klonierung von gfp in e - german weber: startseite · färbung und auswertung des gels ... der...

20
Bernhard-Strigel-Gymnasium Kollegstufe Jahrgang:..............2007/2009 Memmingen Leistungskurs:.............................Biologie Kollegiatin:..................Nicole Makowski Facharbeit Klonierung von GFP in E.coli Abgegeben am: 30.01.2009 Bewertung: Facharbeit: Note: ___________ Punkte: ___________ Mündliche Prüfung: Note: ___________ Punkte: ___________ Datum und Unterschrift des Kursleiters: _______________________________________________ Eingetragen in das Kursblatt: _______________________________________________________

Upload: vungoc

Post on 18-Sep-2018

216 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Bernhard-Strigel-Gymnasium Kollegstufe Jahrgang:..............2007/2009 Memmingen Leistungskurs:.............................Biologie

Kollegiatin:..................Nicole Makowski

Facharbeit

Klonierung von GFP in E.coli

Abgegeben am: 30.01.2009 Bewertung: Facharbeit: Note: ___________ Punkte: ___________ Mündliche Prüfung: Note: ___________ Punkte: ___________ Datum und Unterschrift des Kursleiters: _______________________________________________ Eingetragen in das Kursblatt: _______________________________________________________

1

Inhaltsverzeichnis: 1. Einleitung...........................................................................................................................2

2.Material...............................................................................................................................2

2.1. Laborgeräte...................................................................................................................2

2.2. Chemikalien..................................................................................................................2

3.Methoden............................................................................................................................3

3.1. Herstellen der Agar-Ampicillin-Platten........................................................................3

3.2. Ausstreichen der Agarplatten........................................................................................3

3.3. Anlegen einer Übernachtkultur.....................................................................................4

3.4. Plasmidpräparation........................................................................................................4

3.4.1. Isolation vom Plasmiden......................................................................................4

3.4.2. Durchführung der Gelelktrophorese....................................................................5

3.4.3. Färbung und Auswertung des Gels......................................................................5

3.5. Restriktionsverdau der Plasmide mit EcoRI und HindIII.............................................7

3.6. Eliminieren des DNA-Fragments aus dem Plasmid pHat-GFPuv..............................8

3.7. Klonierung des isolierten DNA-Fragments in pJET1.2/blunt.....................................11

3.8. Transformation chemisch kompetenter Zellen............................................................12

4. Ergebnisse........................................................................................................................12

4.1. Fehleranalyse des Restriktionsverdaus........................................................................13

4.2.Anwendung der Cracking-Methode.............................................................................14

4.3. Plasmidisolation..........................................................................................................15

4.4. Analyse der Plasmidisolation durch Gelelektrophorese.............................................15

5. Nachwort..........................................................................................................................16

6. Quellenverzeichnis..........................................................................................................16

6.1. Literaturverzeichnis ....................................................................................................16

6.2. Internetquellen.............................................................................................................16

7.Schülererklärung..............................................................................................................19

Anhang

2

1. Einleitung

Das Thema meiner Facharbeit entstand während eines Praktikums in der 12. Klasse im

Biotechnologie Labor des Bernhard-Strigel-Gymnasiums. Wir lernten dort verschiedene

Methoden mit dem Bakterium E.coli zu experimentieren wie zum Beispiel in den

Themenbereichen der Plasmidisolation, Verdünnungsreihen oder der Transformation von

Plasmiden.

Die Idee meiner Facharbeit bestand darin, ein DNA-Fragment aus seinem Plasmid mittels

Restriktionsenzymen zu schneiden, es daraus zu entfernen, in ein anderes neues Plasmid zu

klonieren und in ein Bakterium einzusetzen.

Das Besondere an dieser Arbeit war, aus meinem Plasmid pHAT-GFPuv, das GFP-Konstrukt,

das aus einer Qualle kommt, aus dem pHAT rauszuholen und in ein E.coli Bakterium zu

transformieren. GFP (grün fluoreszierendes Protein) wird im Labor sehr häufig verwendet, da es

die besondere Eigenschaft besitzt unter UV-Licht zu leuchten.

2. Material

2.1. Laborgeräte

• Petrischalen ● Autoklav

• Bunsenbrenner ● Impföse

• Drigalski-Spatel ● Inkubator

• Eppendorfcap ● Pipetten + passende Spitzen

• Reagenzglas ● Vortexer

• Gelelektophorese-Apparatur ● Gelkamm

• Schraubdeckelflasche ● Rührfisch

• MinElute Säule ● UV-Leuchttisch

• Mikrowelle ● Spannungsquelle

• Laborwaage

2.2. Chemikalien

• Agar ● Steriles Wasser

• Ampicillin ● Plasmid pHAT-GFPuv

3

• Bakterium E.coli ● Kits der Firma Quiagen (P1, P2, N3, PB, PE)

