AWT – Praktikum im Life Science Lab des DKFZ

Im Rahmen der Auricher Wissenschaftstage durften wir, Daaje Wollny, Jenny Ly, Johanna Post und Pia Wendeling, in den Sommerferien 2019 ein Praktikum im Life Science Lab des DKFZs absolvieren.

Um dieses Praktikum wahrzunehmen, reisten wir am Sonntag, den 07.07.2019, mit dem Zug in Heidelberg an und zogen in die dortige Jugendherberge.

Montagmorgen startete unser Praktikum mit einer Vorstellungsrunde im Seminarraum des Life Science Labs, woraufhin wir eine Sicherheitseinweisung für das S1 Labor erhielten und den weiteren Wochenverlauf besprachen. Bereits kurz darauf erlernten wir zusammen mit drei weiteren Praktikanten von „Jugend Forscht“ den Umgang mit den Gilson-Pipetten, mit welchen wir im Verlauf der Woche eigenständig arbeiten durften.

Nach der Mittagspause, die wir in der hauseigenen Mensa verbrachten, stiegen wir in unser Nachmittagsprogramm ein, welches das Gießen von SDS-Gelen beinhaltete.

Diese Gele werden, anders als Agarosegele, zu der Bestimmung von Proteinen genutzt und bestehen aus einem Sammel- und einem Trenngel.

Unser durchschnittlicher Arbeitstag dauerte von 9.30 bis 16.30 Uhr und inkludierte eine Stunde Mittagspause. Die folgenden Tage der ersten Woche verbrachten wir vor allem im Labor, in welchem wir mit Bakterien und Zellen arbeiteten, um unterschiedliche Methoden des Laboralltages kennenzulernen.

Dazu gehörte die bereits erwähnte Gelelektrophorese, für die wir am Dienstag die Protein-Proben vorbereiteten.

Im Anschluss wurden die Gele mit den Proben beladen und dann zum Laufen an eine Spannungsquelle angeschlossen. Zudem bereiteten wir Agarplatten vor, um am Mittwoch Bakterienkulturen auf ihre Antibiotikaresistenz überprüfen zu können.

Damit wir im Anschluss die SDS-Gele auswerten und fotografieren konnten, war eine Färbung der Gele mit Coomassie notwendig. Während diese über Nacht auf dem Schüttler einwirkte, fuhren wir damit fort, die Proteinkonzentrationen mit der Konzentrationsbestimmung nach Bradford zu bestimmen. Dabei stellten wir sehr schnell fest, dass wir eine Tasche unseres Gels mit Proteinen überladen hatten, was sich am nächsten Tag auch sehr deutlich zeigte.

Die verbliebene Zeit nutzten wir, Bakterien zu picken, um Kulturen in Nährflüssigkeit zu überführen, die am Mittwoch für die Minipräp benötigt wurden. Außerdem gossen wie Agarosegele, die, anders als die bereits erwähnten SDS-Gele, horizontal verlaufen und vor allem für die DNA-Bestimmung genutzt werden.

Der Mittwochvormittag diente vor allem der Fertigstellung oder Fortführung einiger begonnener Arbeiten, wie der Auswertung unserer SDS-Gele. Um danach die Minipräp fortzusetzen, wurden erst die Bakterien aus der Nährflüssigkeit isoliert und danach die Proteine entfernt, um die Plasmid-DNA zu isolieren. Für die anschließende Restriktionsanalyse setzte jeder von uns eine Probe seiner beiden verschiedenen Plasmid-DNAs an, damit diese während der Mittagspause inkubieren konnten.

Mit den beiden Produkten der Restriktionsanalyse und den zwei Proben der unverdauten Plasmid-DNA konnte nun jeder ein Gel mit vier Proben und dem maßstabgebenden Marker beladen, um dieses ebenfalls laufen zu lassen.

Wenn während der Laborarbeit Fragen aufkamen oder Gesprächsbedarf bestand, nutzen wir vor allem die Inkubationszeiten. Dabei diskutierten wir z.B. über ethische Konflikte wie Tierversuche oder medizinische Zukunftsvisionen. 

Zusätzlich führten wir eine Transformation durch, welche das Ziel hatte, Bakterien gegen das Antibiotikum Kanamycin resistent zu machen. Dafür fügten wir über das Osmose-Prinzip Plasmide in einige der Bakterien ein, die daraufhin auf unseren Agarplatten, die zwei unterschiedliche Antibiotika beinhalteten, ausplattiert wurden, um ein eventuelles Wachstum zu beobachten.

Nachdem auch unsere Agarosegele durchgelaufen waren, konnten wir diese unter UV-Strahlung auswerten. Zum Abschluss haben wir unseren Arbeitsplatz, wie jeden Abend gereinigt und desinfiziert.

