Im größten der Laborräume, KT 324, finden die Praktika zu Grundlagen der Biochemie und Biocheme für Fortgeschrittene statt.

Hier werden verschiedene molekularbiologische Techniken angewendet, um genetisch veränderte Organismen (GVOs) mit gewünschten neuen Eigenschaften zu erzeugen. Das Team beschäftigt sich hauptsächlich mit den Mikroorganismen Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae (Bäckerhefe) und Kluyveromyces lactis (Milchhefe). Ziel der Arbeit ist es zum Beispiel, bestimmte Proteine herzustellen oder die Eigenschaften eines Stammes so zu verändern, dass gewünschte  (Wert-) Stoffe hergestellt werden.

Rekombinante, d.h. neu synthetisierte oder veränderte DNA-Moleküle, werden in lebende Zellen eingebracht. Sie können dann zum Beispiel Bakterien die Fähigkeit vermitteln, ein bestimmtes Protein zu produzieren, das aus einem anderen Organismus stammt und normalerweise nur schwer zugänglich ist.

Das Labor ist als Gentechniklabor der Sicherheitsstufe S1 zugelassen, von den verwendeten Organismen geht keine Gefahr für Mensch oder Umwelt aus.

Angewandte Methoden

PCR

Die Polymerase-Kettenreaktion (engl. Polymerase Chain Reaction, PCR) ermöglicht die Vervielfältigung von DNA-Abschnitten. Kurze DNA-Moleküle, sog. Primer, dienen als Ausgangspunkte der Synthese. In 25 bis 35 Zyklen wird  jeweils die vorhandene DNA zwischen den Ansatzstellen der Primer kopiert und so die Zahl der Moleküle verdoppelt, daher ergibt sich eine exponentielle Vervielfachung. 

In jedem Zyklus werden drei verschiedene Temperaturen durchlaufen, dabei werden zunächst die DNA-Stränge getrennt (94° C), dann lagern sich die Primer an (z.B. 55-65 °C, je nach Primerpaaren) und schließlich findet die Neusynthese von DNA statt (meist 68-72° C). 

Da die Primer jeweils in den Produkten enthalten sind, können mit dieser Technik auch Veränderungen in die DNA eingeführt werden. Mit Hilfe der PCR können zum Beispiel ganze Gene oder Teilbereiche wie Promotoren vervielfältigt und anschließend in neuen Kombinationen in Mikroorganismen eingeführt werden.

PCR-Geräte (Thermocycler) sind im Prinzip Heizblöcke, in denen die Temperaturprofile der PCR-Reaktionen besonders schnell durchlaufen werden können.

Quantitative PCR

Die quantitative PCR ist eine Weiterentwicklung der PCR, bei der während der Reaktion die Entstehung der Produkte durch Fluoreszenzmessungen verfolgt werden kann. Im einfachsten Fall wird zu einer PCR Reaktion ein Farbstoff gegeben, der in Gegenwart von DNA fluoresziert (z.B. "Sybr Green"). Durch Bestimmung der Fluoreszenz kann die DNA-Menge in den Reaktionsgefäßen ständig gemessen werden. So ist es möglich, auf die Menge der Ausgangs- (Vorlagen-) DNA zu schließen und diese zu quantifizieren. Mit einer Standard-PCR ist dies kaum möglich, da man hier nur die Produktmenge am Ende der Reaktion bestimmen kann.

Die qPCR ermöglicht z.B. die Bestimmung von Keimzahlen einer Spezies in einem Gemisch verschiedenster Organismen oder, in Verbindung mit einer reversen Transkription, auch die Quantifizierung einzelner RNA-Moleküle (RT-qPCR).

Im Labor für Biochemie wird ein LightCycler Gerät (Roche) dafür verwendet. Hier läuft die Reaktion in kleinen Glaskapillaren ab, die Fluoreszenz wird gemessen, in dem die Kapillaren nacheinander vor ein optisches System gedreht werden.

Elektrophorese

Zur Untersuchung von DNA wird besonders die Agarose-Gelelektrophorese verwendet, da hier die Größe von DNA-Molekülen z.B. aus PCR-Experimenten schnell und einfach bestimmt werden kann. Nach der Trennung auf dem Gel werden die Fragmente mit Ethidiumbromid gefärbt und unter UV-Licht fotografiert.

Medienherstellung

Die Medien für die Anzucht der verschiedenen Mikroorganismen werden durch Autoklavieren sterilisiert. Je nach Kultur müssen verschiedene Nährstoffe enthalten sein. Selektivmedien ermöglichen die Identifizierung von Zellen, die bestimmte DNA-Moleküle enthalten, da nur solche im Selektivmedium (das z. B. ein Antibiotikum enthalten kann) wachsen können.

Auch alle Kulturrückstände, die gentechnisch veränderte Organismen enthalten, werden autoklaviert, damit keine GVOs in die Umwelt freigesetzt werden können.

Kultivierung genetisch veränderter Mikroorganismen

Kulturen können in der Sicherheitswerkbank unter sterilen Bedingungen behandelt werden, um Kontaminationen durch Umweltkeime zu verhindern.

Zur Anzucht der Mikororganismen werden Brutschränke und verschiedene temperierte Schüttelinkubatoren verwendet, die den Mikroben ideale Bedingungen bieten.

Darüber hinaus können Wachstumsversuche auch in Mikrotiterplatten und einem Laborfermenter durchgeführt werden.