Der genetische Fingerabdruck
Erfahre, was ein genetischer Fingerabdruck ist und wie er bei Straftaten und Abstammungsgutachten eingesetzt wird. Alec John Jeffreys entwickelte das Verfahren 1984. Entdecke, wie der Fingerabdruck durch Vervielfältigung und Gelelektrophorese erstellt wird. Interessiert? Dies und vieles mehr im folgenden Text.
in nur 12 Minuten? Du willst ganz einfach ein neues
Thema lernen in nur 12 Minuten?
-
5 Minuten verstehen
Unsere Videos erklären Ihrem Kind Themen anschaulich und verständlich.
92%der Schüler*innen hilft sofatutor beim selbstständigen Lernen. -
5 Minuten üben
Mit Übungen und Lernspielen festigt Ihr Kind das neue Wissen spielerisch.
93%der Schüler*innen haben ihre Noten in mindestens einem Fach verbessert. -
2 Minuten Fragen stellen
Hat Ihr Kind Fragen, kann es diese im Chat oder in der Fragenbox stellen.
94%der Schüler*innen hilft sofatutor beim Verstehen von Unterrichtsinhalten.
Lerntext zum Thema Der genetische Fingerabdruck
Was ist ein genetischer Fingerabdruck?
Hast du schon einmal vom genetischen Fingerabdruck gehört? Vielleicht im Zusammenhang mit Kriminalfällen? Heute wollen wir uns ansehen, was genau ein genetischer Fingerabdruck ist, wo er Verwendung findet und wie man ihn erstellen kann.
Genetischer Fingerabdruck – Definition
Der genetische Fingerabdruck ist, einfach erklärt, ein DNA‑Profil. Ebenso wie der Fingerabdruck an deinen Fingern ist er für jedes Individuum charakteristisch und somit einzigartig – daher auch sein Name. Das generelle Verfahren zu seiner Erstellung wurde vom britischen Wissenschaftler
Im Gegensatz zur
Genetischer Fingerabdruck – Verwendung und Funktion
Der genetische Fingerabdruck findet dort Anwendung, wo genetisches Material miteinander abgeglichen werden soll. Daher kommt er insbesondere bei der Täterermittlung von Straftaten zum Einsatz: Das DNA‑Material eines Verdächtigen wird mit Spurenmaterial von einem Tatort verglichen. Stimmen die Proben überein, kann dies vor Gericht als Beweis genutzt werden, um den Täter zu überführen. Seit etwa 30 Jahren handelt es sich dabei um ein anerkanntes Verfahren.
Der genetische Fingerabdruck kann auch für Abstammungsgutachten, die häufig als Vaterschaftstests bezeichnet werden, Verwendung finden. Hierbei muss beachtet werden, dass sich der genetische Fingerabdruck gemäß der Vererbungsregeln aus dem Erbgut der Mutter und des Vaters ergibt.
Wie kann man den genetischen Fingerabdruck erstellen?
Um zu verstehen, was ein genetischer Fingerabdruck ist, musst du wissen, dass hierbei die Länge von DNA-Fragmenten verglichen wird. Schauen wir uns erst einmal an, welche Fragmente der DNA hierfür überhaupt relevant sind. Anschließend gehen wir auf die genaue Methodik ein.
Genetischer Fingerabdruck – generelle Methode
Wie oben bereits erwähnt wird beim genetischen Fingerabdruck nicht die Basensequenz der DNA untersucht. Vielmehr konzentriert man sich ausschließlich auf nicht codierende Bereiche der DNA. Hier findet man die repetitive DNA, also DNA‑Bereiche, die aus sich wiederholenden Sequenzen bestehen. Je nachdem wie lang die Sequenz ist, die sich wiederholt, kann man unterschiedliche Arten der repetitiven DNA unterscheiden. Beim genetischen Fingerabdruck spielen insbesondere VNTRs (variable number of tandem repeats) – hier besteht die sich wiederholende Sequenz aus zehn bis einhundertfünfzig Basenpaaren – und STRs (short tandem repeats) – hier besteht der sich wiederholende Anteil aus zwei bis sieben Basenpaaren – eine Rolle.
