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Los geht's

DNA Mystery

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Einleitung

Verfasst von Lara Rettermeier, 
betreut von Stefan Frank, 
angefertigt am Ringeisen-Gymnasium in Ursberg (DE) 
mit multimedialem Tuning von Dr. Martin Novotny und Dr. Alfred Steinbach

Hier geht's zum zweiten Teil der Seminararbeit: Vom Tatort zum Täter – der genetische Fingerabdruck: Planung und Erstellung eines modellhaften Mysterys

Eine prämierte Arbeit!
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Eine junge Frau wird nach einem Handballspiel tot in ihrem Auto gefunden. Es gibt sechs Verdächtige. Ihr bekommt Einsicht in den Stand der Ermittlungen und erfahrt am Beispiel des Edvotek-Kits #371, wie DNA-Analysen in der Kriminalistik eingesetzt werden, um Täter zu ermitteln. 
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Crime Scene Lara

Eine tote junge Frau im Auto. Ihr Name: Amy Vogel. Sie wurde kurz nach einem Handballspiel, das um 15:30 Uhr begonnen hatte, auf dem Parkplatz in ihrem Auto erwürgt. Wer hat Amy umgebracht? Und warum? Findet ihr es heraus?

Aufgabe dieses Mysterys ist es, Täter bzw. Täterin aus einem vorgegegeben Verdächtigenkreis zu ermitteln. Zu allen Verdächtigen erhaltet ihr Informationen zu Alter, Beruf, Beziehung zum Opfer und möglichem Tatmotiv. Ihr bekommt Einsicht in Instagram- und WhatsApp-Chats, Bankbelege und vieles mehr.

Nicht zuletzt steht euch auch die renommierte Forensikerin Professor Dr. Lara Rettermeier zur Verfügung. Sie analysiert für euch die DNA-Spuren im Labor.

Bitte schalte den Ton ein und wechsle in die Vollbilddarstellung. Um auf die nächste Seite zu gelangen, einfach am Ende der Seite weiterscrollen.

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Das Opfer Amy Vogel wurde am 7. Oktober 2023 um 19:00 Uhr auf dem Parkplatz der Hans-Nebauer Sporthalle in Schwabmünchen tot im eigenen Auto aufgefunden. Der Leichnam weist verschiedene Würgemale am Hals und Blutergüsse an den Oberarmen auf, weshalb die Ermittler von einem Gewaltverbrechen ausgehen. 

Die Spurensicherung fand Fingerabdrücke von sechs verschiedenen Personen, die derzeit mithilfe des Automatisierten Fingerabdrucksicherungssystems (AFIS) abgeglichen werden.

Hier geht es zum Zeitungsartikel, in dem die Lokalpresse über den Fall berichtet.

Die weiteren Untersuchungen ergaben:

☠ Todeszeitpunkt: 17:38 Uhr
☠ Nüchtern, keine Drogen, keine Medikamente
☠ Tod durch Erwürgen (gewaltsames Ersticken)
☠ Es kam zu einem Kampf 
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Amy war 22 Jahre, arbeitete als Physiotherapeutin und betreute die Damenmannschaft des TSV Schwabmünchen, wo sie bis vor zwei Jahren selbst noch erfolgreich gespielt hat. Sie lebte alleine in der Sternenstraße 4 in Großaitingen. Von einem festen Freund ist nichts bekannt.

In ihrem Freundeskreis und unter ihren Arbeitskollegen war Amy sehr beliebt. Ihr schrecklicher Tod hat alle zutiefst erschüttert.


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In der Zwischenzeit konnte das Team um Prof. Dr. Rettermeier die DNA der Hautzellen unter Amys Fingernägeln analysieren. Aufgrund des starken Tatverdachts der letzten vier Verdächtigen, hat der Staatsanwalt DNA-Proben der vier Personen angeordnet.

Jetzt geht es ins DNA-Labor zur Analyse der Genproben. Dort erwartet euch Frau Prof. Dr. Rettermeier.

*Die DNA-Proben und alle erforderlichen Reagenzien stammen vom Edvotek-Kit #371. (irrelevant für Ermittlungen; hier ist das Prozedere der DNA-Analytik beschrieben) 


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Ran an die Arbeit!

Drei Analyseschritte führen wir im Labor durch:
  • das Isolieren der DNA, 
  • die PCR und 
  • die Gelelektrophorese.

Erst wenn wir die DNA-Profile der Verdächtigen mit dem aus den Hautzellen identifizierten DNA-Profil ermitteln und miteinander vergleichen, können wir mehr sagen.
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Scrollt weiter auf die nächste Seite. Dort erfahrt ihr von einem weiteren interessanten Anwendungsbereich der DNA-Analytik.
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Dieses Video zeigt, wie Mitarbeiter*innen Spuren sichern und im Landeskriminalamt auf DNA-Spuren untersuchen.

Neben der Forensik ist die DNA-Analyse auch in folgenden Bereichen unentbehrlich:
  • Verwandtschaftsklärungen
  • medizinische Diagnostik: genetisch bedingte Erkrankungen und genetische Grundlage von Krankheiten
  • Lebensmittelkontrollen: Qualitätssicherung
  • Privatpersonen: Erbuntersuchungen aufgrund von genetisch bedingten Krankheiten und weiteren Veranlagungen
Ich bin damit einverstanden, dass mir YouTube Videos gezeigt werden. Mehr Informationen
Spurensicherung und DNA-Analyse im LKA in Stuttgartaltechnischen Institut des BKA

Um externe Dienste auszuschalten, hier Einstellungen ändern.