• Gelladungspuffer ● Restriktionsenzyme EcoRI und HindIII

• Elektrophoresepuffer (TAE-Puffer) ● Ethidiumbromidlösung

• Puffer Tango™ ● Quiagen Puffer QG, EB

• Isopropanol ● T4 DNA-Ligase

• 2 x Reaktionspuffer ● Enzym, das DNA stumpf macht

• Nukleasen freies Wasser ● TransformationAid™ Bacterial Transfotma-

• Vektor pJET1.2/blunt tions kit

• DNA Größenstandart „Gene Ruler™

1kb DNA Ladder #SM03131“

3. Methoden

3.1. Herstellen der Agar-Ampicillin-Platten

Zur Herstellung von in meinem Fall 5 Agarplatten wird zu 1,31 g Lactose-Agar 65 ml Wasser

hinzugegeben. Anschließend wird diese Mischung bei 121 °C autoklaviert. Mit diesen

Verfahren werden die lebensfähigen Keime und deren Dauerstadien abgetötet. (www.nugi-

zentrum.de, 2006 a) Der Agar wird nach dem Autoklavieren mit 65 µl Ampicillin beimpft, da

das Bakterium mit dem Plasmid pHAT-GFPuv, das eine Ampicillin-Resistenz erhält nur auf

Nährböden mit Ampicillin wachsen kann. Als nächstes wird der Agar in flüssigem Zustand (bei

50-55 °C) in 5 sterile Petrischalen ausgegossen. Die Agarplatten lässt man einen Tag bei

Raumtemperatur trocknen.

Hinweis: Es empfiehlt sich Handschuhe zum Gießen der Platten zu tragen, da der Agar im

flüssigen Zustand noch heiß ist.

3.2. Ausstreichen der Agarplatten

Mit einer durch einen Bunsenbrenner ausgeglühten Impföse werden Bakterien, die das Plasmid

pHAT-GFPuv enthalten, entnommen und auf die Ampicillin-Agarplatten mittels Drigalski-

Spatel ausgestrichen. Die Agarplatten werden dann bei 37 °C über Nacht bebrütet. Durch die

Ampicillin-Resistenz der Plasmide sollten auf den Ampicillin-Nährböden nach dem Bebrüten

Bakterienkolonien entstehen.

4

3.3. Anlegen einer Übernachtkultur

Dazu wird eine Einzelkolonie der Agarplatte mittels einer Impföse mit 65 µl Ampicillin in ein

Kulturmedium übergeimpft. Das sich in dem Reagenzglas befindende Kulturmedium wird

danach über Nacht bei 35 °C unter Schütteln inkubiert. Befindet sich am daraufliegendem Tag

eine trübe Konsistenz in dem Reagenzglas, so sind die Bakterien gewachsen.

3.4. Plasmidpräparation

„Plasmide und Vectoren sind wichtige Hilfsmittel der Molekularbiologen. Mit ihrer Hilfe

werden gezielt Gene in Organismen eingeschleust. So entsteht ein gentechnisch veränderter

Organismus, der neue Eigenschaften erhalten hat (www.nugi-zentrum.de, 2006 b).

3.4.1. Isolation von Plasmiden

Alle essentiellen Gene von Organismen sind auf der DNA kodiert. Aus diesem Grund wird die

DNA für Experimente mit Genen isoliert. Die Länge der DNA ist bei jedem Organismus

unterschiedlich (www.nugi-zentrum.de, 2006 c). Die DNA des Plasmids pHAT-GFPuv, bei der

die Isolation durchgeführt werden soll, beträgt 3,5kB.

Zur Durchführung der Plasmidisoaltion wird das Original-Protokoll des Quiaprep-Kits aus dem

Protokoll von Herrn SCHMITT (2005: S. 19) verwendet.

Zu aller erst werden 1,5 ml von der ein Tag zuvor angelegten Übernachtkultur in ein steriles

Eppendorfcap pipettiert und für 5 min. abzentrifugiert. Der Überstand, der Mediumbestandteile

enthält wird weggeworfen. Die restliche Lösung des Eppendorfcaps, die aus Bakterienzellen

besteht wird nun mit 250 µl Puffer P1 resuspendiert. Nach diesem Vorgang sollte sicher gestellt

werden, dass keine Zellklumpen im Eppendorfcap sichtbar sind. 250 µl Puffer P2 werden nun

hinzugegeben und das Eppendorfcap muss 3-4 mal vorsichtig geschwenkt werden, weil die

DNA sonst zerrissen wird. Als nächstes schwenkt man ebenfalls bei der Zugabe von 350 µl

Puffer N3 das Eppendorfcap 4-6 mal vorsichtig. Die Lösung erscheint in einer trüben

Konsistenz und wird für 10 min. bei 13,000 rpm zentrifugiert. 850 µl vom Überstand, der das

notwenige Plasmid enthält wird durch Pippettieren auf eine QIAprep-Säule übergeführt und für

30-60 s lang zentrifugiert. Die sich unterhalb der QIA-prep Säule und in dem Eppendorfcap

befundene Lösung wird weggeworfen. Die QIAprep-Säule muss dann durch Hinzufügen von

