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Ob wir weiblich oder männlich sind, wie gross wir werden, welche Hautfarbe wir haben, ob unsere Haare braun, blond, gelockt oder glatt sind – das alles und viel mehr ist von Anfang an in unseren Zellen angelegt.
Jeder Mensch hat einen individuellen Bauplan, und (fast) jede Körperzelle trägt die gesamte Information für den Bau unseres Körpers. Diese genetische Information – das Erbgut – ist in Form von DNA im Zellkern gespeichert. Da die DNA jedes Menschen unterschiedlich ist (ausser bei eineiigen Zwillingen), kann die DNA bei Verbrechen dazu verwendet werden, den Täter zu identifizieren. In der Forensik wird aus winzigen Mengen an Spuren (z.B. aus Haaren oder Hautzellen) die DNA isoliert und analysiert. Dieses DNA Muster, das für jede Person einzigartig ist, wird auch als "genetischer Fingerabdruck" bezeichnet, angelehnt an den Fingerabdruck, der genauso einzigartig ist und auch in der Forensik verwendet wird.
Was genau ist DNA?
Die Abkürzung DNA steht für den englischen Begriff Deoxyribonucleid acid. In der deutschen Sprache wird auch die Abkürzung DNS für Desoxyribonukleinsäure verwendet.
DNA ist ein Makromolekül (griechisch makros = gross), das aus einer Reihe von unterschiedlichen Einzelbausteinen (Nukleotiden) besteht. Diese Nukleotide können sich aneinanderreihen und lange Ketten bilden – sogenannte DNA-Stränge. Im Zellkern liegen DNA-Moleküle als Doppelstränge vor - also zwei DNA-Stränge, die über sogenannte Wasserstoffbrücken zusammengehalten werden. Das Gebilde dieser zwei umeinander geschlungenen Ketten sieht einer gewundenen Strickleiter ähnlich, wobei die über Wasserstoff verbundenen Basen die Sprossen bilden. Diese Struktur nennt man Doppelhelix.
Doppelhelix: zwei umeinandergeschlungene DNA-Stränge, verbunden durch Wasserstoffbrücken (Nukleobasen)
Nukleotid: Einzelbaustein der DNA, bestehend aus einer Phosphatgruppe, einem Zuckermolekül (Desoxyribose) und einer Nukleobase
Der genetische Code – Schlüssel des Lebens
In der DNA gibt es vier verschiedene Nukleobasen: Adenin (A), Thymin (T), Cytosin (C) und Guanin (G). Die Nukleobasen des einen DNA-Stranges verbinden sich über Wasserstoffbrücken mit den Basen des gegenüberliegenden Stranges. Aufgrund spezieller chemischer Eigenschaften paart sich Adenin immer mit Thymin und Cytosin immer mit Guanin. So entsteht das berühmte Modell, welches die DNA als Doppelhelix beschreibt.
Die vier Nukleobasen in der DNA: A = Adenin T = Thymin C = Cytosin G = Guanin
Die Reihenfolge der Nukleobasen entlang der DNA-Stränge bestimmt die Erbinformation und definiert somit den genetischen Fingerabdruck. Ein Abschnitt der DNA, der eine einzelne Information enthält, wird als Gen bezeichnet. Ein Gen speichert aber nicht direkt die Informationen für ein Merkmal (z.B. braunes Haar), sondern diejnigen für ein bestimmtes Protein. Dieses Protein bildet dann zusammen mit anderen Proteinen und Molekülen über viele weitere Schritte das Merkmal aus. Die DNA enthält also die Anleitung zur Herstellung von Proteinen. Hier kannst du mehr darüber lesen, wie aus einem Gen erst eine RNA und anschliessend ein Protein hergestellt wird.
Doppelhelix: Die individuelle Abfolge der Nukleobasengruppen bestimmt das Erscheinungsbild eines Lebewesens.
Die DNA ist gut verpackt
Das menschliche Erbgut ist in mehrere Abschnitte aufgeteilt – man spricht dabei von sogenannten «Chromosomen». Unser Erbgut besteht aus insgesamt 46 Chromosomen. Diese Chromosomen sind in (fast) jeder menschlichen Zelle zu finden (ausgenommen sind Geschlechtszellen, die nur die Hälfte der Chromosomen besitzen, und rote Blutkörperchen, die keinen Zellkern besitzen).
Die DNA jedes Chromosoms ist fast fünf Zentimeter lang - zumindest wenn man sie an beiden Enden des Chromosoms festhalten und langziehen könnte. Damit die langen DNA-Fäden im nur ungefähr 10 Mikrometer kleinen Zellkern Platz haben, sind sie zu kurzen Strängen aufgewickelt. Auf diese Weise gelingt es der Zelle, die DNA-Moleküle etwa 10’000-fach zu verkürzen. Die Gesamtlänge der DNA in jeder menschlichen Zelle beträgt übrigens beeindruckende zwei Meter. Und würde man aus der gesamten DNA aller Zellen eines Menschen einen Faden spannen, so würde dieser eine Länge von etwa 100 Milliarden Kilometern erreichen. Dies entspricht mehr als der 500-fachen Distanz von der Erde zur Sonne!
Rezept: DNA-Isolierung aus Kiwi & Tomaten
Mit ein paar Hausmitteln kann man die DNA aus dem Zellkern von Früchten oder Gemüse «isolieren» und anschauen. Die DNA-Isolierung aus Zellen ist der erste Schritt von vielen analytischen Methoden in der Forensik oder in der molekularbiologischen Forschung. Hier findest du eine einfache Anleitung wie man DNA aus Tomaten oder Kiwis extrahiert (auch Erdbeeren eignen sich bestens).
Pürierte Frucht- oder Gemüsestücke werden in einem Extraktionspuffer aufgelöst. Der Extraktionspuffer besteht aus einfachen Komponenten, die in jedem Haushalt vorhanden sind. Die in der Lösung liegende DNA wird dann mit Alkohol unlöslich gemacht und wird als helles «Fadenknäuel» sichtbar.
Du brauchst dazu:
eine Tomate (alternativ auch Kiwi, Erdbeeren, …)
Kochsalz
Filtrierter Zitronensaft (oder Natriumzcitrat - beispielsweise aus der Apotheke)
Spülmittel
Küchenmesser
Mörser
Kaffeefilter
Brennspiritus
Kleines Glas- oder Plastikgefäss (z.B. Reagenzglas)
Zahnstocher
So wird’s gemacht:
Bereite 1 Liter Extraktionspuffer vor:
8.8 g Kochsalz
250 ml filtrierter Zitronensaft (oder 44 g Natriumzitrat)
100 ml Spülmittel
650 ml Wasser
Schneide ein Viertel einer Tomate in kleine Stücke und gib sie in ein Becherglas oder eine Mörserschale
Gib 10-20 ml Extraktionspuffer dazu und zerstampfe die Tomatenstückchen gründlich (ca. 1 min lang)
Gib die Tomatenmischung in einen Kaffeefilter und lasse sie in ein frisches Glas abtropfen
Nimm 1.5 ml der filtrierten Flüssigkeit und gib sie in ein kleines, verschliessbares Glas- oder Plastikgefäss
Gib 1.5 ml Wasser und 6 ml Brennspiritus dazu
Verschliesse das kleine Gefäss und drehe es mehrmals um, bis die DNA als Fadenknäuel sichtbar wird.
Fische die DNA mit einem Zahnstocher heraus und überführe sie in ein kleines, verschliessbares und mit Brennspiritus gefülltes Gefäss. So bleibt die DNA für einige Monate haltbar.