
Wie wird DNA im Agarosegel sichtbar gemacht?
Da DNA farblos ist, muss sie im Agarosegel gefärbt werden, um sichtbar zu werden. In der Forschung kommen dazu fluoreszierende Farbstoffe zum Einsatz, die unter UV- oder Blaulicht leuchten. Traditionell wird hierzu Ethidiumbromid verwendet, ein stark mutagener Stoff, der unter UV-Licht rötlich fluoresziert. Wegen der Gesundheitsrisiken durch Ethidiumbromid und UV-Licht ist diese Methode für den Schulunterricht ungeeignet.
Für den Einsatz im Unterricht stehen sichere Alternativen zur Verfügung: Moderne DNA-Farbstoffe, die unter LED-Blaulicht grün fluoreszieren, sind ungiftig und mit einfachen Blaulicht-Transilluminatoren einsetzbar. Eine besonders günstige und ungefährliche Möglichkeit ist die Färbung mit Methylenblau. Die DNA-Banden sind dabei direkt im Tageslicht sichtbar – ideal für schulische Demonstrationen und Schülerexperimente. In allen Fällen lässt sich das Ergebnis einfach mit dem Smartphone dokumentieren.