0,75 ml Puffer PE und erneutem Zentrifugieren für 30-60 s gewaschen werden. Derselbe Schritt

erfolgt dann mit 0,5 ml Puffer PB. Die restiche Lösung des Eppendorfcaps wird jetzt bei 1 min.

zentrifugiert um den Rest des Reinigungspuffers zu entfernen. Zum Schluss muss die QIAprep-

Reinigungssäule in ein neues 1,5 ml steriles Eppendorfcap gesteckt werden. Um die DNA

5

komplett aus der Reinigungssäule zu erhalten, fügt man 50 µl Wasser hinzu. Das Eppendorfcap

lässt man 1 min. lang stehen und zentrifugiert es dann für 1 min. ab. Der Rest, der sich nun im

Eppendorfcap befindet, ist die Plasmid-Lösung. Die folgende Abbildung stellt den Ablauf

bildlich dar.

Abbildung 1: Plasmidisolation in bildlicher Darstellung

6

3.4.2. Durchführung der Gelelektrophorese

„Die Agarose-Gelelektrophorese ist die einfachste und effektivste Methode, mit der DNA-

Fragmente zwischen 0,5 und 25kB (=kilo-Basen) Länge voneinander getrennt und identifiziert

werden können.

Das Prinzip der Elektrophorese beruht darauf, dass geladene Moleküle, wie z.B. DNA im

elektrischen Feld wandern. Die Auftrennung erfolgt in einem elektrischen Gleichstromfeld unter

konstanten pH-Wert (-> Elektrophoresepuffer), wobei die Fragmente je nach Ladung, Masse

und Gestalt unterschiedlich schnell durch das Agarosegel wandern.“ (SCHMITT, 2005: S. 20)

Zur Durchführung der Gelelektrophorese wird das Protokoll Durchführung der

Gelelektrophorese vom Biotechnologie Labor verwendet (SCHMITT, 2005: S. 22-23).

Um 1%-ges Agarosegel herzustellen, werden 0,2 g Agarose mit TAE-Puffer auf 20 ml in einer

Schraubdeckelflasche aufgegossen. Da flüssige Agarose stark zum Siedeverzug neigt, gibt man

einen Rührfisch in die Schraubdeckelflasche hinzu. Das Agarosegel wird dann unter

Beobachtung in der Mikrowelle aufgekocht, bis eine klare Flüssigkeit zu sehen ist.

Hinweis: Da das Gel beim Aufkochen sehr heiß wird, sollten bei diesem Vorgang Handschuhe

getragen werden.

Die heiße Mischung wird nun vorsichtig in eine Gelkammer gegossen und der Gelkamm wird

eingesetzt. Sobald das Gel abgekühlt ist, nimmt man den Gelkamm wieder raus und gibt TAE-

Puffer hinzu, bis die Gelelektrophoreseapparatur knapp bedeckt ist. Durch das Entfernen des

Gelkamms bilden sich in dem Gel Taschen, in die links und rechts außen 5 µl des Markers

O’Gene Ruler™ 1kb DNA Ladder #SM0313 pipettiert werden. Gleichzeitig mischt man 5 µl

Plasmidlösung mit 2 µl Gelladungspuffer in ein steriles Eppendorfcap und füllt diese ebenfalls

in die Geltaschen zwischen die beiden äußeren Marker. Die Spannungsquellen werden dann

unter Beachtung der Polung angeschlossen. Die DNA ist negativ geladen und wandert daher

vom negativem zum positivem Pol. Das Gel lässt man so lange laufen, bis die blauen Banden

fast am anderen Ende des Gels angelangt sind.

3.4.3. Färbung und Auswertung des Gels

„Die verbreiteste Methode, DNA in Agarosegelen sichtbar zu machen, ist die Färbung mit

Etiduimbromid(EtBr).“ (MÜHLHARDT: 2003: S. 55)

Aufgrund des krebserregenden Potentials von Etidiumbromid werden die Färbung des Gels und

das Übertragen auf den UV-Leuchttisch durch die Lehrkraft durchgeführt. Auf dem Gel sind

dann unter UV-Anregung die Banden der Plasmide zu sehen.

Das folgende Bild zeigt DNA-Banden im Agarosegel nach dem Durchlaufen des Gels.

7

Abbildung 2: Beispiel einer Gelelektrophorese (de.wikipedia.org, 2008 )

3.5. Restriktionsverdau der Plasmide mit EcoRI und HindIII

„Restriktionsnucleasen, oder abgekürzt "Restriktionsenzyme", sind eine der wichtigsten

Hilfsmittel in der Molekularbiologie. Ohne sie wäre ein gezieltes Zerschneiden chromosomaler

DNA nicht möglich. Da sie an den Fragmentenden häufig überlappende Enden tragen, die

miteinander "verklebt" werden können, ermöglichen sie eine Neukombination von DNA-

Fragmenten aus verschiedenen Organismen. So können neue biochemische Eigenschaften

hergestellt werden. Zum Beispiel kann einem Bakterium die Fähigkeit zur Produktion eines

menschlichen Genproduktes wie Insulin vermittelt werden.“

(www.nugi-zentrum.de, 2006 d)

Der Restriktionsverdau wird mit den Enzymen EcoRI und HindIII und den entsprechenden

Puffern am Plasmid pHAT-GFPuv durchgeführt. Da die Gesamtlänge dieses Plasmids 3,5kB

beträgt und dieses Plasmid jeweils eine Schnittstelle für EcoRI (bei 141bp) und HindIII (bei

(979bp) besitzt, sollten nach dem Restriktionsverdau 2 DNA-Fragmente von 2662bp und 838bp

erscheinen.

