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Übersetzt von Kathrin Schäker. Ungefähr 1,5 Milliarden Menschen weltweit sind übergewichtig oder fettleibig. Essen wir einfach nur zuviel oder können wir unsere Gene dafür verantwortlich machen? Hier wird erklärt, wie man die genetischen Grundlagen der Fettleibigkeit im Klassenzimmer…
Adipositas ist in mehr als einer Hinsicht ein schwerwiegendes Problem. Mehr als 10% der erwachsenen Weltbevölkerung ist fettleibig und dies kann in manchen Ländern sogar bis zu 40% betreffen. Herzerkrankungen, Typ – 2 – Diabetes, manche Krebsarten, Komplikationen in der Schwangerschaft, Gelenkprobleme, Depressionen und Angststörungen wurden alle mit Fettleibigkeit in Zusammenhang gebrachtw1.
Kalorienreiche Fertiggerichte und eine bewegungsarme Lebensweise werden normalerweise für den erschreckenden Anstieg der Fettleibigkeit verantwortlich gemacht, aber könnten unsere Gene nicht auch ein Teil des Problems sein? Dieser Artikel stellt einige der neuesten Forschungsergebnisse bezüglich der genetischen Grundlagen von Adipositas vor, zusammen mit einer vom European Xplore Health Projekt entwickelten Methode der DNA Extraktion, dem ersten Schritt der Wissenschaftler zur Identifikation von möglichen “Fettgenen”.
Die DNA Extraktion ist für Mittelstufen- (Alter 14-16) oder Oberstufenschüler (Alter 16+) geeignet und kann in einer Unterrichtseinheit absolviert werden. Wenn diese Methode nicht für Ihre Schüler oder Ihr Labor geeignet ist, können Sie eine der beiden alternativen Methoden (basierend auf dem gleichen Prinzip, aber mit Hilfe von leichter verfügbaren Materialen) mit gefrorenen Erbsen (Madden, 2006) oder Kiwisw2durchführen. Die Anleitungen für den Versuchw5können auch als Word oder PDF Datei von derScience in School Webseite heruntergeladen werden.
Das Thema Fettleibigkeit kann ein hilfreicher Einstieg sein um aktuelle genetische Forschung und ethische Inhalte, in einem Kontext mit dem die Schüler sehr wahrscheinlich persönliche Erfahrungen und Meinungen haben, einzuführen. Denn wie viele Teenager mögen kein Fast Food oder faulenzen nicht vor dem Fernseher? Weitere Materialien, unter anderem ein Diskussionspacket um das Thema weiter zu untersuchen, sind auf der Xplore Health websitew3 erhältlich.
Jemand wird als fettleibig erachtet wenn der Body Mass Index (BMI) der Person 30 oder mehr beträgt. Der gesunde Bereich liegt bei 18,5-25. Der BMI wird durch das Dividieren des Gewichts einer Person in Kilogramm durch die Größe der Person in Metern hoch zwei errechnet.
BMI = Gewicht (kg)
(Größe (m))2
Obwohl der BMI ein nützlicher Leitfaden ist, berücksichtigt er jedoch keine Variationen in Gestalt und Körperbau. Zum Beispiel werden Sportler mit viel Muskelmasse oft als übergewichtig bewertet wenn nur der BMI beurteilt wird.
Adipositas kommt familiär vor. Bedeutet dies, dass Adipositas genetisch bedingt ist oder bedeutet dies nur, dass Familien ihre ungesunden Essgewohnheiten teilen? Vielleicht überraschenderweise haben Zwillingsstudien gezeigt, dass Fettleibigkeit bis zu 70% genetisch bedingt ist, weil Geschwister die die gleichen Gene besitzen (eineiige Zwillinge) eine größere Wahrscheinlichkeit haben die gleiche Körperform zu besitzen als zweieiige Zwillinge (O’Rahilly & Farooqi, 2006).
Forscher haben eine Reihe von Genvarianten (Allele) entdeckt, die möglicherweise mit Adipositas in Verbindung stehen. Manche davon sind selten und beeinflussen nur eine kleine Anzahl von Leuten, andere hingegen sind weit verbreitet und erhöhen das Risiko der Gewichtszunahme für große Teile der Bevölkerung (Tabelle 1).
