Erwin Graf

Genetik an

Stationen

Gentechnik

Erwin Graf

Sekundarstufe I

Genetik

Downloadauszug

aus dem Originaltitel:

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Genetik an Stationen

Gentechnik

http://www.auer-verlag.de/go/dl7653

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Inhalt

Hinweise für das Lernen an Stationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Übersicht über die Stationen mit Laufzettel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Test zum Thema „Genetik“ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Station 1: Genetische Beratung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Station 2: Dem Täter auf der Spur – genetischer Fingerabdruck . . . . . . . . . . . . . . . 7

Station 3: Gentechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Bildnachweis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

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1. Arbeitet mit eurem Partner oder in Kleingruppen (3er-, 4er- oder 5er-Gruppen) zusam-men an den Stationen und unterstützt euch gegenseitig.

2. Geht mit den Materialien an den Stationen sorgfältig um.

3. Holt euch zu Beginn der Stationenarbeit die benötigten Materialien von ihrem Aufbe-wahrungsort (z. B. Wandschrank, Laborwagen) bzw. bearbeitet die Stationen am jewei-ligen Tisch, wo die Station aufgebaut ist bzw. am Platz, den euer Lehrer / eure Lehrerin euch zugewiesen hat.

4. Bringt die Materialien nach beendeter Arbeit an der Station wieder an den vorgese-henen Platz zurück bzw. legt die Materialien am vorgesehenen Platz so bereit, dass die nächste Schülergruppe zügig mit der Arbeit beginnen kann.

5. Achtet darauf, dass die Materialien stets vollzählig sind und in gutem Zustand bleiben. Meldet eurem Lehrer / eurer Lehrerin, wenn die Stationsmaterialien unvollständig sind.

6. Bearbeitet die Aufgaben an den Stationen sorgfältig und zügig.

7. Notiert (protokolliert) eure Ergebnisse übersichtlich, vollständig und optisch anspre-chend.

8. Fertigt eure Skizzen mit einem spitzen Bleistift mittlerer Härte (Empfehlung: HB) an.

9. Versucht die auftretenden Fragen und Probleme möglichst in der Kleingruppe selbst-ständig zu lösen. Kommt ihr dennoch bei bestimmten Aufgaben nicht weiter, so wendet euch an die Lehrperson.

10. Füllt das „Arbeitsprotokoll“ auf dem Laufzettel bei jeder Stationenarbeit so aus, dass ihr einen Überblick über die bereits bearbeiteten Stationen und die dafür benötigte Zeit habt.

... und nun viel Freude und Erfolg!

Hinweise für das Lernen an Stationen

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Übersicht über die Stationen mit Laufzettel

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1 Genetische Beratung

2 Dem Täter auf der Spur – genetischer Fingerabdruck

3 Gentechnik

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Datum: Klasse/Lerngruppe: erreichbare Punktzahl: 3

Name: erreichte Punktzahl:

Test zum Thema „Genetik”

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1. Jokeraufgabe: Genetischer Fingerabdruck (Bedeutung, Vorgehensweise usw.). (3 P.)

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Name: Klasse: Datum:

Immer mehr Menschen in Deutschland nutzen die Gelegenheit, um sich genetisch beraten zu lassen. An dieser Station erhaltet ihr einen Einblick, was man sich unter einer genetischen Beratung vorzustellen hat und wer zu einer genetischen Beratung gehen kann oder gehen sollte.

Material: Biologiebuch, ggf. Lexikon, ggf. Internet

Aufgaben

1. a) Wer kann oder sollte zu einer genetischen Beratung gehen?

b) Was ist das Ziel einer genetischen Beratung?

2. Wer führt als Experte das etwa einstündige Gespräch zur genetischen Beratung?

3. Werden eine genetische Beratung sowie eventuell notwendige Untersuchungen von der Krankenkasse bezahlt?

KompetenteBeratung nur hier!

Station 1: Genetische Beratung

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4. Falls ein Verdacht auf genetisch bedingte Erkrankungen vorliegt, werden genetische Un-tersuchungen angeboten. Eine der wichtigsten Untersuchungsmethoden ist in der Abbil-dung unten angedeutet. Beschreibe kurz, wie die Methode genannt wird und welche Ziele damit verfolgt werden.

a) Die Untersuchungsmethode nennt man untersuchung

(-punktion) mit anschließendem test.

b) Ziel:

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Name: Klasse: Datum:

Mit den Erkenntnissen aus der Genetik ist es der Kriminalpolizei heute möglich, viele Täter zu über-führen. Noch vor wenigen Jahren war man auf Fingerabdrücke, Haare, Fasern der Kleidung usw. angewiesen. Heute reichen wenige Zellen für eine sog. DNA-Analyse, auch „genetischer Fingerab-druck“ genannt. An dieser Station lernt ihr diese Methode kennen.

