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Schülerinnen beim Restriktionsverdau

Im Rahmen des Studienorientierungsprojekts MINT-Individual besuchten die Schülerinnen des Lessing-Gymnasiums in Hohenstein-Ernstthal die Hochschule Mittweida. Bei einem Campusrundgang erhielten sie Informationen rund um das Studieren in Mittweida. Danach ging es zum praktischen Versuch ins Labor der Biotechnologie, zum DNA Schneiden. Was sich zunächst nach Bastelarbeiten anhört, erfordert viel Fingerspitzengefühl. Die DNA ist natürlich viel zu klein, um ihr mit einer Schere zu Leibe zu rücken. Diese Aufgabe übernimmt ein Enzym. Zur DNA gegeben teilt es diese nach bestimmten Basenfolgen. Dieser Prozess spielt sich in einem Reaktionsgefäß ab und dauert nicht länger als 15 Minuten. Die Menge an Flüssigkeit entspricht dabei gerade mal einem Wassertropfen.

Natürlich wollen die Schülerinnen auch sehen, ob der Versuch geglückt ist. Um die DNA sichtbar zu machen, wird die Lösung zunächst eingefärbt. Mit einer Pipette durfte jeder „seine“ geschnittene DNA in eine Gelelektrophoresekammer geben, wo mittels Elektrophorese die einzelnen Fragmente voneinander getrennt wurden. Dieser Vorgang benötigte 20 Minuten, in denen Prof. Wünschiers Lockerungsübungen für den Laboralltag erklärte. Die fertig aufgetrennte DNA wurde am Ende des Versuches unter UV-Licht sichtbar gemacht.

Bleibt noch die Frage nach dem Warum? DNA in definierte Sequenzen zu zerlegen, ist die Grundlage der Gentechnik. Dadurch können Teile des Erbguts einer Zelle in die DNA einer fremden Zelle übertragen werden.

Hinter die Kulissen der Hochschule geschaut: Was ist ein S1-Labor?

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S1 Labor

S1 Labor der Hochschule Mittweida

Grundsätzlich kann man Labore nach zwei Gesichtspunkten einordnen. Einmal bezüglich der Gefahrstoffe wie Chemikalien – dann spricht man von Schutzstufen, und zum anderen nach dem Gentechnikgesetz, also z.B. ob genetisch veränderte Organismen herstellt werden – hier spricht man von Sicherheitsstufen.

Die Hochschule Mittweida besitzt ein Labor der Sicherheitsstufe 1. Die Einordnung eines Labors nach dem Gentechnikgesetz kann in vier Stufen erfolgen; S1, S2, S3 und S4, wobei das Risiko für die menschliche Gesundheit und Umwelt mit zunehmender Stufe steigt.
So ist bei der Sicherheitsstufe 1 von keinem Risiko, gestaffelt bis zur höchsten Sicherheitsstufe 4 von einem hohen Risiko, auszugehen. In Laboratorien der Sicherheitsstufe 1 wird mit Arbeitsstoffen umgegangen, die für den Menschen ungefährlich sind.

Entsprechend nach der Gefahr für Mensch und Umwelt haben S4 Labore hohe Sicherheitsanforderungen. Hier wird mit hochansteckenden und beim Menschen schwere Krankheiten hervorrufenden Arbeitsstoffen geforscht, wie z.B. der Ebola-Virus. Von dieser höchsten Sicherheitsstufe gibt es nur zwei Labore in Deutschland.

Weiterhin unterscheidet sich ein S1-Labor, wie das an unserer Hochschule in der rechtlichen Grundlage von den anderen Sicherheitsstufen. Ein S1 Labor bedarf lediglich einer Anzeige, ein S2 Labor jedoch braucht eine Genehmigung. Trotzdem wird jede Anlage kontrolliert. In Sachsen ist dafür das Sächsische Ministerium für Umwelt und Landwirtschaft zuständig.

Zum Betreiben eines S1-Labors benötigt man zwei Personen. Einen Projektleiter und einen Beauftragten für biologische Sicherheit. Beide müssen nachweisbare Kenntnisse insbesondere in klassischer und molekularer Genetik sowie praktische Erfahrungen im Umgang mit Mikroorganismen, Pflanzen oder Tieren und die erforderlichen Kenntnisse über Sicherheitsmaßnahmen und Arbeitsschutz bei gentechnischen Arbeiten besitzen. Die Sachkunde wird nachgewiesen durch den Abschluss eines naturwissenschaftlichen oder medizinischen oder tiermedizinischen Hochschulstudiums, eine mindestens 3 jährige Tätigkeit auf dem Gebiete der Gentechnik, insbesondere der Mikrobiologie, der Zellbiologie, der Virologie oder der Molekularbiologie und die Bescheinigung über den Besuch einer von der zuständigen Landesbehörde anerkannten Fortbildungsveranstaltung, auf der weitere Kenntnisse vermittelt werden.