Seltene einzelne Genvarianten | Häufige multiple Genvarianten | |
---|---|---|
Effekt auf das Körpergewicht | Trägt zu viel Extragewicht bei wenig Menschen bei | Trägt zu ein wenig Extragewicht bei vielen Menschen bei |
Beispiele | Ob Gen, Mc4r Gen | Fto Gen, Tmem18 Gen |
Zusammenhang mit anderen Krankheitsbildern | Kann mit seltenen Krankheiten in Zusammenhang stehen, z.B. mit angeborener Leptin-Defizienz, MC4R-Defizienz | Einer von vielen “normal” variierten humanen Charakteristika, kann aber auch mit anderen häufigen Krankheiten, z.B. Typ – 2 – Diabetes, in Zusammenhang stehen |
Wie wurden sie gefunden? | Kandidatengen-Studien, Tierversuche, Exom-Sequenzierung | Genomweite Assoziationsstudien |
Potentielle Relevanz | Pränatale Gentests und Gentherapie | Verständnis des Risikos einer Erkrankung und Entwicklung von Krankheitsvermeidungsstrategien |
Das Ob Gen ist eine einzelne Genvariante, die Fettleibigkeit auslösen kann. Es kontrolliert den Appetit durch die Produktion eines Hormons, das Leptin genannt wird. Menschen die zwei defekte Kopien diese Gens tragen, können kein Leptin produzieren und haben ein anhaltendes Verlangen zu essen. Fettleibige, Leptin-defizienzte Menschen, die mit Leptininjektionen behandelt wurden, kehrten zu einem normalen Gewicht zurück. Ein anderes Gen, das in einer ähnlichen Weise wirkt, ist das Mc4r Gen. Es ist Teil einer Signalkaskade die das Essverhalten kontrolliert (O’Rahilly & Farooqi, 2006).
Jedoch sind diese einzelnen Genmutationen sehr selten. Andere, weiter verbreiterte Genvarianten wurden identifiziert, die, wenn sie auch keine direkte Ursache für Adipositas sind, dazu führen, dass Träger dieser Varianten höchst wahrscheinlich zunehmen. Beispiele schließen Varianten des Fto Gens und desTmem18 Gens ein. Studien haben gezeigt, dass Menschen mit einer Kopie der “Risiko” – Fto Variante im Durchschnitt 1,2 kg mehr als Menschen mit anderen Varianten wiegen, Menschen mit zwei Kopien der “Risiko”- Variante wiegen im Durchschnitt 3 kg mehr.
Sind also Menschen, die diese weiter verbreiterten “Fettgene” tragen, dazu bestimmt fettleibig zu sein oder können sie ihrem Schicksal entkommen? Diese Genvarianten veranlagen Menschen einfach nur zuzunehmen, aber mit einer gesunden Ernährung und Lebenswandel gibt es keinen Grund warum Träger nicht in der Lage sein sollten ein gesundes Gewicht zu halten.
Adipositas – Spezialisten untersuchen auch die Epigenetik (die Interaktion zwischen den Genen und der Umwelt) und wie Signalwege (z.B. Hormone und das Nervensystem) im Körper den Stoffwechsel s und das Essverhalten beeinflussen. Sie hoffen so ein besseres Verständnis von der komplexen Natur von Appetit, Metabolismus und Fettspeicherung zu erhalten und dadurch möglicherweise bessere Behandlungen oder Strategien zu entwickeln, um die Nahrungsaufnahme von Menschen, die genetisch für Adipositas veranlagt sind, zu kontrollieren.
Die Lösungen können Augen und Haut reizen, trage also Laborkittel, Laborbrille und Handschuhe. Speichel kann Krankheitserreger enthalten; also fasse nur Deine eigenen Impfösen oder Tupfer an und lege diese in die Desinfektionslösung.
Entsorgung: Die Flüssigkeiten können mit viel Wasser den Abfluss hinab gespült werden. Benutzte Impfösen oder Tupfer können nach 15 minütiger Desinfektion mit dem normalen Müll entsorgt werden.