Das folgende Bild zeigt das Plasmid pHAT-GFPuv mit seinen Schnittstellen der im Plasmid

vorhandenen Enzyme.

8

Abbildung 3: Vektorbeschreibung des Plasmids pHAT-GFPuv (www.clontech.com)

Zur Durchführung des Restriktionsverdaus wird das Protokoll der Internetadresse www.nugi-

zentrum.de, 2006 e verwendet.

Aus der Internetseite www.fermentas.com (2006 a und 2006 b) kann man entsprechende Puffer

für bestimmte Restriktionsenzyme finden. In diesem Versuch wird für beide

Restriktionsenzmye EcoRI und HindIII der Puffer Tango™ verwendet. Um ein Gesamtvolumen

von 20 µl zu erhalten, setzt man 1 µl Plasmidlösung, 15 µl steriles, demineralisiertes Wasser, 2

µl des 10-fach konzentrierten Puffers Tango™, sowie jeweils 1 µl von der Restriktionslösung

EcoRI und Hind III ein. Die Mischung wird gut durchgemischt, abzentrifugiert und

anschließend für 40-60 min. bei 37 °C inkubiert.

Hinweis: Die Restriktionsenzyme sollten immer auf Eis gekühlt werden, damit sie ihre Aktivität

nicht verlieren.

Die Analyse des Restriktionsverdaus lässt sich mittels einer Gelelektrophorese nachweisen. Die

Durchführung erfolgt wie bei 3.4.2. Um bei dieser Gelelktrophorese aber ein 0,8 %-ges Gel zu

herzustellen, wird 0,16 g Agarose mit TAE-Puffer auf 20 ml aufgegossen.

3.6. Eliminieren des DNA-Fragments aus dem Plasmid pHat-GFPuv

Das Wort “Eliminieren“ kommt aus dem Lateinischen und bedeutet: entfernen, tilgen

(www.peter-hug.ch, 1888).

9

Mit dem Verfahren der Elimination soll das durch die beiden Restirktionsenzmye EcoRI und

HindIII geschnittene DNA-Fragment aus der Gelektrophorese gewonnen werden.

Zur Durchführung der Elimination wird das MinElute Gel Extraction Kit Protocol using a

microcentrifuge aus dem MinElute® Handbook der Firma Quiagen (2003 a: S. 23) verwendet.

Vor Beginn ist zu beachten:

- Die gelbe Farbe des Puffers QG zeigt den pH-Wert ≤ 7.5 an

- Vor dem Gebrauch wird Ethanol (96-100%-ges) zu Puffer PE hinzugegeben

- Alle Zentrifugationsschritte werden bei ≥ 10,000 x g auf einer konventionellen

Tischplatte bei Raumtemperatur ausgeführt

Zu aller erst wird das gewünschte DNA-Fragment aus dem Agarosegel mit einem

sauberen und scharfen Skalpell entfernt. Dabei soll die Größe des Gelanteils beim Entfernen

aus der Agarose minimiert werden. Anschließend wiegt man den Geltanteil in einem

farblosen Eppendorfcap. Man fügt dann 3 Volumen des Puffers QG zu 1 Volumen des

Gels (100 mg oder etwa 100 µl). Beispielsweise werden 300 µl des Puffers QG zu jeden 100

mg des Gels hinzugegeben. Für >2% Agarosegel gibt man 6 Volumen des Puffers QG hinzu.

Der maximale Betrag des Gelanteils sollte 400 mg betragen. Für Gelanteile > 400 mg wird mehr

als ein Eppendorfcap verwendet. Das Eppendorfcap wird anschließend bei 50 °C für 10 min.

inkubiert. Damit sich das Gel schneller auflöst, wird das Eppendorfcap jede 2-3 min.

während der Inkubation geschüttelt. Hinweis: Das Agarosegel muss vollständig gelöst

werden. Für > 2%-ges Gel erhöht man die Inkubationszeit. Nachdem der Geltanteil

vollständig aufgelöst ist, sollte die Farbe der Lösung im Eppendorfcap eine gelbe Farbe

haben. Hinweis: Bei orange oder violetter Farbe wird 10 µl von 3 M Natrium Acetat mit dem

pH-Wert 5,0 hinzugegeben und resuspendiert. Die Farbe der Lösung sollte dann gelb

erscheinen. 1 Gelvolumen von Isopropanol wird zur Probe hinzugegeben und das

Eppendorfcap muss einige Male vorsichtig geschwenkt werden. Beispielsweise werden zu