Material: Biologiebuch, Internet

Aufgaben

1. Für eine DNA-Analyse (auch DNA-Test, Gentest oder Genanalyse genannt) reicht ein Bluts-tropfen, ein Tropfen Speichel auf einer Kleidungsfaser, ein Haar oder eine winzige Sperma-spur aus. Mit Blutplasma oder mit roten Blutkörperchen (Erythrozyten) kann man jedoch keine DNA-Analyse vornehmen. Gib eine Erklärung.

2. Für einen „genetischen Fingerabdruck“, wie man das DNA-Analyseverfahren in der Öffentlichkeit meist nennt, reicht schon ein Milliardstel Gramm DNA aus. Das DNA-Analyseverfahren beruht darauf, dass zu-nächst kleinste DNA-Mengen mithilfe von Enzymen vervielfältigt werden.Anschließend isoliert man bestimmte DNA-Abschnit-te, die keine Informationen für Proteine enthalten und somit keine echten Gene sind. Etwa 95 % der mensch-lichen DNA ist sogenannte nichtcodierende DNA.Man weiß seit etwa 15 Jahren, dass auf diesen DNA-Abschnitten einzelne Abschnitte liegen, die von Mensch zu Mensch verschieden sind. Nur diese Abschnitte untersucht man mithilfe chromatografischer Verfahren und spezieller Fär-bemethoden. Stimmen die DNA-Abschnitte von zwei DNA-Proben in ihren Mustern über-ein, so stammen die beiden Proben mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit von der gleichen Person.

a) Von welcher der Personen B bis H stammt die DNA-Probe, die bei A ebenfalls analysiert wurde? Begründe deine Entscheidung.

b) Begründe, weshalb man die DNA-Analyse auch zum Nachweis von Vaterschaften ver-wenden kann.

Elektrophorese-Ergebnis einer DNA-Analyse

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Station 2: Dem Täter auf der Spur – genetischer Fin-gerabdruck

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Name: Klasse: Datum:

Auf manchen Lebensmitteln steht der Hinweis „Ohne Gentechnik“. Fragt man einen Arzt oder Apotheker, ob Medikamente ohne Gentechnik hergestellt wer-den können, so erhält man eine vielsagende Antwort. Ist Gentechnik gut oder nicht gut, gefährlich oder harmlos? Die Antwort ist schwierig, weil die Gen-technik viele Facetten hat.An dieser Station könnt ihr euch einen Einblick verschaffen, was Gentechnik ist und welche Chancen und Gefahren damit verbunden sind.

Material: Biologiebücher, Informationstext, Biologie-Lexika, ggf. Internet

Aufgaben

1. Beschreibt kurz in wenigen Sätzen, was man unter „Gentechnik“ versteht.

2. In der Abbildung ist das Prinzip der Gentechnik am Beispiel der gentechnischen Insulinher-stellung stark vereinfacht dargestellt. Schneidet die folgenden Textbausteine aus und ord-net sie den einzelnen Phasen in der Abbildung zu.

Das Kolibakterium mit dem Fremd-Gen („Insulin-Gen“) in einem Plasmid wird nun in einem Bioreaktor unter optima-len Bedingungen (Temperatur, Nähr-salze, pH-Wert usw.) vermehrt.

Die gentechnisch veränderten Kolibak-terien bilden nun das Hormon Insulin. Die Bakterien werden dann getötet und das Insulin aus der Zellmasse gewonnen. Das Insulin wird nun aufbereitet, gerei-nigt und steht dann den Diabetikern zur Verfügung.

Zunächst gewinnt man aus einer Spen-derzelle mithilfe von Schneide-Enzymen die Abschnitte der DNA, die die Erb-information für die Synthese von Insulin enthalten.

Das neu kombinierte Plasmid mit dem Gen für die Insulinsynthese wird in ein Kolibakterium eingeschleust. Man spricht von einem Gen-Transfer.

