05.10.2016
Wie man DNA aus Obst und Gemüse isoliert
Bild: Pixabay, CC0
DNA (Deoxyribonucleicacid) ist in aller Munde – nicht nur sprichwörtlich, sondern tatsächlich, denn sie ist ein wertvoller Bestandteil unserer Nahrung! Egal, ob jemand lieber Schnitzel, Tofu, Reis, Nudeln, Äpfel, Gugelhupf oder Schokolade isst – überall ist sie drin. Denn unsere Lebensmittel stammen aus der Natur, von Pflanzen, Tieren und Pilzen. Und alles was lebt besteht aus Zellen, deren Zellkerne als Erbmaterial DNA enthalten, auf der wie aufgefädelt die Gene liegen. Täglich nehmen wir mit der Nahrung ca. 1 g DNA auf, die im Magen in einzelne, winzige Bausteine zerlegt wird.
Mit folgendem, einfachen Experiment kann eindrucksvoll DNA aus verschiedenen Obst- und Gemüsesorten gewonnen werden.
Bild: Open Science – Lebenswissenschaften im Dialog (cc/by-nc-sa)
Sie brauchen
- Salz
- Destilliertes Wasser
- Spülmittel
- Messer und Schneidbrett
- 2 Marmeladengläser, Plastikbehälter
- Pürierstab oder Mixer
- Isopropanol (aus der Apotheke)
- Trichter
- Kaffeefilter oder Küchenrolle
Anleitung
- Zuerst wird der sogenannte „Extraktionspuffer“ vorbereitet, indem ca. 45 ml Wasser mit einem Teelöffel Salz und 5 ml Spülmittel in einem Marmeladen- oder Babynahrungsglas gemischt werden. Vorsichtig schwenken, sonst entsteht zu viel Schaum.
- Schneiden Sie das Obst oder Gemüse (beispielweise eine halbe Tomate oder Zwiebel) in kleine Stückchen und füllen Sie diese in einen Behälter oder Mixer.
- Gießen Sie die 50 ml Extraktionspuffer zu den klein geschnittenen Früchten.
- Mixen Sie die Früchte und den Extraktionspuffer ca. 5 Sekunden im Mixer oder alternativ mit einem Pürierstab (nicht zu lange, damit die DNA-Fäden nicht zerstört werden).
- Stecken Sie den Kaffeefilter oder ein Stück Küchenrolle in den Trichter.
- Filtrieren Sie die Lösung durch den Filter/Trichter in ein Plastik- oder Glasgefäß.
- Geben Sie etwa 5 ml Isopropanol hinzu (am besten funktioniert es , wenn das Isopropanol eiskalt ist).
- Nach ca. ein bis zwei Minuten reichert sich eine schlierige Substanz – die DNA – in der oberen Schicht an.
Der Aufschluss: Wie wird die DNA freigesetzt?
Um an die DNA der Pflanzenzellen heranzukommen, muss zunächst die Zelle aufgebrochen, also die Zellwand, die Zellmembran und die Membran des Zellkerns beseitigt werden. Das erfolgt durch eine Kombination aus physikalischen und chemischen Methoden. Durch das Mixen wird die Zellwand zerstört. Zusätzlich löst das Spülmittel die aus Fetten bestehende Zellmembran und Kernmembran auf. So kann die DNA aus den Zellen und den Zellkernen frei gesetzt werden. Bei tierischen Zellen ist kein Mixen nötig, da tierische Zellen keine Zellwand besitzen. Hier reicht der chemische Aufschluss mit Spülmittel, um die Membranen zu zerstören.
Die anschließende Filtration trennt die groben Zelltrümmer und Proteine von der in Lösung bleibenden DNA, den gelösten Proteinen und weiteren gelösten Bestandteilen.
Die Fällung: Wie wird die DNA sichtbar gemacht?
Wasser ist ein polares Molekül. Das heißt, es ist partiell positiv und partiell negativ geladen. Aufgrund dieser Ladungen werden andere polare Moleküle (wie beispielsweise die DNA) vom Wasser elektrostatisch angezogen. Die DNA ist aus diesem Grund von einer Hydrathülle umgeben, also im Wasser gelöst und nicht mit freiem Auge zu erkennen.
Um sie aus der Lösung herauszubekommen, sollen die Wassermoleküle durch die Ionen des – im Extraktionspuffer enthaltenen – Salzes verdrängt werden. Dieser Vorgang wird allerdings durch die sehr hohe Dielektrizitätskonstante (also „Anziehungskraft“) des Wassers erschwert. Das zugegebene Isopropanol setzt die Dielektrizitätskonstante herab und so kann die Hydrathülle vom Salz verdrängt werden. Die DNA fällt aus (sie verklumpt sozusagen) und wird dadurch sichtbar.
Das Ergebnis: Was beeinflusst den Aufschluss?
Wie gut das Ergebnis ist, hängt unter anderem vom Ausgangsmaterial ab. Die unterschiedliche Zusammensetzung der verschiedenen Gewebe ergibt auch unterschiedlich gute Aufschlüsse der Zellen. Zellbestandteile wie z.B. Stärke (Kartoffeln) und Pektine (Äpfel) beeinflussen außerdem die Konsistenz des Aufschlusses. Bei Paradeisern sind auch noch die Farbstoffe zu sehen, die aufgrund der einfachen Methode nicht entfernt wurden.