100 mg Agarosegelmasse 100 µl Isoporpanol hinzugegeben. Bei diesem Arbeitsschritt soll

nicht zentrifugiert werden. Als nächstes stellt man die MinElute Säule in ein mitgeliefertes 2

ml Eppendorfcap und stellt diesen anschließend in ein Gestell. Um DNA zu binden,

pipettiert man die Probe in die MinElute Säule und zentrifugiert diese für 1 min. Um eine

maximalen Gewinn zu erhalten, überführt man die ganze Probe in die Säule. Das maximale

Volumen der Säule beträgt 800 µl. Bei mehr als 800 µl muss weniger von der Probe

entnommen und dann zentrifugiert werden. Der Überstand wird weggeworfen und die

MinElute Säule wird wieder auf das Eppendorfcap gesetzt. Nun werden 500 µl Puffer QG

hinzugeben. Die Lösung wird für 1 min. zentrifugiert. Der Überstand wird weggeworfen

10

und für eine 1 min. bei ≥≥≥≥ 10,000 x g zentrifugiert. Hinweis: Das restliche Ethanol von Puffer

PE wird nicht vollständig aufgelöst sein, sofern der Überstand nicht vor dem Zentrifugieren

entfernt wird. Die MinElute Säule wird in eine neues steriles Eppendorfcap gesteckt. Als

nächstes gibt man 10 µl Puffer EB oder Wasser in die Mitte des Eppendorfcaps , lässt das

es für 1 min. stehen und zentrifugiert es für 1 min. ab. Die sich befundene Lösung im

Eppendorfcap ist das gewünschte DNA-Fragment. Hinweis: Es soll sicher gestellt werden,

dass der Puffer direkt in die Mitte des Eppendorfcups fällt um eine Elimination der DNA sicher

zu stellen. Das Durchschnittsvolumen der Lösung sollte zwischen 9 und 10 µl betragen. Das

Eliminationsverfahren hängt vom pH-Wert ab, wobei es bei einem pH-Wert zwischen 7.0 und

8.5 am wirksamsten ist. Bei Gebrauch von Wasser sollte sicher gestellt werden, dass sich der

pH-Wert in diesem wirksamen Bereich befindet. Das Wasser sollte bei –20 °C gelagert werden,

da die DNA durch das Fehlen von Puffer zerstört werden könnte. Wenn das gereinigte DNA-

Fragment dann auf einem Gel nachgewiesen werden soll, fügt man 1 Volumen von

geladenem Farbstoff zu 5 Volumen von der gereinigten DNA hinzu. Das Ganze wird dann

resuspendiert und auf das Gel aufgetragen.

Das folgende Bild zeigt das Verfahren der Elimination.

Abbildung 4: Eliminationsverfahren nach Quiagen (2003 b: S. 17)

11

3.7. Klonierung des isolierten DNA-Fragments in pJET1.2/blunt

Eine Klonierung ist die Einführung eines DNA-Fragments in einem Vektor, der die massenhafte

Vermehrung dieser DNA ermöglicht (MÜHLHARDT: 2003 S. 117).

Der Klonierungsvektor, der bei diesem Versuch verwendet wird, ist pJET1.2/blunt.

Abbildung 5: pJET1.2/blunt Cloning Vector (www.fermentas.com, 2006 e)

Dieser Vektor enthält einen offenen Bereich, in den man DNA-Fragmente rein klonieren kann

so wie z.B. das mit den Enzymen EcoRI und HindIII geschnittene DNA-Fragment, das in

diesem Versuch rein kloniert werden soll.

Zur Durchführung der Klonierung wird das Protokoll CloneJet™ PCR Cloning Kit Sticky-End

Cloning Protocol der Internetadresse www.fermentas.com (2006 c: S. 5) verwendet.

Um ein Gesamtvolumen von 18 µl zu erhalten, setzt man 10 µl von 2x Reaktionspuffer, 1 µl des

PCR-Produkts, 1 µl des Enzyms, das die DNA stumpf macht sowie 6 µl Nukleasen freies

Wasser ein. Die Mischung wird kurz geschüttelt und dann für 3-5 s zentrifugiert. Als nächstes

inkubiert man die Mischung bei 70 °C für 5 min. und lässt sie anschließend kurz auf Eis

abkühlen. Dann wird die Ligation hergestellt, indem man 1 µl des Vektors pJET1.2/blunt und 1

µl von T4 DNA-Ligase zu den 18 µl der davor hergestellten Mischung hinzu gibt. Das

Gesamtvolumen der Mischung sollte jetzt 20 µl betragen. Die Mischung wird kurz für 3-5 s

geschüttelt und abzentrifugiert. Anschließend inkubiert man die Ligationsmischung für 5 min.

bei einer Raumtemperatur von 22 °C.

12

Hinweis: Die Inkubationszeit kann auf 30 min. verlängert werden, wenn die maximale Anzahl

an Transformanten benötigt wird.

Die Ligationsmischung wird dann für die Transformation sofort verwendet..

2.8. Transformation chemisch kompetenter Zellen

Durch das Verfahren der Transformation wird das Plasmid pJET1.2/blunt mit dem

reinklonierten DNA-Fragment in das Bakterium E.coli gebracht.

