Pferdelasagne in der Abiturprüfung -> PCR im BioAbi 2013 in Hessen, NRW und Niedersachsen

Was verbindet diese drei Bundesländer Hessen – NRW – Niedersachsen?

Nun zum Einen gibt es in allen drei Bundesländern BioAbi-Intensivkurse bzw. BioAbi Repetitorien. Zum Anderen haben alle drei Bundesländer das Thema Molekularbiologie und die Methode PCR als reproduktives Wissen in den abiturrelevanten Inhalten.

In den letzten Wochen ist das Thema Pferdefleisch mehr als nur einmal durch die Presse gegangen. Ein Grund für unseren AbiBlog einen Artikel über den Nachweis verschiedener Fleischsorten mithilfe der Methode PCR zu verfassen.

Gerade NRW ist ein sehr „schnelles“ Bundesland, was die Aufnahme von aktuellen Forschungsergebnissen oder Forschungsanwendungen in seinen Abituraufgaben angeht (-> siehe dazu bitte Blogartikel: https://abiturlernen.wordpress.com/2013/02/11/2013-biologieabitur-in-nrw-was-kommt-dran/ oder auch https://abiturlernen.wordpress.com/2013/01/04/nanoteilchen-und-das-biologieabitur-in-nrw/), aber auch Niedersachsen und Hessen könnten eine Abituraufgabe in diese Richtung stellen. Alle Bundesländer setzten das Wissen über die Polymerase-Ketten-Reaktion (PCR) als reproduktiv voraus.

PCR zum Nachweis von Pferdefleisch in Lasagne

„Der Inhalt einer Wurst bleibt auf ewig unerforscht…“

Betrachtet man all die Lebensmittelskandale der letzten Jahre (es reichen wahrscheinlich auch Monate), so stimmt dieses Zitat sicherlich. Doch die Molekularbiologie kann aufklären wo Gewürze, Fleischwolf und Umetikettierung volle Arbeit geleistet haben. Wie?

PCR und ein bisschen Wissen…

Die Technik, mit der der Nachweis geführt wird ist die Polymerase-Ketten-Reaktion. Doch die PCR ist nur die halbe Miete. Es braucht noch ein bisschen mehr….

1.) Was soll zur PCR eingesetzt werden?

2.) Wie können die unterschiedlichen Fleischsorten voneinander unterschieden werden?

Nun: die erste Frage ist schnell beantwortet: Fleischproben unterschiedlichster Herkunft soll zur PCR eingesetzt werden. Die Lasagne, die Fleischklöschen, die Ravioli und Tortellini…

Was steht auf dem Etikett, was ist wirklich drin?

Die zweite Frage ist nicht ganz so einfach zu beantworten. Gleichwohl: Unser Fleisch in der Lasagne oder Wurst  wird aus tierischen Muskeln erzeugt. Alle Tiere, die wir verspeissen betreiben Atmung. Die Atmungskette ist in den Mitochondrien lokalisiert. Im Muskelgewebe finden sich viele Mitochondrien.

Der erste Schritt wäre also die mitochondriale DNA aus den Fleischproben zu isolieren. Das ist in wenigen Stunden erledigt, Kits werden von verschiedensten Firmen angeboten.

Nun, was soll nun mit dieser DNA gemacht werden? PCR ist klar, aber welches Gen scheint vernünftig für eine Analyse?

Wir hatten das Stichwort Atmung schon aufgeworfen. Daher die Isolation der mitochondrialen DNA. Cytochrom b ist ein für viele Lebewesen gut charakterisiertes Protein der Atmungskette. Auch die Gensequenzen sind für zahllose atmende Organismen bekannt. Cytochrom b ist das Target für unsere PCR. Alle Fleischsorten – auch das Pferdefleisch sollte mitochondriale DNA enthalten, die mitochondriale DNA wiederum das Gen für Cytochrom b.

Nun besitzen nahe verwandte Proteine eine sehr ähnliche Aminosäuresequenz oder DNA-Sequenz (auf Genebene). Dies wird z.B. in der Evolution für die Bildung phylogenetischer Stammbäume eingesetzt. Je ähnlicher die Sequenz so „konservierter“. Konservierte Regionen sind auf Genebene sehr ähnlich, im Zweifelsfalle identisch. So wird eine Stelle auf dem Cytochrom b-Gen gesucht, die für alle zu testenden Lebewesen (z.B. Pferd, Hund, Rind, Schwein, Schaf, Ziege, Pute, Huhn,…) identisch ist. Diese wird ausgewählt und ein zu dieser Sequenz komplementärer Primer entworfen (one-4-all Primer). Der zweite Primer des jeweiligen Primerpaares muss nun ganz spezifisch nur für ein Lebewesen testen. Das heisst, dieser Primer darf nur zu einer Sequenz komplementär sein, die z.B. nur in der DNA des Pferde-Cytochrom b auftaucht (Pferde Primer, spezifisch). Gleiches muss für Hund, Rind, Schwein, usw. gemacht werden.

„Konservierter“ Primer und spezifischer Primer ergeben das Analyse-Primerpaar

So wird die PCR also mit mehr als einem Primerpaar durchgeführt. Eine Mischung der spezifischen Primer und des konservierten Primers ergeben verschiedene DNA-Fragmente für jede untersuchte Fleischsorte.

Diese Aufgabe könnte ebenso ihr reproduktives Wissen über DNA-Agarosegele abfragen:-)

Multiplex PCR zum Nachweis von Schweinefleisch....

Multiplex PCR zum Nachweis von Schweinefleisch….spezifischer Primer in verschiedenen Farben, Skizze eines DNA-Agarosegels mit den möglichen Fragementen nach PCR.

Sollte diese Erklärung noch nicht genug für Sie sein: Besuchen Sie unsere Intensivkurse oder Repetitorien!

BioAbi Intensivkurs -> Niedersachsen -> 25. – 27. März 2013

BioAbi Repetitorium -> Niedersachsen -> 21. + 22. März 2013

BioAbi Repetitorium -> NRW -> 5. und 6. April 2013

Gerne Informieren wir Sie über die Inhalte und Techniken unserer Abiturprüfungsvorbereitung!

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