Kantonsschule Wil
Wie die Nobelpreisträger: Schülerinnen und Schüler machen Praktikum mit der Genschere

Gentechnik eins zu eins erleben, das konnten die Schülerinnen und Schüler der klasse 4beN des Schwerpunkts Biologie und Chemie der Kanti Wil. Die konnten in einem Praktikum die «Genschere CRISPR/Cas9» einsetzen. Ein System, das erst 2012 entdeckt wurde.

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Die Petrischalen mit Bakterienkolonien zeigen, was der Einsatz der Genschere bewirken kann.

Die Petrischalen mit Bakterienkolonien zeigen, was der Einsatz der Genschere bewirken kann.

Bild: PD

(pd/sas) Als eine der ersten Klassen Europas konnte die 4beN des Schwerpunkts Biologie und Chemie der Kantonsschule Wil ein Praktikum zur «Genschere CRISPR/Cas9» durchführen. Die Schülerinnen und Schüler haben das vierstündige Praktikum zusammen mit dem Lehrer Karl Schwery und dem Naturwissenschaftsassistent Benoît Kunz, welcher das ganze Praktikum organisiert hat, absolviert.

Die Gentechnik befindet sich noch in den Kinderschuhen. Das CRISPR/Cas9 System wurde erst 2012 entdeckt und durch die enorme Bedeutung im vergangenen Jahr mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet.

Schnell und genau das Genmaterial verändern

Die Gentechnik beschäftigt sich mit Veränderungen des genetischen Materials aller Organismen. Umgangssprachlich heisst das, man will die DNA verändern. Dafür gibt es verschiedene Methoden, welche schon einige Jahre zum Einsatz kommen. Bei diesen gibt es aber zwei Nachteile: zeitaufwendig und ungenau. Eigentlich genau das, was man in der Wissenschaft zu vermeiden versucht.

Nun haben die Mikrobiologin Emmanuelle Charpentier und die Biochemikerin Jennifer Douda ein Verfahren generiert, das sehr genau und kurzdauernd ist – also ideal für die Wissenschaftler. Durch dieses Verfahren ist es möglich, gezielt die DNA zu verändern.

CRISPR/Cas9 ist kein künstliches System. Bakterien schützen sich damit vor Viren, welche diese befallen und töten würden. Bei einem Befall von Viren wird deren DNA in das Bakterium eingeschleust, welche für die Produktion von neuen Viren verantwortlich ist. Diese Produktion von Viren wird dann so lange angehalten, bis das Bakterium wortwörtlich platzt.

Die Schülerinnen und Schüler konnten genau beobachten, wie die Genschere funktioniert.

Die Schülerinnen und Schüler konnten genau beobachten, wie die Genschere funktioniert.

Bild: PD

Um sich davor zu schützen, arbeiten die Bakterien mit der Genschere CRISPR/Cas 9. Sie können die DNA der Viren durchschneiden und es somit unschädlich machen. Dieses System kann man nun auch verwenden, um Genmaterial verschiedener Organismen zu zerschneiden.

Zeitgemässer Einblick in die Forschung

«In diesem Praktikum haben wir Gene aus dem Stoffwechselprozess der Bakterien geändert. Die DNA wurde geschnitten und wieder geflickt, sodass die Stoffwechselprozesse modifiziert wurden», beschreibt Benoît Kunz den Ablauf.

In die Bakterien mit dem CRISPR/Cas9 System wurde ein bestimmter RNA-Abschnitt eingeführt, sodass die Genschere am gewünschten Ort schneiden wird. Da das Bakterium aber mit durchtrenntem Genmaterial sich nicht mehr replizieren könnte, musste das Repariersystem des Bakteriums noch aktiviert werden. Dies geschah mit dem Zucker Arabinose. Einige Tage nach dem Experiment hatten die Schüler Bakterienkolonien gezüchtet, bei welchen sie erfolgreich das lacZ-Gen inaktiviert haben. Die Bakterien haben dadurch die Fähigkeit verloren, Lactose abzubauen.

Laut Benoît Kunz wird dieses Praktikum auch in der Zukunft mit Klassen durchgeführt, denn: «Es gibt den Schülern einen zeitgemässen Einblick in die Forschung. Mit der Genschere CRISPR/Cas9 begann eine neue Ära in der Genforschung. Die genauen mikrobiotischen Prozesse sind sehr komplex. Es brauch Engagement von den Schülerinnen und Schülern, um zu verstehen, was bei den einzelnen Prozessen vor sich geht. Im Hinblick auf das Studium bereitet es sie aber auf ihre Zukunft und die aktuelle Forschung vor.»