1 · DNA gewinnen
DNA wird aus geeignetem biologischem Material isoliert. Menge, Qualität und mögliche Verunreinigungen beeinflussen die Auswertung.
Biologie · Verstehen und üben
Genetischer Fingerabdruck
Vom STR-Motiv zum DNA-Profil: Vergleiche Allele, prüfe Abstammungsmodelle und begründe, was eine Übereinstimmung aussagen kann.
Das kannst du danach
STRs und Allele verstehenProfile und Vererbung vergleichenAussagekraft und Grenzen erklären
Ein DNA-Profil statt des gesamten Erbguts
Der genetische Fingerabdruck ist ein Vergleich ausgewählter variabler DNA-Abschnitte. Moderne Verfahren untersuchen häufig Short Tandem Repeats (STRs): kurze Basenfolgen, die an einem bestimmten Ort direkt hintereinander wiederholt sind. Menschen können sich in der Anzahl dieser Wiederholungen unterscheiden.
Der untersuchte Ort heißt Locus, seine Varianten heißen Allele. Bei einem autosomalen STR-Ort besitzt eine diploide Zelle normalerweise zwei Allele – eines stammt von der Mutter, eines vom Vater.
Wiederholungen machen Längenunterschiede
Die flankierenden DNA-Bereiche dienen als Bindestellen für PCR-Primer. Enthält ein Allel zwei zusätzliche GATA-Wiederholungen, wird das entsprechende PCR-Produkt 8 Basenpaare länger – vorausgesetzt, die übrigen Bereiche sind gleich.
Ein einzelner Locus unterscheidet Menschen oft nicht zuverlässig. Deshalb kombiniert man viele STR-Orte zu einem Profil. Die hier verwendeten kleinen Zahlen und drei Orte bilden ein bewusst vereinfachtes Übungsmodell.
Von der Probe zum Vergleich
2 · STR-Bereiche vervielfältigen
Passende Primer flankieren die STRs. Eine Multiplex-PCR kann mehrere Orte zugleich vervielfältigen; Markierungen helfen, die Produkte zu unterscheiden.
3 · Fragmente trennen und messen
Bei verbreiteten STR-Verfahren werden die markierten Fragmente durch Kapillarelektrophorese nach Größe getrennt. Ein Detektor erfasst Fluoreszenzsignale.
4 · Allele zuordnen und prüfen
Längenstandard und Allelleiter unterstützen die Zuordnung. Kontrollen, technische Artefakte und die Zahl der untersuchten Orte werden bei der Bewertung berücksichtigt.
Ein Schulgel zeigt das Trennprinzip; moderne Messdaten erscheinen häufig als Elektropherogramm mit Peaks. Ältere Fingerabdruck-Verfahren mit Restriktionsfragmenten und Sonden sind davon zu unterscheiden.
Warum sieht man manchmal einen, manchmal zwei Peaks?
Zwei verschiedene Allele: 4/6
Zwei gleiche Allele: 7/7
Idealbild und echte Messung unterscheiden
Reale Profile können zusätzliche kleine Stutter-Peaks, schwache Signale oder fehlende Allelsignale enthalten. Mehr als zwei deutliche Allele an einem autosomalen Locus können auf eine Mischspur hindeuten, beweisen sie aber nicht ohne weitere Prüfung. Die folgenden Aufgaben setzen saubere Einzelquellenprofile voraus.
Profil-Labor: Übereinstimmung oder Ausschluss?
Vergleiche drei erfundene Einzelquellenprofile mit einer Referenz. Voraussetzung: vollständige, fehlerfrei bestimmte Daten; keine Mutation oder Mischung. Bewerte zunächst jeden Locus und lass dir danach die begründete Auswertung zeigen.
| STR-Ort | Referenz | Vergleichsprobe A |
|---|---|---|
| Locus 1 | 4 / 6 | 4 / 6 |
| Locus 2 | 7 / 7 | 7 / 7 |
| Locus 3 | 5 / 8 | 5 / 8 |
Prüfe, ob an jedem Locus beide Allele übereinstimmen. Ihre Reihenfolge spielt keine Rolle.
Abstammung prüfen: ein Allel von jedem Elternteil
Bei einem autosomalen STR-Ort erhält ein Kind normalerweise ein Allel von jedem Elternteil. Bekannte Genotypen helfen daher, mögliche Weitergaben zu prüfen. Das folgende Modell berücksichtigt keine Neumutation und keine Messfehler.
| Locus | Mutter | Kind | Vom Vater benötigtes Allel |
|---|---|---|---|
| 1 | 4 / 6 | 6 / 8 | 8 |
| 2 | 7 / 7 | 7 / 9 | 9 |
| 3 | 5 / 8 | 5 / 5 | 5 |
Begründung an Locus 1: Die Mutter kann dem Kind die 6 gegeben haben, aber keine 8. Das Allel 8 muss im Modell vom Vater stammen. Ein möglicher Vater braucht an diesem Ort mindestens eine 8 – nicht denselben vollständigen Genotyp wie das Kind.
Eine Person mit 8/10, 6/9 und 4/5 wäre mit allen drei Orten vereinbar. Das allein beweist die Abstammung noch nicht; weitere Marker und eine statistische Bewertung sind nötig.
Wie aussagekräftig ist eine Übereinstimmung?