In einem weiteren Schritt werden die Gene für die Insulinsynthese in Kolibak-terien (Darmbakterien) geschmuggelt. Hierfür baut man die DNA in ein Plas-mid (ringförmiges DNA-Molekül) des Bakteriums ein.

Station 3: Gentechnik

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3. Welche Vorteile haben Bakterien für die Gentechnik? Denkt dabei an Bau, Vermehrung, Größe, Verteilung der DNA usw.

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4. Nennt mindestens vier bereits heute genutzte Anwendungen der Gentechnik.

5. a) Woran erkennt ihr auf einer Verpackung, dass das betreffende Lebensmittel unter Nut-zung gentechnischer Verfahren hergestellt wurde?

b) Informiert euch, an welchen Logos oder Siegeln man erkennen kann, ob ein Lebensmit-tel „ohne Gentechnik“ hergestellt wurde. Zeichnet fünf dieser Siegel oder Logos.

6. Es gibt Argumente für die Gentechnik, aber auch Argumente dagegen.

a) Stelle auf einer Karteikarte einige Argumente für die Gentechnik und auf einer zweiten Karteikarte einige Argumente gegen die Gentechnik zusammen.

b) Führe dann mit einem Partner eine Pro-Kontra-Diskussion.

c) Wechselt nach zwei bis drei Minuten die Rollenkarten und die Rollen.

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Gentechnik. Schon 1929 erkannte man, dass die DNA die Erbinformation aller Lebewesen ist. Aber erst 1953 entwickelten J. D. Watson (*1928) und F. H. C. Crick (1916 – 2004) ihr berühmtes DNA-Modell, für das sie den Nobelpreis erhielten.

Bereits 1973 war es den beiden US-amerikanischen Biochemikern Herbert Boyer und Stanley Cohen gelungen, mithilfe von speziellen Enzymen die DNA gezielt an einer Stelle durchzuschneiden, ein Gen aus einem Frosch zu isolieren und dieses körperfremde Gen (Fremdgen) mithilfe von Enzy-men in ein Plasmid eines Bakteriums einzuschleusen.

Unter Gentechnik versteht man den gezielten Eingriff in das Erbgut eines Lebewesens. Dies kann beispielsweise das „Herausschneiden“ bestimmter Gene aus der DNA einer Zelle sein oder die gezielte Einschleusung von bestimmten Genen in ein Lebewesen.

Als Forschungsobjekte für die Wissenschaft eignen sich Bakterien sehr gut, weil sie einfach gebaut sind, sich schnell teilen, sich gut in „Bioreaktoren“ in einer „Nährsuppe“ vermehren lassen und die DNA nicht in einem Zellkern liegt, sondern frei im Plasma. Zudem haben Bak-terienzellen ein oder mehrere ringförmige Plasmide, die ebenfalls aus DNA bestehen und bei-spielsweise für die Resistenz gegen bestimmte Antibiotika verantwortlich sind.

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Zellwand

Ribosomen

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Abb. 2: Bau eines Bakteriums (Schema)

Diabetes (Zuckerkrankheit) und Insulin. Bis 1980 konnte man zuckerkranken Menschen kaum helfen, ein weitgehend normales Leben zu führen, weil die nötigen Medikamente fehl-ten. Viele Zuckerkranke haben zu wenig Insulin. Vor 1980 isolierte man aus der Bauchspeichel-drüse von Tausenden von Schlachttieren (Schafe, Rinder usw.) in einem sehr aufwendigen und teuren Verfahren das Insulin. Insulin war deshalb nicht nur sehr teuer, sondern stand auch nur wenigen Menschen zur Verfügung.

Abb. 1: DNA-Modell

Informationstext zu Station 3: Gentechnik

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Erst 1980 gelang es, das Insulin-Gen von Menschen zu isolieren und dieses Gen mithilfe spezi-eller Enzyme in ein Plasmid eines Bakteriums, das auch in unserem Darm lebt (Escherichia coli, vereinfacht Kolibakterium genannt), einzuschleusen. Seitdem steht Insulin den Diabetikern in großen Mengen, in reiner Form und preiswert zur Verfügung, sodass sie gut mit Insulin ver-sorgt ein weitgehend normales Leben führen können.