Alle Säugetiere haben in ihrer DNA diese sich wiederholenden Sequenzen. Jedoch unterscheidet sich die Anzahl der Wiederholungen. Je mehr
Genetischer Fingerabdruck – detaillierter Ablauf
Im ersten Schritt werden bis zu 15 verschiedene repetitive Abschnitte der DNA vervielfältigt. Dies geschieht mittels Polymerase-Kettenreaktion (engl. polymerase chain reaction, Abk.: PCR). Das ist eine
Im nächsten Schritt wird eine Gelelektrophorese durchgeführt, beispielsweise eine Agarose‑Gelelektrophorese. Diese Methode dient dazu,
Im Rahmen einer Täterüberführung wird nun das Bandenprofil eines Verdächtigen mit dem Bandenprofil einer Tatortprobe verglichen. In der unten stehenden Abbildung erkennst du bestimmt sofort, dass das pink umrahmte Bandenprofil mit dem Bandenprofil der
Kurze Zusammenfassung zum Video Der genetische Fingerabdruck
In diesem Video lernst du, was ein genetischer Fingerabdruck ist und mit welchem Verfahren man ihn bestimmen kann. Außerdem erfährst du, wo der genetische Fingerabdruck Anwendung findet. Ein Arbeitsblatt und interaktive Übungen findest du wie immer neben dem Video. Ein Referat zum Thema genetischer Fingerabdruck sollte nun kein Problem mehr sein!
Der genetische Fingerabdruck Übung
-
Definiere die Grundbegriffe des genetischen Fingerabdrucks.
TippsDas DNA-profiling ist der Prozess der Erstellung eines genetischen Fingerabdrucks.
Die Polymerase-Kettenreaktion sowie die Gelelektrophorese sind beides molekularbiologische Methoden, um DNA im Labor zu bearbeiten.
LösungBeim DNA-profiling wird ein sogenanntes Längenprofil bestimmter DNA-Abschnitte erstellt. Das entstandene DNA-Profil ist für jeden Menschen einzigartig und stellt seinen genetischen Fingerabdruck dar.
Die nicht-codierenden Bereiche der DNA, die Introns, enthalten DNA-Sequenzwiederholungen, genannt short tandem repeats (STRs). Beim DNA-profiling werden diese Bereiche mithilfe der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) vervielfältigt und anschließend mittels Gelelektrophorese der Größe nach aufgetrennt. Es entsteht das charakteristische DNA-Längenprofil.
-
Erkläre den wissenschaftlichen Hintergrund des genetischen Fingerabdrucks.
TippsNur ein kleiner Teil der DNA codiert für Proteine.
Bei der geschlechtlichen Fortpflanzung erhält der Nachkomme je die Hälfte seines Genoms von einem Elternteil.
Drei der fünf Antwortmöglichkeiten sind falsch.
LösungDie ursprüngliche Technik des genetischen Fingerabdrucks nutzte Restriktionsenzyme aus Bakterien und war sehr materialaufwendig und umständlich. Daher wird sie heutzutage kaum noch angewendet.
99,9 % der DNA-Sequenz sind in jedem Menschen identisch. Die restlichen 0,1 % reichen aus, um Individuen eindeutig voneinander zu unterscheiden.
Innerhalb der DNA codieren nur 3% für Proteine, der Rest besteht aus nicht-codierenden Introns.
Innerhalb der Introns befinden sich DNA-Sequenzwiederholungen, sogenannte short tandem repeats (STRs).
Diese Bereiche werden solchermaßen vererbt, dass je ein STR-Allel vom Vater und ein weiteres von der Mutter weitergegeben wird.
-
Stelle den Aufbau und die Funktionsweise der Gelelektrophorese als molekularbiologische Methode dar.
TippsKurze DNA-Fragmente wandern schneller als lange, da sie auf weniger Widerstand innerhalb der Netzstruktur der Agarose-Gelmatrix treffen.
In der Abbildung siehst du ein DNA-Fragment. Welche Ladungen hat es? Wie verhält es sich in einem elektrischen Feld?
Die Elektroden sind elektrische Leitungen – oft feine Drähte – innerhalb der Becken mit den Pufferlösungen. In der Abbildung sind sie weiß. Ihre Ladung bzw. Polarität ist an ihren Anschlüssen erkennbar.
LösungAufbau und Ablauf der Gelelektrophorese
- Probentasche
- negative Elektrode
- positive Elektrode
- Laufrichtung
- DNA-Probe
- Agarose
- Gelelektrophorese
- lange DNA-Fragmente
- kurze DNA-Fragmente
-
Untersuche die Verwandtschaftsverhältnisse anhand der genetischen Fingerabdrücke der einzelnen Familienmitglieder.