Die Transformation kann auf verschiedene Weisen durchgeführt werden. Eine der häufigsten

Methoden ist die Calcium-Chlorid Methode, für die man kompetente Zellen benötigt. Diese

Methode lässt sich in den Facharbeiten aus dem Bereich der Mikrobiologie aus dem Jahr 2008

von DZIUK Martha (www.germanweber.de, a S. 9 ff) und KRIEGER Jana (www.germanweber.de,

b S.10 ff) sehr genau beschrieben finden. Die Transformation kann aber auch auf andere Weise

hergestellt werden. Das Protokoll CloneJet™ PCR Cloning Kit Transformation der

Internetadresse www.fermentas.com (2006 d, S. 6) weist auf zwei weitere Methoden hin.

Bei einer der zwei Methoden benötigt man kompetente Zellen, die mit dem

TransformationAid™ Bacterial Transformations Kit der Firma Fermentas hergestellt werden.

Dazu werden 2,5 µl der Ligationsmischung in ein neues steriles Eppendorfcap über pippetiert

und für 2 min. auf Eis abgekühlt. 50 µl der kompetenten Zellen werden dann hinzu pipettiert

und für 5 min. auf Eis inkubiert. Die sich befundene Mischung im Eppendorfcap wird auf Agar-

Ampicillin-Platten (s. 3.1.) ausgestrichen und bei 37 °C über Nacht bebrütet. Auf den Agar-

Ampicillin-Platten sollten am nächsten Tag E.coli Bakterien wachsen, die das Plasmid

pJET1.2/blunt mit dem GFP-Kobnstrukt, das mit den Restriktionsenzymen EcoRI und HindIII

geschnitten wurde enthalten. Wenn die Bakterien unter UV-Licht leuchten, war die

Transformation erfolgreich.

In der zweiten Methode, die in diesem Protokoll beschrieben wird, pippetiert man Chloroform

zu der Ligationsmischung hinzu. Von dieser Mischung gibt man 1 µl zu 50 µl der kompetenten

Zellen hinzu und transformiert das Ganze. Hierbei sollten wie auch bei der zuvor erwähnten

Methode die Bakterien unter UV-Licht leuchten.

4. Ergebnisse

Es entstanden während der Facharbeit einige Fehler bzw. sind einige Komplikationen

aufgetreten, die im Folgenden untersucht werden sollen.

13

Zum einen wurde die Facharbeit aufgrund des Zeitmangels bis zum Abgabetermin der

Facharbeit praktisch nur bis zu dem Punkt 3.5. Restriktionsverdau der Plasmide mit EcoRI und

HindIII durchgeführt. Es haben sich aber auch bis zum Restriktionsverdau einige Fehler

ergeben, die im Folgenden erläutert werden.

Zu aller erst ist zu beachten, dass die folgenden Punkte nicht nach der Reihenfolge gegliedert

sind, in der man sie durchführen würde, sondern nach der Reihenfolge der Arbeitsschritte, die

im Labor durchgeführt wurden.

Die korrekte Reihenfolge sollte eigentlich wie folgt aussehen: Plasmidisolation, Analyse der

Plasmidisolation durch Gelelektrophorese, Cracking-Methode und Fehleranalyse des

Restriktionsverdaus.

4.1. Fehleranalyse des Restriktionsverdaus

Nach dem Restriktionsverdau des Plasmids pHAT-GFPuv mit den Restriktionsenzymen EcoRI

und HindIII (s.2.5) analysierte man das Ergebnis auf einem 8.0%-igen Agarosegel. Das

folgende Bild zeigt das Ergebnis von diesem Verdau.

Abbildung 6: Ergebnis des Restriktionsverdaus vom 20.11.2008

Das Bild lässt außer die beiden Marker außen links und außen rechts undeutliche Banden

erkennen. Die Bande von EcoRI und HindIII lässt erkennen, dass der Restriktionsverdau nicht

erfolgreich war da nichts zu erkennen ist. Da die anderen Banden meiner Arbeitskollegin aber

auch sehr schlecht zu erkennen sind, ist die Wahrscheinlichkeit, dass es sich hierbei um einen

erfolglosen Restriktionsverdau handelt eher unwahrscheinlich. Folgende Aspekte könnten zum

Misslingen der Plasmidisolation geführt haben:

- Das benutzte Wasser hatte einen pH-Wert von >7 und war deshalb sauer

- Die Bakterien enthielten zu wenige Palsmide, die isoliert wurden

- Die Kits, die man bei der Plasmidisolation verwendete waren nicht sauber

14

4.2. Anwendung der Cracking-Methode

Zu alles erst wurde die Cracking-Methode angewendet. Dieses Verfahren dient zu schnellen

Untersuchung vieler Klone auf Plasmide. Im cracking-Verfahren werden Bakterien aus

Kolonien oder aus Flüssigkulturen im cracking-Puffer aufgeschlossen. Dieser Zellaufschluss

wird in der Agarosegelelektrophorese analysiert. Nach Anfärben des Agarosegels mit

Ethidiumbromid erkennt der Experimentator, ob Plasmide in den Klonen vorhanden sind oder

nicht. (www.nugi-zentrum.de, 2006 f)

Zur Durchführung wird das Protokoll aus der Internetadresse www.nugi-zentrum.de (2006, g)

jedoch in verkürzter Form verwendet.