Anwendungen der Gentechnik. Seit Urzeiten hat der Mensch durch die Pflanzen- und Tier-züchtung in das Erbgut von Lebewesen eingegriffen. Viele Nutztiere (z. B. Hühner- und Rin-derrassen) und Nutzpflanzen (z. B. Mais, Weizen, Kartoffeln), aber auch Zierpflanzen wie die verschiedenen Rosen-, Tulpen- und Lilienarten gäbe es ohne die Züchtung durch den Men-schen nicht – geschweige denn die vielen Hunde- und Katzenrassen.

Abb. 3: Verschiedene Hunderassen

Die Weltbevölkerung wächst seit etwa 150 Jahren exponentiell. Im Jahr 2025 leben vermutlich 9 bis 10 Milliarden Menschen auf der Erde. Diese Menschen wollen alle ernährt sein und kranke Menschen erwarten, dass dank moderner Forschung ihre Krankheit gelindert oder gar geheilt werden kann.

Einige Beispiele für Anwendungen gentechnischer Verfahren sind:

� Herstellung von Hormonen wie beispielsweise Insulin und Erythropoietin (fördert die Bil-dung von roten Blutkörperchen bei Anämie = Blutarmut)

� Herstellung von Impfstoffen (z. B. gegen Hepatitis, gegen Pocken, gegen Polio) � gentechnisch veränderte Pflanzen (beispielsweise bestimmte Soja- und Maissorten), die gegen bestimmte Schädlinge resistent sind (wodurch weniger Pflanzenschutzmittel benö-tigt werden) und höhere Erträge liefern

� in Zukunft (bislang in Deutschland verboten): Eingriffe in das Erbgut des Menschen könn-ten viele Krankheiten lindern oder heilen.

Kontra Gentechnik. Neues wurde von den Menschen schon immer recht differenziert gese-hen, gelegentlich skeptisch betrachtet, manchmal abgelehnt oder sogar als Bedrohung emp-funden. So war es auch mit der Einführung der Kartoffel in Europa vor etwa 200 Jahren, der Einführung der Dampfmaschine, der ersten Computer oder der Handys. Heute ist es nicht an-ders: In Deutschland gibt es viele Gegner der Gentechnik. Was führen Gegner der Gentechnik als Argumente an? Einige seien genannt:

� Biotechnisch veränderte Lebewesen könnten das biologische Gleichgewicht auf der Erde stören.

� Gentechnisch veränderte Lebewesen könnten aus den Labors entweichen, den Menschen gefährlich werden und vielleicht schwere Krankheiten auslösen.

� Eingriffe in das Erbgut des Menschen könnten zu einer gezielten „Menschenzüchtung“ (Menschen mit gewünschten Merkmalen und Eigenschaften) führen.

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1. a) Genetische Beratung ist zu empfehlen, wenn …

� … ein oder beide Partner unter einer (ggf. vererbbaren) Erkrankung leiden,

� … die Partner schon älter sind (z. B. beide über 40 Jahre),

� … sich in der Familie oder Verwandtschaft eines Partners bestimmte Erkrankungen gehäuft haben,

� … eine Frau bereits mehrere Fehlgeburten hatte,

� … die Familie bereits ein oder mehrere Kinder mit bestimmten Erkrankungen hat,

� … ein oder beide Partner erbgutschädigenden Einflüssen (z. B. ionisierender Strahlung, mutagenen Stoffen u. a.) ausgesetzt war/waren.

b) Genetische Beratungen sollen dazu beitragen, Risiken abzuschätzen, und angehenden Eltern helfen, eine verantwortungsvolle Entscheidung für oder gegen eine Schwangerschaft zu treffen.

2. Das Beratungsgespräch wird in der Regel von einem Humangenetiker geführt (meist ein Arzt, der sich auf Genetik beim Menschen spezialisiert hat).

3. Ja, genetische Beratung wird von der Krankenkasse bezahlt.

4. a) Die Untersuchungsmethode nennt man Fruchtwasseruntersuchung (-punktion) mit anschließendem Gen-test.

b) Ziel: Erkennen von Genom- und Chromosomenveränderungen (Mutationen) sowie Genmutationen durch einen sog. Gentest

Station 18: Dem Täter auf der Spur – genetischer Fingerabdruck Lösungen

1. In Blutplasma und Erythrozyten sind keine Zellkerne vorhanden, keine Chromosomen und somit keine DNA, die man untersuchen könnte.