Nicht ausgeschlossen ist nicht gleich eindeutig identifiziert. Ein passendes Profil muss im Kontext beurteilt werden: Wie häufig ist es in einer geeigneten Vergleichspopulation? Sind die Personen verwandt? Ist die Spur vollständig? Wie wurde sie gewonnen?
Eine kleine Zufallstrefferwahrscheinlichkeit ist nicht automatisch die Wahrscheinlichkeit, dass eine Person unschuldig ist. Ebenso sagt eine DNA-Übereinstimmung allein nicht, wann und auf welchem Weg DNA an einen Ort gelangt ist.
Eineiige Zwillinge haben in der Regel dasselbe übliche STR-Profil. Verwandte teilen häufiger Allele als nicht verwandte Personen. Darum sind „bei jedem Menschen einzigartig“ und „ein Treffer beweist alles“ keine geeigneten Merksätze.
Anwendungen und verantwortlicher Umgang
DNA-Profile unterstützen beispielsweise die Identifizierung unbekannter Personen, die Zuordnung biologischer Spuren und Abstammungsuntersuchungen. Sie sind kein vollständiger Genomscan und lesen nicht einfach alle Eigenschaften oder Krankheiten eines Menschen ab.
Genetische Daten sind persönlich und können auch Angehörige betreffen. Im Unterricht eignen sich erfundene Profile wie auf dieser Seite. So lassen sich Aussagekraft, Unsicherheit und Datenschutz besprechen, ohne persönliche Familienverhältnisse zu untersuchen.
10 Aufgaben: Wissen anwenden und Zusammenhänge erklären
Löse zunächst ohne Hilfe. Die Tipps führen zum Ansatz; die Lösungen zeigen, welche Fachbegriffe und Begründungen dazugehören.
1 · Was bedeutet STR?
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Direkt aufeinanderfolgende Wiederholungen.
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Short Tandem Repeat: eine kurze Basenfolge, die an einem DNA-Ort mehrfach direkt hintereinander vorkommt.
2 · Was bedeutet der Modellgenotyp 4/6?
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Zwei homologe Chromosomen.
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An diesem autosomalen Locus trägt ein Allel vier, das andere sechs Wiederholungen.
3 · Wie groß ist bei GATA der Längenunterschied zwischen sechs und acht Wiederholungen?
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Zwei zusätzliche Vierergruppen.
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2 · 4 bp = 8 bp, wenn die übrigen Produktbereiche gleich sind.
4 · Warum kann der Genotyp 7/7 nur einen Hauptpeak ergeben?
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Gleiche Produktlängen.
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Die beiden Allele haben die gleiche Wiederholungszahl. Ihre PCR-Produkte werden gemeinsam detektiert.
5 · Welche Probe stimmt im Labor an allen drei Orten mit der Referenz überein?
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Alle Allelpaare vergleichen.
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Probe A. Sie ist in diesem Modell nicht ausgeschlossen, aber die drei Orte beweisen keine eindeutige Identität.
6 · Wo unterscheidet sich Probe B von der Referenz?
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Locus 2 ansehen.
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B trägt 7/8, die Referenz 7/7. Unter den Modellannahmen passt B nicht zur Referenz.
7 · Mutter 4/6, Kind 6/8: Welches väterliche Allel ist erforderlich?
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Was fehlt der Mutter?
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Allel 8. Das Kind kann die 6 von der Mutter erhalten haben.
8 · Muss ein möglicher Vater das komplette Profil des Kindes besitzen?
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Ein Allel je Elternteil.
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Nein. Er muss an jedem Ort ein passendes väterliches Allel beitragen können.
9 · Warum untersucht man mehrere STR-Orte?
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Eine Übereinstimmung ist nicht selten genug.
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Einzelne Allele und Genotypen kommen bei vielen Personen vor. Mehrere geeignete Marker erhöhen die Unterscheidungskraft.
10 · Beweist ein DNA-Treffer, wann die Spur entstanden ist?
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Profil und Entstehung trennen.
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Nein. Das Profil allein liefert keine sichere Aussage über Zeitpunkt oder Übertragungsweg der DNA.
Kurzer Begriffscheck
Welche Aussage zu Probe A ist angemessen?
Wähle eine Antwort.
Für den Unterricht
Einstieg: Wiederholungsmotive zählen und den Längenunterschied berechnen.
Partnerarbeit: Beobachtung („7/8 statt 7/7“) und Schlussfolgerung („im Modell ausgeschlossen“) getrennt formulieren.
Transfer: Die Abstammungstabelle lösen und erklären, warum Vereinbarkeit noch kein Beweis ist.
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Die Bilder zeigen eine Vorschau. Über Bild oder Link gelangst du zur Produktseite und zum PDF-Bezug.
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Genetischer Fingerabdruck: Profile prüfen
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PCR als Grundlage
Verstehen, wie STR-Bereiche vervielfältigt werden.
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DNA-Fragmente auswerten
Längentrennung und Bandenvergleich wiederholen.
Material ansehen →Fachliche Vertiefung: Wellcome Connecting Science · DNA-Profiling · OpenStax · Biotechnology. Eigene Modellzeichnungen und erfundene Übungsdaten. Umfang und Klassenstufe unterscheiden sich nach Bundesland und Schulart.