TippsNur 0,1 % der gesamten DNA unterscheiden sich von Mensch zu Mensch mit der Ausnahme von eineiigen Zwillingen.
Zwei der fünf Aussagen sind falsch.
Bei der Vererbung von STR-Allelen wird je ein Allel von der Mutter und eines vom Vater an das Kind weitergegeben.
LösungIn dieser Abbildung sind die Banden (braun – CTAAG, lila – GTA) der STR-Bereiche dargestellt, wie sie nach einer Gelelektrophorese sichtbar wären. Je tiefer die Bande, desto kürzer das DNA-Fragment, und damit auch desto kleiner der STR-Bereich. Entsprechend umgekehrt besitzt eine höher gelegene Bande mehr Sequenzwiederholungen.
Folgende Aussagen können durch den Vergleich der STR-Bereiche für die Familie verifiziert, also bestätigt, werden:
- Beide Kinder entstammen einer Eizelle. Sie sind also eineiige Zwillinge. Ihre DNA ist identisch.
- Die Basensequenzen der STR-Bereiche lauten CTAAG und GTA. Jene werden drei bis acht mal wiederholt.
- Die Geschlechter der Kinder sind nicht ersichtlich, doch beide wurden adoptiert. Dies ist erkennbar, da keinerlei Übereinstimmung in der Anzahl der Basensequenzwiederholungen zu den Eltern besteht. Das biologische Geschlecht einer Person kann über andere Methoden – wie beispielsweise durch ein Karyogramm – ermittelt werden.
-
Beschreibe den Ablauf des DNA-profiling.
TippsDie Abschnitte der DNA, welche für das DNA-profiling genutzt werden, sind sie sogenannten Short Tandem Repeats, die sich aus Wiederholungen derselben kurzen Basenfolge zusammensetzen.
Bei der Polymerase-Kettenreaktion werden DNA-Fragmente vervielfältigt, bei der Gelelektrophorese nach Größe aufgetrennt.
LösungAblauf des DNA-Profiling
- Zunächst wird eine DNA-Probe benötigt, aus der das Erbgut der untersuchten Person isoliert werden kann. Häufig wird Erbmaterial aus Blut, Mundschleimhautzellen oder Sperma gewonnen.
- Im nächsten Schritt werden die STR-Bereiche der DNA vervielfältigt. Die genutzte Methode ist die Polymerase-Kettenreaktion – kurz: PCR. Es entstehen viele DNA-Fragmente mit unterschiedlicher Länge.
- Diese Fragmente werden bei der Gelelektrophorese nach Größe aufgetrennt. Dazu wird elektrische Spannung angelegt, was die negativ geladenen Bruchstücke dazu veranlasst, im Agarose-Gel zur positiv geladenen Elektrode zu wandern.
- Es entsteht das typische Muster, wobei jede Bande für zahlreiche DNA-Stücke mit gleicher Länge steht. Dieses Muster ist für jeden Menschen individuell und stellt seinen genetischen Fingerabdruck dar.
-
Analysiere die genetischen Fingerabdrücke und löse das Verbrechen auf.
TippsBedenke, dass sich an einem Tatort DNA-Spuren von mehreren Personen befinden können.
Befinden sich an einem Tatort DNA-Spuren, so müssen sämtliche Banden mit denen der verdächtigten Person übereinstimmen, um sie eindeutig identifizieren zu können.
LösungRekonstruktion des Tathergangs:
Person A und Person B fuhren im Auto zum Haus des Opfers. Dort sollte Person B etwas für Person A stehlen. Im Haus eingebrochen, wurde Person B vom Opfer schreiend und kratzend überrascht. Person B überwältigte das Opfer in einem Kampf mithilfe des Grillspießes in der Küche. Verletzt und ohne Beute zog sich Person B in das Fluchtfahrzeug von Person A zurück. Beide flohen gemeinsam, bevor die Polizei eintraf.
Der Bandenvergleich verschiedener DNA-Spuren aus den Räumen Wohnzimmer, Küche und Schlafzimmer zeigte, dass sich im Wohnzimmer und im Schlafzimmer nur DNA des Opfers befand. In der Küche dagegen fand sich auch DNA des kriminellen Subjektes, welches als Person B identifiziert wurde.