Am Donnerstag wurden wir in zwei Gruppen aufgeteilt. Während die eine Gruppe unter der Leitung von Doktorandin Julia Zaman an der Sterilwerkbank HeLa-Zellen (Gebärmutterhalskrebszellen) passagierte, konnte die andere mit der Neubauer-Zählkammer unter dem Mikroskop Jurkat-Zellen (Leukämiezellen) zählen. Des Weiteren induzierten wir eine Apoptose sowie eine Nekrose, indem wir Jurkat-Zellen in unterschiedlichen Konzentrationen einen Todesliganden hinzufügten bzw. für die Nekrose auf 70°C erhitzten.

Nach der Mittagspause führten wir eine Transfektion (=Transformation für Eukaryoten) durch, für die wir sogenannten HEK-Zellen (Embryonale Nierenzellen) Plasmide mit grün fluoreszierenden Proteinen (GFP) zuführten. Außerdem werteten wir unsere Agarplatten vom Vortag aus, wobei man deutlich erkennen konnte, dass auf den Platten mit Kanamycin Bakterien wuchsen und auf denen mit Ampicillin nicht.

Am Freitag betrachteten wir zunächst unsere HEK-Zellen mit dem GFP unter dem Mikroskop und konnten dabei grün leuchtende Zellen erkennen. Danach mikroskopierten wir unsere Jurkat-Zellen nach der Apoptose- bzw. Nekroseinduktion und schätzten dabei grob die Prozentzahl der noch lebenden Zellen anhand morphologischer Unterschiede. Mithilfe des Durchflusszytometers wurde daraufhin die genaue Prozentzahl der noch lebenden Zellen gemessen, die wir dann mit unseren vorherigen Schätzungen verglichen. Zum Schluss bestimmten wir die Effizienz unserer Transfektion im Glomax, welcher die Konzentration des enthaltenen GFPs feststellte.

Das darauffolgende Wochenende verbrachten wir sowohl mit Sightseeing in der Heidelberger Altstadt als auch mit Erkundungstouren in der umliegenden Natur.

Am Montag besuchten wir als erstes die Abteilung des 7 Tesla MRTs (Magnetresonanztomographie). Dabei erklärten uns Dr. Thomas Fiedler und Dr. Jens, wie das Gerät funktioniert und wie die Unterschiede zu den 1,5 Tesla und 3 Tesla Geräten sind. Außerdem zeigten sie uns mit einer Aluminiumplatte und einem Ball, in dem eine Schraube steckte, wie stark das Magnetfeld tatsächlich ist.

Des Weiteren besuchten wir die Aquahaltung des Deutschen Krebsforschungszentrums. In dieser werden Afrikanische Krallenfrösche gehalten. Die leitende Tierpflegerin berichtete uns über die Haltung der Frösche sowie ihren Einsatz in der Forschung.

Den Nachmittag verbrachten wir wieder in Labor und übertrugen die zuvor passagierten HeLa-Zellen in 6-Well Platten, damit wir sie am Dienstag für die Fluoreszenzfärbung nutzen konnten.

Am Dienstagmorgen besuchten wir den „Tierstall“, in dem ca. 54000 Tiere leben, darunter vor allem Mäuse und Ratten. Die Tierpflegerin erzählte uns, wie die Tiere gehalten und unter welchen Vorschriften Tierforschung betrieben werden darf. Beide Tierpflegerinnen waren sehr erfreut, uns einige Fragen beantworten zu können. Der Besuch hat uns allen einen ganz neuen Blickwinkel auf die Tierforschung am DKFZ ermöglicht.

Danach hörten wir uns einen Vortrag der BTA Yvette Dörflinger über Elektronenmikroskope an, der sehr deutlich machte, wie viel Raffinesse und Geduld bzw. Erfahrung für diese Methodik erforderlich sind. Zu der Elektronenmikroskopie gehören die Entnahme der Proben, die Einbettung in Wachs, das Ultradünnschneiden und das eigentliche Mikroskopieren. Bis das fertige Bild im Elektronenmikroskop zu sehen ist, vergeht meist mehr als eine Woche Arbeit an dem jeweiligen Präparat.

Nachmittags färbten wir die HeLa- Zellen mithilfe von den Farbstoffen Mito und DAPI.

Am Mittwoch waren wir zunächst im Labor und werteten die Fluoreszenzfärbung au. Dabei stellten wir fest, dass die Mitochondrien rot und der Zellkern blau eingefärbt waren. Außerdem konnten wir einige Stadien der Zellteilung erkennen. Anschließend bereiteten wir die PCR vor, zum einen die Semi-Quantitative PCR und zum anderen die Colony-PCR, welche mit lebenden Bakterien durchgeführt werden kann. PCR (Polymerase-Chain-Reaction) dient zu der Vermehrung von DNA und wird auch bei Kriminalverfahren benutzt. 