Für die Cracking-Methode benötigt man 50 µl einer Übernachtkultur, die man in einem

Eppendorfcap für 2 min. bei 13000 rpm abzentrifugieren lässt. Der Überstand, der das Medium

enthält wird verworfen. Als nächstes gibt man 75 µl Cracking Puffer in das Eppendorfcap hinzu

und inkubiert es 5 min. bei 70 °C. Das Eppendorfcap wird dann 5 min. auf Eis abgekühlt und

anschließend für 5 min. bei 13000 rpm abzentrifugiert. Von dem Überstand, der Plasmide

enthält werden 8 µl mit 2 µl Gelladungspuffer in einem neuen Eppendorfcap gemischt. Um das

Ergebnis sichtbar zu machen wird eine Gelelektrophorese durchgeführt. Das Ergebnis der

Cracking-Methode ist in Abbildung 7 zu sehen.

Abbildung 7: Cracking-Methode vom 04.12.2008

Aus dem Bild kann man erkennen, dass keine der Banden Plasmide enthält, da keine der

Banden außer die Marker sichtbar sind.. Auch die Banden vom Plasmid pHAT-GFPuv (Nicole 1

und Nicole 2) enthalten keine Plasmide. Die Banden hätten dicke Bereiche aufzeigen sollen,

wenn Plasmide vorhanden wären. Aus diesen Bild kann erschlossen werden, dass das

15

Misslingen des Restriktionsverdaus aufgrund der geringen Menge an Plasmiden in Bakerien

nicht gelungen ist. Die Bakterien waren also für meine Experimente nicht geeignet..

4.3. Plasmidisolation

Durch die Cracking-Methode, die eine geringe Menge an Plasmiden in den Bakterien

festgestellt hat, wurden neue Bakterien verwendet. Zur Sicherheit wurden bei dieser

Plasmidisolation auch neue Kits und neues Wasser verwendet. Die Plasmidisolation wurde wie

bei 3.4.1. beschreiben durchgeführt. Zum Schluss wurden aber zuerst 0,5 ml Puffer PB und

dann 0,75 ml Puffer PE hinzugegeben.

4.4. Analyse der Plasmidisolation durch Gelelektrophorese

Das Ergebnis der Plasmidisolation wurde mit einer Gelelektrophorese wie bei 3.4.2.

beschrieben analysiert. Das folgende Bild zeigt das Ergebnis der Gelelektrophorese.

Abbildung 8: Gelfoto vom 08.01.2009

Obwohl beim Durchlaufen der Gels keine blauen Banden auf dem Gel, die eigentlich durch das

Gel durchlaufen sollten, zu sehen waren, war die Plasmidisolation, wie das Foto zeigt

16

erfolgreich. Die dicken Banden 4 und 5 (Nicole B und Nicole A) zeigen, dass in den neuen

Bakterien Plasmide vorhanden waren. Der Grund warum die Banden jedoch nicht sehr dick

sind, könnte entweder an der ungenauen Arbeitsweise bei der Plasmidisolation gelegen haben

oder weil Schmutzteile mit auf das Gel übertragen wurden. Somit belegt die Analyse der

Gelelektrophorese, dass der Fehler bei der Plasmidisolation an den Bakterien lag, da in ihnen

keine Plasmide vorhanden waren.

5. Nachwort

Trotz der vielen im Labor verbachten Stunden und der harten Arbeit hat es mit sehr viel Spaß

gemacht zusammen mit meinen Kollegiatinnen, Herrn Schmitt und Herrn Weber im Labor zu

arbeiten. Leider sind nicht sind alle unsere Versuche so geendet, wie wir es gern wollten, doch

dafür freute man sich um so mehr über einen Erfolg. Ich hoffe, dass ich zusammen mit meinen

Kollegiatinnen Herr Schmitt und Herr Weber nicht allzu viele Nerven gekostet haben und dass

sie wegen uns nicht die Freude am Experimentieren im Bereich der Genetik verloren haben.