2. a) Die DNA-Banden der Probe bei A stimmen mit den Banden der Probe bei F überein, d. h., die Probe stammt von der Person F.

b) Nah verwandte Personen haben ein ähnlicheres DNA-Muster als Personen, die nicht miteinander verwandt sind. Aufgrund des „Vaterschaftstests“, der in der folgenden Abbildung dargestellt ist, ist B eindeutig der Vater des Kindes.

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Station 1: Genetische Beratung Lösungen

Station 2: Dem Täter auf der Spur – genetischer Fingerabdruck Lösungen

Jokeraufgabe: Genetischer Fingerabdruck (Bedeutung, Vorgehensweise usw.): Ausführliche Beschreibung siehe Station 2!

Test zum Thema „Genetik“ Lösung

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1. Unter Gentechnik versteht man den gezielten Eingriff in das Erbgut eines Lebewesens (oder eines Virus).

2.

3. Bakterien sind leicht zu züchten, einfach gebaut, vermehren sich schnell, haben keinen Zellkern, DNA als Knäuel in der Zelle sowie in Form von ringförmigen Platiden usw.

4. Anwendungen der Gentechnik: Herstellung von Hormonen, Medikamenten, Nutzpflanzen, Impfstoffen usw.

5. a) Gentechnik-Kennzeichnungspflicht: „genetisch verändert“, „enthält genetisch veränderte …“, …b) Logos: Bio EU, ohne Gentechnik, Bioland, Biopark, Naturland, ökologischer Landbau

6. Zu a)PRO:

� Schädlingsresistente Pflanzen erfordern weniger Pflanzenschutzmittel. � Medikamente, Impfstoffe usw. sind preiswert und schnell herzustellen. � Linderung bzw. Heilung zahlreicher Krankheiten beim Menschen ist möglich. � Mehr Nahrung (bessere Nutzpflanzen und Nutztiere) steht für die wachsende Weltbevölkerung zur Verfügung. � …

BakteriumDNA

Plasmid

Das Kolibakterium mit dem Fremd-Gen („Insulin-Gen“) in einem Plasmid wird nun in einem Bioreaktor unter optima-len Bedingungen (Temperatur, Nährsal-ze, pH-Wert usw.) vermehrt.

Die gentechnisch veränderten Kolibak-terien bilden nun das Hormon Insulin. Die Bakterien werden dann getötet und das Insulin aus der Zellmasse gewonnen. Das Insulin wird nun aufbereitet, gerei-nigt und steht dann den Diabetikern zur Verfügung.

Zunächst gewinnt man aus einer Spen-derzelle mithilfe von Schneide-Enzymen die Abschnitte der DNA, die die Erb-information für die Synthese von Insulin enthalten.

Das neu kombinierte Plasmid mit dem Gen für die Insulinsynthese wird in ein Kolibakterium eingeschleust. Man spricht von einem Gen-Transfer.

In einem weiteren Schritt werden die Gene für die Insulinsynthese in Kolibak-terien (Darmbakterien) geschmuggelt. Hierfür baut man die DNA in ein Plas-mid (ringförmiges DNA-Molekül) des Bakteriums ein.

Station 3: Gentechnik Lösungen

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thKONTRA:

� Es besteht die Gefahr der Störung des biologischen Gleichgewichts in der Natur. � Gefährliche Mikroorganismen könnten aus Gentechnik-Labors entweichen und dem Menschen gefährlich wer-den.

� Eingriffe in das Erbgut des Menschen könnten zu einer gezielten „Menschenzüchtung“ führen und missbraucht werden.

� …

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Bildnachweis

S. 5 Arzt © MEV46005

S. 11 DNA © bahri altay; Shutterstock.com (Nr. 140746918)

S. 12 Schäferhund © tohasiwe; Fotolia.com (Nr. 23018290)

S. 12 Bernhardiner © Christa Eder; Fotolia.com (Nr. 12335842)

S. 12 Dackel © Eric Isselée; Fotolia.com (Nr. 26283177)

Impressum

© 2016 Auer VerlagAAP Lehrerfachverlage GmbHAlle Rechte vorbehalten.

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Autor: Erwin GrafIllustrationen: Karin Giegerich, Steffen Jähde, Hendrik Kranenberg, Frau Schüler, Inge WittigCovergestaltung: Daniel Fischer – Grafikdesign MünchenUmschlagfoto: ktsdesign/fotolia.com

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