Nach unserer Mittagspause war Dr. Angela Schulz aus der „Genomics and Proteomics Core Facility“ so freundlich, uns in die Theorie der Hochdurchsatzsequenzierung einzuführen. Diese ermöglicht es, das menschliche Genom so aufzuschlüsseln, dass Mutationen und eventuelle Krankheitsrisiken festgestellt und gegebenenfalls behandelt werden können. Vor allem für die moderne Krebsforschung ist es ausschlaggebend, auf den Patienten angepasste Behandlungen zu entwickeln, für welche das Wissen über die individuelle DNA notwendig ist.

Mit Hilfe der Hochdurchsatzsequenzierung wird allerdings nicht nur DNA entschlüsselt, sondern auch die RNA, genauer die m-RNA. Dieses Wissen dient dann vor allem dazu, ein Expressionsprofil anzulegen und somit zu erfahren, welche Gene für welche Vorgänge im Körper verantwortlich sind.

Am Donnerstagmorgen erhielten wir eine Vorstellung von Dr. Eva Krieghoff-Henning über den Krebsinformationsdienst, kurz genannt KID. Zunächst erläuterte sie uns grundlegende Fakten über die Krankheit Krebs und anschließend den Aufbau des Systems KID. Beim KID können sich sowohl Betroffene, Angehörige als auch die interessierte Bevölkerung Informationen und Beratungen von Ärzten einholen. Dies kann über Telefon, E-Mail, Brief oder in einem persönlichen Gespräch erfolgen.

Anschließend hörten wir einen Vortrag von Dipl.-Phys. Jens Lang über Strahlenschutz. Er erklärte uns das Prinzip von ionisierender Strahlung und seine diese umfassenden Tätigkeiten. Zusätzlich zeigte er uns einige Videos, die Radioaktivität und die betreffende Arbeit veranschaulichten.

Nach der Mittagspause begaben wir uns auf den Weg zum Nobelpreisträger Prof. Dr. Dr. zur Hausen, der während unseres Aufenthaltes beim DKFZ in Heidelberg war und ein wenig Zeit für eine Unterhaltung mit uns hatte. Zu Beginn schilderte er uns sein bisheriges Leben und erzählte über seine bereits publizierten Forschungsergebnisse. Er sprach auch über aktuelle Forschungsansätze und war durchaus interessiert an unseren Zukunftsplänen. Zum Schluss blieb ein wenig Zeit für ein paar Fragen und das Treffen fand mit einem gemeinsamen Foto sein Ende.

Freitagmorgen waren wir das letzte Mal im Labor. Wir gaben zu unseren bisherigen PCR-Proben 6x LD Puffer hinzu und ließen sie dann in Agarosegel durchlaufen. Als dieser Gellauf beendet war, besprachen wir unsere Ergebnisse, räumten unsere Plätze auf und versammelten uns im Seminarraum. Dort endete unser Praktikum mit einer Feedback- und Abschlussrunde.

Nach dem Mittagessen und der Verabschiedung begaben wir uns auf die Heimreise.

Zusammenfassend können wir definitiv sagen, dass es zwei unfassbar spannende Wochen waren, für die wir sehr dankbar sind und die wir immer gerne wiederholen würden. Neben unfassbar vielen Menschen und neuen Kontakten, haben wir auch diverse Einblicke in den Laboralltag und die biologische Forschung gewinnen können. Highlights, wie das Gespräch mit Herrn zur Hausen, sind Möglichkeiten, die man im Leben nur sehr selten bekommt, die dafür aber umso interessanter sind.

Wir möchten jedem empfehlen, der das Interesse hat, außerschulisch biologische Forschung zu erleben, den Aufwand der Vor- und Nachbereitung auf sich zu nehmen, um die einmalige Möglichkeit der Vermittlung eines Praktikums beim DKFZ durch die Auricher Wissenschaftstage wahrzunehmen.

Ein besonderer Dank geht an unsere Betreuerin Anja Reimann, die uns in den zwei Wochen tagtäglich betreut, angeleitet und unterstützt hat. Ihrer tollen Vorarbeit verdanken wir ein unfassbar vielseitiges Programm, durch welches wir möglichst breitgefächerte Einblicke in die Laborarbeit erhalten und auch viele persönliche Erfahrungen gemacht haben.

Wir möchten uns außerdem ganz herzlich bei den Auricher Wissenschaftstagen für diese einmalige Möglichkeit bedanken, die uns unfassbar viel Neues nähergebracht hat, auf wissenschaftlicher, aber auch auf persönlicher Ebene.

Bericht und Fotos: Daaje Wollny, Jenny Ly, Johanna Post und Pia Wendeling

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