Der Projektleiter ist der wissenschaftliche Leiter der gentechnischen Anlage und der Beauftragten für biologische Sicherheit steht ihm beratend zur Seite. Des Weiteren benötigt ein S1-Labor noch einen Betreiber, welcher in unserem Fall die Hochschule ist. An anderen Einrichtungen ist es z.B. der Institutsleiter.

In einem S1-Labor kann man nun genetisch veränderte Organismen herstellen, welche kein Risiko für die Menschheit oder die Umwelt darstellen. Das heißt man modifiziert diese Organismen dahingehend, dass sie nur unter bestimmten Bedingungen überleben können. Des Weiteren soll natürlich eine solche Exposition im Vornherein vermieden werden, so dass es spezielle Vorschriften gibt. So dürfen genetisch veränderte Organismen nur in verschlossenen und gegen Bruch geschützten gekennzeichneten Behältern innerbetrieblich transportiert werden. Jeglicher Abfall wird mithilfe eines sogenannten Autoklaven solange bei 121 °C und Druck erhitzt, dass alle Mikroorganismen absterben. Zusätzlich sind eine Reihe von Vorschriften und Hinweise zu beachten, welche den Rahmen des Blogs wahrscheinlich sprengen würden. :)

Von Tomoffeln und anderen gentechnischen Kuriositäten

Ein wenig verhalten schienen die Reaktionen, als wir erfuhren, dass uns noch vor Beginn der Vorlesungszeit Unterricht bevorsteht. Immerhin hieß das fast eine ganze Woche Ferien weniger!! Trotz dessen fanden am Montag alle den Weg zur Vorlesung, sicherlich auch aufgrund der sehr studentenfreundlichen Zeit von 10:30 Uhr. Den Auftakt gab dann die Frage: „Was ist Gentechnik?“ und führte zu einer regen Diskussion mit den verschiedensten Ansichten. Nachdem dadurch nun auch der letzte vom Ferienschlaf erwacht war, wurde ein Auszug aus Francis Bacons Buch „Nova Atlantis“ verlesen und es wurde klar, dass schon im Jahr 1627 (!) der Gedanke von Gentechnik und synthetischer Biologie existierte. Es folgte ein historischer Abriss mit anschließendem Einblick in die existierenden Sicherheitsstandards. Durch nette Anekdoten, Gruppenarbeit und den Bezug auf aktuelle Problematiken gestalteten sich auch diese, auf den ersten Blick recht trocken wirkenden, Thematiken als sehr unterhaltsam und natürlich informativ.

Um die grundlegenden, aber auch innovativen Methoden der Gentechnik drehte sich alles am zweiten Tag. Nebenbei kamen auch allerlei Kuriositäten zu Tage, so beispielsweise die Tomoffel, eine Kreuzung aus Tomate und Kartoffel; eine Schnecke, die sich durch das Fressen einer Alge so verändert, dass sie einen Teil ihrer Energie, genau wie Pflanzen, aus Sonnenlicht und CO2 beziehen kann oder Nager, die nach der Veränderung ihres Gehirn durch bestimmte Reize, ähnlich einem Roboter, gesteuert werden können. Am Beispiel der Amflora konnten wir Einblicke in die Wirtschaft und Bürokratie gewinnen. So wurde anhand dieser Kartoffel verdeutlicht, welch enorme Hürden und Sicherheitsüberprüfungen es zu bewältigen gilt, bis ein genetisch verändertes Produkt auf den Markt kommt. Diskussionen, Videos und selbstständige Ausarbeitungen gestalteten auch diesen zweiten Tag sehr abwechslungsreich.

 

Escherichia coli K12 HB101 mit GFP

Im anschließenden Praktikum integrierten wir das grün fluoreszierende Protein (GFP) in das Bakterium Escherichia coli K12 HB101, so dass diese unter UV-Licht fluoreszieren.

Der letzte Tag wurde mit einem Buch eröffnet. Jedoch ging es diesmal nicht um die Vergangenheit, sondern um die Zukunft. Realität und Vision schienen sich zu vereinen. Selbst uns, Studenten im Masterstudiengang, gelang es bei den Zitaten des Buches nicht immer zwischen Fiktion und Wirklichkeit zu unterschieden. In den darauffolgenden Stunden befassten wir uns mit den Chancen und Zukunftsvisionen der Gentechnik. Die Möglichkeiten des Klonens, in der Diagnostik und in der Medizin wurden uns vergegenwärtigt. Mit Letzterem setzten wir uns dann noch intensiver auseinander und besprachen einzelne Methoden. Den Abschluss dieses Tages bildete dann ein Video zur synthetischen Biologie. Es zeigte Forscher als eine Art Architekten oder Künstler mit der Möglichkeit, nach eigenen Wünschen neue Moleküle oder sogar ganze Organismen zu kreieren! Damit war sie dann auch schon zu Ende, unserer Gentechnik-Einheit. Erstaunlich wie schnell manchmal die Zeit vergeht. Mit vielen neuen Erkenntnissen und dem Wissen, dass auch wir diese Künstler sein können, ging anschließend wieder jeder von uns seiner Wege.