Schülerakademie am Max-Planck-Institut

Schülerakademie am Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie
Genregulation in der Bakterienzelle


Einmal selbst im Labor stehen und wie ein richtiger Wissenschaftler arbeiten: Dieser Traum wurde jetzt wieder für drei Oberstufenschüler wahr. Im Rahmen der Schülerakademie der Universität Bremen konnten Annemieke, Dorothee und Carsten vom 24. bis 28. Juli Einblicke in das Laborleben im Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie nehmen. Die MPI-Wissenschaftlerinnen Patricia Wecker und Sylke Wohlrab aus der Arbeitsgruppe Mikrobielle Genomik von Prof. Dr. Frank Oliver Glöckner haben sich die Zeit genommen, den dreien bei ihren ersten richtigen Laborversuchen das notwendige Know-How beizubringen und sie zu betreuen.


In den vier Tagen im Labor ging es um die Genregulation im Bakterium Rhodopirellula baltica. Aufgabe für die Schüler war, festzustellen , welche Gene in der exponentiellen Wachstumsphase im Vergleich zur stationären Phase hoch- bzw. herunterreguliert sind. Das Genom von Pirellula und ein Großteil der Gene sind aus den Untersuchungen der Arbeitsgruppe Glöckner bekannt. Braucht die Zelle eine bestimmte Menge an einem Protein, wird das entsprechende Gen aktiviert und die Produktion der Boten-RNA (mRNA) angekurbelt. Diese mRNA wird anschließend im Ribosom als Bauanleitung für das benötigte Protein genutzt. Im umgekehrten Fall- wenn das Gen herunterreguliert wird- muss entsprechend weniger mRNA produziert werden.

...und hier die Ergebnisse. Ganz links: Schade, das hat noch nicht so ganz geklappt! Sylke Wohlrab erklärt den Versuch. Zum Abschluss überreicht Patricia Wecker das Zertifikat.
Ganz rechts: So hätte das Ergebnis aussehen sollen.

Wie die Genregulation untersucht wird
Dazu musste zuerst die Gesamt-RNA der Zellen aus den beiden verschiedenen Kulturen isoliert werden. Vorsicht war dabei geboten, denn die RNA ist im Vergleich zur DNA sehr empfindlich. Weil dabei auch sehr aggressive Chemikalien zum Einsatz kommen, hatten die Betreuerinnen die RNA präpariert. Aus der RNA wurden dann DNA-Kopien (cDNA) mithilfe der reversen Transkriptase erstellt. Anschließend wurde diese cDNA-Population mit Fluoreszenzfarbstoffen angefärbt.

Mit DNA-Arrays können tausende Gene gleichzeitig studiert werden
Auf einer kleinen Glasplatte (Micro-Array) hatten die MPI-Forscherinnen vorher das Genom von Pirellula in Form von kleinen kurzen Bruchstücken abgebildet. Tausende von kurzen synthetischen DNA-Fragmenten liegen rasterförmig im geordneten Muster vor. An diese Fragmente binden die entsprechenden kurzen farbig markierten cDNA-Fragmente. Strahlt man Licht der Anregungswellenlänge ein, leuchten die Stellen deutlich auf, an denen cDNA gebunden hat. Mit entsprechender Software lässt sich die relative Menge der cDNA bestimmen. Damit kann die Antwort auf die Frage, welche Gene hoch- bzw. herunterreguliert wurden, eindeutig beantworten.

..und was sagen die Schüler?
Zum Abschluss am Freitag stellten die Schüler ihr erfolgreiches Kurzprojekt vor dem Gesamtplenum der Schülerakademie vor. Annemieke Abel (18 J.), Dorothee Hagenschulte (18 J.) und Carsten Dittmeyer (18 J.) meinten: „Insgesamt war die Woche eine tolle Erfahrung. Unsere Schulen können uns so etwas nicht bieten.“



Manfred Schlösser