Diese ist nur eine der vielen veröffentlichten Methoden zur DNA Extraktion aus Zellen (z.B. Madden, 2006, und Naked Scientists websitew2). Sie reichen von sehr einfachen (Benutzung von Spülmittel und Tafelsalz), zu Methoden die Chemikalien benutzen, die denen von Molekularbiologen ähnlicher sind. Das Prinzip der Extraktion ist in allen Fällen gleich: Ein Detergens wird benutzt um die Zellmembran aufzubrechen, ein Enzym wird hinzugefügt um die Proteine, die die DNA binden und fest zusammenpacken zu verdauen und Salz und kalter Alkohol werden dann hinzugefügt um Bedingungen zu erreichen bei denen DNA nicht löslich ist.
Der größte Unterschied liegt darin, dass je fortschrittlicher die Methode ist, desto reiner die erhaltene DNA am Ende ist. Zum Beispiel wird bei der einfachsten Methode eine Menge Pektin mit der DNA gemischt. Natürlich benötigen Adipositas – Spezialisten und andere Molekularbiologen jedoch Proben die so rein wie möglich sind.
Die Benutzung einer fertigen Natriumdodecylsulfat-Lösung (SDS, engl. sodium dodecyl sulphate) wird empfohlen, da pulverförmiges SDS bei Inhalation gesundheitsschädlich ist. Wenn pulverförmiges SDS benutzt wird, sollte der Lehrer die Lösung unter einem Abzug herstellen und dabei einen Mundschutz tragen. Beachten Sie auch die allgemeinen Science in School Sicherheitshinweise.
Passende Desinfektionslösungen sind unter anderem 0,015 M Natriumhypochlorit-Lösung, 1 % Virkon® Lösung oder 5 % Haushaltsbleichmittel. Nach 15 minütigen Einweichen können die Impfösen in eine Plastiktüte gelegt werden (Handschuhe tragen) und mit dem normalen Müll entsorgt werden.
Als Hilfe finden Sie die notwendigen Reagenzien und eine Liste der Produktnummern von Sigma-Aldrich in Tabelle 2. Sie können diese jedoch auch von anderen Herstellern erhalten.
Reagenzien | Sigma-Aldrich Produktnummern |
---|---|
Tris-gepufferte Salzlösung (TBS) | Tabletten: TS030 oder 94158 |
Natriumdodecylsulfat (SDS) | Pulver: L3771 10% Lösung: 71736 |
Natriumacetat | S2889 |
Proteinase K | P6556 |
Das Vorkommen von Adipositas steigt weltweit an. Eine erhöhte Aufmerksamkeit gegenüber diesem Problem, ein verändertes Essverhalten und die Untersuchung genetischer Veranlagung könnten zu ihrer Reduktion beitragen.
Dieser Artikel, der aktuelle Forschungsergebnisse der genetischen Hintergründe bei Fettleibigkeit behandelt und einen praktischen Versuch zu dem Thema bietet, könnte hilfreich für den Biologieunterricht bezüglich vieler verschiedener Themen sein, einschließlich Gesundheitserziehung, Genetik, Ernährung, Pharmakogenomik, individuelle Therapie in Korrelation mit dem Vorhandensein bestimmter Gene, Statistiken von Fettleibigkeit in verschiedenen Ländern und die Verbindung zu den Ernährungsgewohnheiten der entsprechenden Population.
Um zusätzlich einen Startpunkt für eine Diskussion über Fettleibigkeit zu erhalten, könnte der Artikel für ein Projekt über Ernährung verwendet werden, beginnend mit der Errechnung des BMI der Schüler und dessen Verbindung mit deren täglichen Nahrungsaufnahmen (z.B. Krotscheck, 2010). So könnte der Lehrer gesündere Ernährungsverhalten vorschlagen, um das Verhalten der Schüler zu ändern.
Passende Verständnis – und weiterführende Fragen wären:
Panagiotis Stasinakis, 4th Lyceum of Zografou, Griechenland
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