In der Küche, dem Tatort, wurden verschiedene Küchengeräte wie ein Messer, eine Schere, ein Grillspieß und eine Gabel auf Spuren untersucht. Am Grillspieß konnte Blut des Opfers festgestellt werden. Person B griff das Opfer also anscheinend mit dem Grillspieß an.
Das Opfer wehrte sich und es kam zum Kampf, in dessen Verlauf durch Kratzen Hautfetzen von Person B unter die Fingernägel des Opfers gelangten. Mit so viel Gegenwehr hatte Person B nicht gerechnet. Als das Opfer überwältigt schien, zog sich Person B in das Auto von Person A zurück und beide flohen gemeinsam. Im Fluchtauto finden sich zusätzlich zu DNA-Spuren von Person B auch noch Spuren von Person A. Da in der Wohnung des Opfers nur DNA-Spuren von Opfer und Person B zu finden waren, kann mit hoher Wahrscheinlichkeit gesagt werden, dass der Raubüberfall von Person B durchgeführt wurde. Person A lieferte das Motiv, das Fluchtauto und das falsche Alibi.
Wie ist die DNA aufgebaut?
Proteinbiosynthese – von der DNA zum Protein
DNA – Verpackung und Chromatin
Was ist DNA?
Entdeckung der DNA – Watson und Crick
Replikation der DNA
Genwirkkette – vom Gen zum Merkmal
RNA – Bau und Funktion
Transkription und RNA Prozessierung
Prozessierung – RNA-Modifikation bei Eukaryoten
Translation
Genetischer Code – Eigenschaften und Bedeutung
Proteinbiosynthese – Vergleich von Prokaryoten und Eukaryoten
Genregulation bei Prokaryoten – Steuerung der Genexpression (Basiswissen)
Regulation der Genaktivität bei Prokaryoten (Expertenwissen)
Regulation der Genaktivität bei Eukaryoten
DNA-Schäden und Reparaturmechanismen
Genmutation – Formen und Ursachen
Genmutationen
RNA-Interferenz – Abschalten eines Gens
Apoptose – genetisch programmierter Zelltod
Krebs – Entstehung eines Tumors
DNA-Analysen in der Kriminaltechnik
Proteine und Aminosäuren
Proteinarten – Typen von Proteinen
Phenylketonurie – genetische Krankheit
Der genetische Fingerabdruck
Replikation der DNA (Expertenwissen)
Die experimentelle Entschlüsselung des Genetischen Codes
Die experimentelle Entschlüsselung der Proteinbiosynthese
Die experimentelle Entschlüsselung der Genregulation
Wie ist die DNA aufgebaut?
8.807
sofaheld-Level
6.601
vorgefertigte
Vokabeln
7.860
Lernvideos
37.810
Übungen
33.936
Arbeitsblätter
24h
Hilfe von Lehrkräften
Inhalte für alle Fächer und Klassenstufen.
Von Expert*innen erstellt und angepasst an die Lehrpläne der Bundesländer.
Testphase jederzeit online beenden
Beliebteste Themen in Biologie
- Dna Aufbau
- Organe Mensch
- Meiose
- Pflanzenzelle
- Blüte Aufbau
- Feldmaus
- Chloroplasten
- Chlorophyll
- Rna
- Chromosomen
- Rudimentäre Organe
- Wirbeltiere Merkmale
- Mitose
- Seehund
- Modifikation Biologie
- Bäume Bestimmen
- Metamorphose
- Synapse
- Synapse Aufbau und Funktion
- Ökosystem
- Amöbe
- Fotosynthese
- Nahrungskette Und Nahrungsnetz
- Das Rind Steckbrief
- Ökologische Nische
- Zentrales Und Vegetatives Nervensystem
- Glykolyse
- Mutation Und Selektion
- Quellung und Keimung
- Rückenmark
- Skelett Mensch
- Sinnesorgane
- Geschmackssinn
- Analoge Organe
- Säugetiere
- Vermehrung Von Viren
- Organisationsstufen
- Symbiose
- Mikroorganismen
- Wie entsteht Blut einfach erklärt
- Vererbung Blutgruppen
- Blutgruppen einfach erklärt
- Sprossachse
- Tierzelle Aufbau
- Wie Entstehen Zwillinge
- Archaeopteryx
- Diabetes
- Moose
- Treibhauseffekt
- Aufbau Moos