Gelelektrophorese

Die Gelelektrophorese ist ja eher in der Biologie beheimatet, ich habe mich als Physiker aber dennoch aus Interesse mit ihr beschäftigt und wie immer versucht, sie experimentell so einfach und günstig wie möglich umzusetzen.

Bildquelle: Wikipedia

Die Gelelektrophorese (letzterer Wortteil abgeleitet von altgriechisch φέρειν pherein ‚tragen‘) ist eine physikalische, analytische Methode der Chemie und Molekularbiologie, um Gemische verschiedener Arten geladenener Moleküle oder Gene voneinander zu trennen. Dabei befinden sich die Genproben in kleinen Taschen in erstarrtem Agarosegel. Aufgefüllt ist alles mit einer Pufferflüssigkeit, zum Beispiel TBE. Legt man nun eine elektrische Spannung an, so wandern die Moleküle/Gene abhängig von ihrer Größe mit unterschiedlicher Driftgeschwindigkeit durchs Gel. Kleinere Moleküle sind schneller, größere langsamer. Das Agarosegel arbeitet dabei wie ein Sieb. Auf diese Weise können sie einzelnen Moleküle aufgeschlüsselt werden.

Auf aliexpress bin ich auf einen sehr günstigen Plastikbehälter für die Gelelektrophorese gestoßen. Diesen musste ich natürlich gleich kaufen. Bei mir angekommen war ich positiv überrascht ob der guten Qualität und des kompletten Umfangs sogar inkl. Anschlusskabel.

Der Einfachheit halber werde ich nicht mit Genen arbeiten, sondern mit Farbstoffen. Auch diese lassen sich durch eine an der Box angelegte Spannung trennen:

Auf der Internetseite der Firma CONATEX gibt es ein Starterset zur Gelelektrophorese: https://www.conatex.com/catalog/biologie_lehrmittel/immunologie_und_genetik/restriktion_gelelektrophorese/product-gelelektrophorese_eine_einfuhrung_demonstrationskit_fur_lehrer/sku-1086411. Dieses Set habe ich mir auch besorgt. Es beinhaltet ein wenig Agarosegel, TBE-Pufferlösung, Farbstoffe und Pipetten:

Wer möchte, kann wenn einem die Chemikalien ausgehen bei der Firma ROTH in Deutschland Agarose und TBE-Puffer zu vertretbaren Preisen erwerben:

Es gibt aber auch eine deutlich günstigere Variante der Gelelektrophorese. Diese verwendet anstelle des Agarosegels Agar-Agar und anstelle des Puffers in destiliertem Wasser aufgelöstes Backpulver. Die Anregung dazu fand ich in Form eines lehrreichen Videos auf Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=NYLgCq0HiH4. Anstelle der echten Genproben werden hier auch gewöhnliche Farbstoffe verwendet.

Hier die Anleitung für die einzelnen Schritte:

Für die Gelelektrophorese benötigt man noch ein Gleichspannungsnetzteil mit einer Spannung zwischen 50 und 150V. Dieses habe ich mir selbst gebastelt. Herzstück ist ein HV-Step-up-Wandler um nicht einmal 10 Euro:

Das Gehäuse hatte ich glücklicherweise noch bei mir herumliegen, sozusagen Resteverwertung:

Die maximale Spannung beträgt 379 V, da muss man dann schon ein wenig aufpassen, noch dazu in Anwesenheit von Flüssigkeiten/Wasser:

Die minimal einstellbare Spannung liegt bei 49 V, das passt sehr gut…

Zum Mischen der Farben mit dem destillierten Wasser und dem Zuckersirup besorgte ich mir noch eine Mischpalette aus dem Künstlerbedarfshandel (boesner) um nicht einmal 2 Euro:

Gestern konnte ich den ersten Versuch zur Gelelektrophorese starten. Die Herstellung des Gels und der Bufferlösung waren eigentlich unproblematisch. Das mit Agar Agar versetzte Wasser habe ich in der Mikrowelle immer nur ganz kurz (ca. 15 sek) erhitzt und dann kontrolliert, ob sich schon alles aufgelöst hat und die Flüssigkeit einigermaßen klar war.

Das Gel vor dem Erhitzen noch trüb…

…und nach dem Erhitzen deutlich klarer fertig zum Eingießen in die Plastikschale mit dem Kamm.

Die Farbproben waren auch schnell zubereitet und der Sirup löste sich gut im destillierten Wasser auf. Insgesamt fügte ich jeweils 3 Tropfen Farbe zu den ca. 2-3 ml Wasser hinzu.

Nach gut 15 Minuten war das Gel komplett ausgehärtet und ich konnte die innere Schale samt Gelblock entnehmen und diese in die große Elektrophoresebox legen.

Hier sieht man deutlich die erzeugten Taschen, welche dann gleich die Farbproben aufnehmen werden…

Die Box wurde dann mit ca. 150 ml der Bufferlösung bestehend aus destilliertem Wasser + Backpulver aufgefüllt…

…und dann die Farbproben vorsichtig mit den Pipetten in die einzelnen Taschen gespritzt.

Jetzt konnte das Netzteil angeschlossen werden, wobei ich eine Spannung zwischen 70-75 V wählte.

Hat man alles richtig gemacht, müsste man erstens vor allem um die Kathode Bläschen erkennen und zweitens die Farbstoffe langsam zur Anode wandern sehen können.

Wie man an folgendem Bild erkennen kann, hat sich leider mein Anodendraht aufgelöst und die Flüssigkeit in der dortigen Wanne gelblich verfärbt. Ich werde daher den Anodendraht gegen einen hoffentlich widerstandsfähigeren aus Wolfram (auf ebay bestellt) austauschen…

Hier das fertige Ergebnis, mit dem ich durchaus zufrieden bin. 🙂

Das Youtube-Video reiche ich wie immer nach…