Forschungspraktikum

Gut gerührt, geschüttelt und zentrifugiert

In den Sommerferien konnten eine Mittelschülerin und ein Mittelschüler am Biochemischen Institut erstmals ein Forschungspraktikum absolvieren. Ein Angebot der Mathematisch-naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Zürich.

Roland Gysin

Lukas, Mittelschüler und Forschungspraktikant: «Megaspannende Arbeit». (Bild: Roland Gysin)

Das Experiment von Lukas und Gwendolyn dauert zwölf Tage. Das Ziel: Ein Gen für ein Enzym klonieren, das Enzym gentechnisch herstellen und zum Abschluss testen, ob das Enzym eine Modellreaktion katalysieren kann. Für Biochemiker ein handwerklicher Vorgang, so alltäglich wir für den Schreiner das Sägen eines Brettes oder für die Mathematikerin das Addieren und Subtrahieren von Zahlen.

Doch Gwendolyn und Lukas sind keine Wissenschaftler, sondern gehen ans Gymnasium. Die Matur ist für nächstes oder übernächstes Jahr angesagt. Sie besucht das Wirtschaftsgymnasium in Winterthur, er das Mathematisch-Naturwissenschaftliche Gymnasium Rämibühl in Zürich. Sie hat pro Woche zwei Stunden Chemie, er vier.

Erbsubstanz DNA geklont

Beide haben ein Flair für Naturwissenschaften und haben in den Fächern Biologie, Chemie, Mathematik und Physik gute bis sehr gute Leistungen erbracht. Sie gehen gerne in den Chemie-, Biologie- und Physikunterricht. So sehr, dass sie auch in den Sommerferien nicht davon lassen können. Zwölf Tage lang ab 08’15 Uhr während acht und mehr Stunden. So lange dauert das Forschungspraktikum das Gwendolyn und Lukas am Biochemischen Institut der Universität Zürich absolvieren.

In der ersten Woche haben die beiden mittels PCR den Genabschnitt für die katalytische Domäne hergestellt und in einen Expressionsvektor eingebaut. PCR ist nicht die Abkürzung für einen neuen Personal Computer, sondern steht für «Polymerase Chain Reaction» und bezeichnet in der Gentechnologie eine Methode, bestimmte DNA Abschnitte aus geringsten Mengen Ausgangsmaterial zu vervielfältigen.

So etwas haben Gwendolyn und Lukas im Biologie- oder Chemieunterricht noch nie gemacht. Fast schon routiniert erklärt Lukas, was eine «Gel-Elektrophorese» ist. Sie diene dazu, die DNA nach Grösse aufzutrennen. Nach der Reinigung der DNA und dem Einbau in den Vektor wird die neue DNA, ein Plasmid, zur Produktion des Enzyms in kompetente Bakterien eingeschleust. Um die Bakterien in grosser Menge zu züchten, haben die Beiden zuvor eine Nährlösung vorbereitet. Danach isolieren sie das Enzym aus der Zelle, «reinigen es auf», falten es in die richtige Form und testen es. Sie rühren, mischen, schütteln und zentrifugieren.

Praktikumsidee erstmals umgesetzt

Hinter dem Angebot, begabte Mittelschüler für die Life Scienes, die Lebenswissenschaften, zu sensibilisieren, steht die Mathematisch-naturwissenschaftliche Fakultät der Universität Zürich. Sergio Gloor, Lehrkoordinator am Biochemischen Institut, hat die Idee des zweiwöchigen Praktikums ausgeheckt und in den Sommerferien 2009 erstmals in die Praxis umgesetzt. Für 2010 ist eine Neuauflage geplant.

In den Fächern Biochemie, Chemie, Umweltwissenschaften und Veterinär-Medizin stehen insgesamt zehn Plätze zur Verfügung. Ohne grosse Werbung konnten alle besetzt werden. Interessierte Mittelschüler mussten sich bewerben. Sie mussten einen Fragebogen ausfüllen und ein Motivationsschreiben verfassen.

Zudem gelang es Gloor, die Unterstüztung durch das Programm «Educationals in Life Sciences» von «Interpharma», dem Verband der forschenden pharmazeutischen Firmen der Schweiz, zu gewinnen.

Gloor verspricht sich von den Forschungspraktika, dass sich Mittelschülerinnen und Mittelschüler vermehrt für ein naturwissenschaftliches Studium an der Universität Zürich entscheiden. Die Zielrichtung sei vergleichbar mit derjenigen des seit 2006 bestehenden «Life Science Learning Center» von Universität und ETH Zürich. Mit dem Unterschied, dass sich die Praktika an Einzelpersonen und nicht an ganze Schulklassen richten.

Realistische Arbeitsbedingungen

Gloor ist nicht nur Wissenschafter, sondern auch leidenschaftlicher und geschickter Didaktiker. Bevor Gwendolyn und Lukas ihren ersten Labortag haben, erhalten sie eine sorgfältig zusammengestellte Dokumentation mit Grundinformationen über die Molekuarbiologie und die Biochemie in die Hand gedrückt. Diese Unterlagen gilt es zu studieren und sich Fragen zu notieren. Was unklar ist, wird im persönlichen Gespräch vorgängig geklärt.

Genauso halten es Gloor und sein Team Doris Grossenbacher und Birgit Dreier während des ganzen Praktikums. Am Abend wird der Tag resümiert und die nächsten Ziele vorbesprochen. Das motiviert. Jeden Arbeitsschritt dokumentieren Gwendolyn und Lukas in einem akribisch geführten «Laborjournal». Das ist Pflicht.

Laborjournal: Arbeitsschritte werden akribisch dokumentiert. (Bild: Roland Gysin)

Die Arbeit soll realistisch sein, sagt Gloor. Was die beiden Gymischüler machen, sei in ähnlicher Form auch Teil eines normalen Biochemiepraktikums im 5. Semester, allerdings werde die Theorie natürlich auf komplexerer Stufe vermittelt. Ähnlich wie bei diesem Forschungspraktikum sei es auch im ordentlichen Studium wichtig, dass die Betreuung stimmt und dass im Labor jeder Studierende manuell arbeiten könne.

Wer experimentell arbeitet, muss damit rechnen, dass der Arbeitstag manchmal mehr als zehn Stunden hat. «Wir versuchen das zwar zu vermeiden», meint Gloor. Aber manchmal lasse sich ein Material halt nicht einfach in einem «Parkierzustand kaltstellen oder wegfrieren». In solchen Fällen werden die Tage lang.

Gwendolyn und Lukas haben Glück. Alles läuft wie geplant. Das gentechnisch hergestellte Enzym macht, was es machen soll und produziert in der Modellreaktion ein hellgelb leuchtendes Produkt. Das Experiment war erfolgreich.

Die Arbeit sei «megaspannend» gewesen. Sie hätten «viel Neues gelernt», resümieren die Beiden ihre Arbeit. Lukas wird in einigen Monaten mit seiner Maturaarbeit anfangen – «etwas in Biochemie», sagt er. Während Gwendolyn vielleicht eher in Richtung Genetik oder Onkologie gehen möchte, auf jeden Fall «etwas Mathematisch-naturwissenschaftliches». Doch zuerst sind Ferien angesagt.

Roland Gysin ist Leiter Publishing UZH.

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