6. Quellenverzeichnis

6.1. Literaturverzeichnis

(1) MÜHLHARDT, Cornel, 2003: Der Experimentator: Molekularbiologie/Genomics.4

Auflage, München, Spektrum Akademischer Verlag, ISBN 3-8274-1460-1

(2) SCHMITT Patrick, 2005: Einführung in die Grundarbeitstechnicken der

Molekularbiologie

6.2. Internetquellen

(1) www.clontech.com, 1999: CLONTECH Laboratories Inc, pHAT-GFPuv+ Vector

Information

(2) www.fermentas.com, 2006 a: Fermentas International Inc., Canada [Stand:

27.01.2009]

http://www.fermentas.com/catalog/re/ecori.htm

17

(3) www.fermentas.com, 2006 b: Fermentas International Inc., Canda [Stand:

27.01.2009]

http://www.fermentas.com/catalog/re/hindiii.htm

(4) www.fermentas.com, 2006 c: Fermentas International Inc., Canda, CloneJet™ PCR

Cloning Kit, Sticky-End Cloning Protocol

(5) www.fermentas.com, 2006 d: Fermentas International Inc., Canda, CloneJet™ PCR

Cloning Kit, Transformation

(6) www.fermentas.com, 2006 e: Fermentas International Inc, Canada, Map and

Features of pJET1.2/blunt Cloning Vector [Stand: 27.1.2009]

http://www.fermentas.com/catalog/kits/img/pjet12bluntmap.pdf

(7) www.germanweber.de, a: DZIUK Martha, Facharbeit 2008, Herstellung kompetenter

Zellen und Nachweis durch Blau-Weiß-Selektion

(8) www.germanweber.de, b: KRIEGER Jana, Facharbeit 2008, Herstellung kompetenter

Zellen und Überprüfung des Kompetenzerhaltes

(9) www.nugi-zentrum.de, 2006 a: STUPPERICH Erhard: Netzwerk Universität

Gymnasien Industrie, Ulm [Stand: 27.01.2009]

http://www.nugi-zentrum.de/Experimente/Grundlagen/Autoklavieren.html

(10) www.nugi-zentrum.de, 2006 b: STUPPERICH Erhard: Netzwerk Universität

Gymnasien Industrie, Ulm [Stand: 27.01.2009]

http://www.nugi-zentrum.de/Experimente/Molekularbiologie/Plasmid.html

(11) www.nugi-zentrrum.de, 2006 c: STUPPERICH Erhrd Netzwerk Universität Gymnasien

Industrie, Ulm [Stand: 27.01.2009]

http://www.nugi-zentrum.de/Experimente/Molekularbiologie/chrom_DNA.html

(12) www.nugi-zentrum.de, 2006 d: STUPPERICH Erhard: Netzwerk Universität

Gymnasien Industrie, Ulm [Stand: 27.01.2009]

http://www.nugi-zentrum.de/Experimente/Molekularbiologie/Restriktion.html

18

(13) www.nugi-zentrum.de, 2006 e: STUPPERICH Erhard: Netzwerk Universität

Gymnasien Industrie, Ulm [Stand: 27.01.2009]

http://www.nugi-zentrum.de/Experimente/Molekularbiologie/Restriktion/Methode

.html

(14) www.nugi-zentrum.de, 2006 f: STUPPERICH Erhard: Netzwerk Universität

Gymnasien Industrie, Ulm [Stand: 28.01.2009]

http://www.nugi-zentrum.de/Experimente/Molekularbiologie/cracking.html

(15) www.nugi-zentrum.de, 2006 g: STUPPERICH Erhard: Netzwerk Universität

Gymnasien Industrie, Ulm [Stand: 28.01.2009]

http://www.nugi-zentrum.de/Experimente/Molekularbiologie/cracking/Methode.ht

ml

(16) www.peter-hug.ch, 1888: Meyers Konversations-Lexikon [Stand: 28.01.2009]

http://www.peter-hug.ch/lexikon/Eliminieren

(17) www1.qiagen.com, 2003 a: Qiagen, MinElute® Handbook, MinElute Gel Extraction

Kit Protocol, using a microcentrifuge

(18) www1.qiagen.com, 2003 b: Quiagen, MinElute® Handbook, The MinElute

Procedure

(19) de.wikipedia.org, 2008: Wikimedia Foundation Inc, San Francisco, Datei: Gel

electrophoresis 2.jpg [Stand: 28.01.2009]

http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Gel_electrophoresis_2.jpg&filetimet

imestamp=20060902201657

6.3. Abbildungen

Abbildung 1: Plasmidisolation, selber erstellt

19

Abbildung 2: de.wikipedia.org, 2006: Wikimedia Foundation Inc., San Francisco, Datei:

Gel electrophoresis 2.jpg [Stand: 01.02.2009]

Abbildung 3: www.clontech.com, 1999: CLONETECH Laboratories, Inc., pHAT-GFPuv+ Vector Information [Stand: 02.01.2009] http://www.clontech.com/images/pt/dis_vectors/PT3312-5.pdf

Abbildung 4: www1.qiagen.com, 2003: Qiagen, MinElute® Handbook

Abbildung 5: www.fermentas.com, 2006 :pJET1.2/blunt Cloning Vector

Abbildung 6: Ergebnis des Restriktionsverdaus im Labor vom 20.11.2008

Abbildung 7: Cracking-Methode im Labor vom 04.12.2008

Abbildung 8: Gelfoto im Labor vom 08.01.2009

7. Schülererklärung

Ich erkläre, dass ich die Facharbeit ohne fremde Hilfe angefertigt und nur die im Literaturverzeichnis angeführten Quellen und Hilfsmittel benützt habe. Memmingen, den 31.01.2009 ....................................................................... (Unterschrift des Kollegiaten)