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Impressum

Autoren dieser multimedialen Präsentation: Lara Rettermeier, Martin Novotny und Alfred Steinbach

Editor-in-Chief und Projektleiter: Dr. Alfred Steinbach

Berzelius-Editorial-Team in alphabetischer Reihenfolge:
Dr. Adrian Brugger, Dr. Claudia Buser, Marianne Leuenberger, Dr. Martin Novotny, Markus Roth, Dr. Alfred Steinbach, Dominik Tschirky
Kamera, Film und Schnitt: Patrick Massen (Medienwerkstatt PHSG)

Berzelius – Im Hightech-Labor der Naturwissenschaften ist ein gemeinsames Projekt des Institut Mathematische, Naturwissenschaftliche und Technische Bildung der PHSG und der Metrohm Stiftung.
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Fabienne Schmid

ALLGEMEIN
  • 19 Jahre
  • Studentin der Sozialwissenschaften in Göttingen
  • sehr eifersüchtige Freundin von Oliver Atzkern
  • absolvierte Auslandsjahr in Australien
  • ehemalige Mitspielerin von Amy Vogel
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Nick Kögel

ALLGEMEINES
  • 26 Jahre
  • Physiotherapeut
  • wohnt mit seiner Lebensgefährtin und seinem vierjährigen Sohn in Haunstetten
  • für Lebensunterhalt seiner Familie verantwortlich
  • Arbeitskollege von Amy Vogel
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Oliver Atzkern

ALLGEMEIN
  • 23 Jahre
  • Mitarbeiter der Firma Elektro Kögel seit vier Jahren
  • Freund von Fabienne Schmid, die vor kurzem aus Australien zurückkehrte
  • Patient von Amy Vogel nach einem Kreuzbandriss im Handball

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Luisa

ALLGEMEIN
  • 20 Jahre
  • Studentin der Psychologie in Frankfurt
  • Hat 4 Jahre mit Amy Vogel in der gleichen Mannschaft gespielt.
  • Freundin von Amy Vogel
  • Sie fühlt sich verantwortlich für Amys Verletzung, die dazu führte, dass Amy nicht mehr aktiv Handball spielen konnte.
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Dr. Rainer Habeck

ALLGEMEIN
  • 53 Jahre
  • Orthopäde und Mannschaftsarzt des TSV Schwabmünchen
  • Familienvater von 3 Kindern, wohnhaft in Königsbrunn
  • operierte Amy Vogel am Knie
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Maja Vogel

ALLGEMEIN
  • 15 Jahre
  • Schülerin des Gymnasiums Königsbrunn
  • Leistungsorientierte Skifahrerin im Jugendkader von Bayern
  • Schwester des Opfers
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MRT-Aufnahme

Die MRT-Aufnahme des rechten Knies der Patientin Amy Vogel zeigt, dass das Kreuzband auch nach zweifacher Operation immer noch beschädigt ist.
Der behandelnde Arzt Dr. Rainer Habeck verweigert die Stellungnahme und weist alle Vorwürfe von sich.
Die Patientin kann aufgrund der nicht optimal verlaufenen Operation nicht mehr in den Leistungssport zurückkehren.
Für Amy Vogel ein herber Schlag und für den TSV Schwabmünchen ein großer Verlust.
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Die Ermittler haben diese E-Mail von Nick sichergestellt, die er von «watching@you.de» erhielt.

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Zeugnis Physiotherapeut

Nick Kögel machte die Prüfung zum Physiotherapeuten.

Das Ergebnis könnt ihr hier einsehen.


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Bei den Ermittlungen wurde diese Aufnahme eines Telefongespräch auf dem Handy des Opfers gefunden.

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NS4-Unipartiy

Veranstalter und Besucher können sich auf eine besondere Party freuen. Wer DAS Ereignis zum Semesterauftakt im Karlson Club in Frankfurt nicht verpassen möchte, sollte sich den Termin freihalten und unbedingt vorbei kommen.

Hier geht's zum Uni-Flyer der legendären Party.
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Insta-Beitrag

Auf dem Handy des Opfers stießen die Ermittler auf einen Insta-Beitrag.

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Es war ihr Tag! Keiner hatte es erwartet, und dennoch hat Maja Vogel alle verblüfft mit ihrem überraschende Lauf an diesem Wochenende.

Den Link zum Zeitungsartikel findet ihr hier.
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Routenplaner

Eine verdächtige Person hatte ein großes Interesse daran, schnell nach Frankfurt zu kommen.

Zur Route klickt ihr hier.
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Auf Amy Vogels Smartphone finden die Ermittler Interessantes.

Hier geht's zu einem Auszug aus den WhatsApp Chats.
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Terminplan

Die Polizei stieß auch auf Terminpläne, wie diesen hier.
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NS4-Kontoauszüge

Die Ermittler schauten sich auch die Kontobewegungen auf Amys Konto an. Vielleicht finden sich dort weitere Hinweise.

Hier der Kontoauszug


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Spielübersicht

Welche Spielerinnen des TSV Schwabmünchen Tore erzielten oder Zeitstrafen und gelbe Karten erhielten, ist der Spielübersicht entnehmbar.
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Zeugenaussage

Kurz vor dem Spiel beobachtete die Trainerin des TSV Schwabmünchen Sabine Becker einen heftigen Streit zwischen der Spielerin Fabienne Schmid und ihrem Freund Oliver Atzkern.

Sie macht folgende Zeugenaussage:

«Beide waren sehr aufgebracht und wurden laut. Um Fabienne Schmid auf das bevorstehende Spiel zu fokussieren, ging ich dazwischen und beendete den Streit. Offensichtlich handelte es sich um einen Beziehungsstreit.»
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Ultraschall

Bei Amy wurde dieses Ultraschallbild gefunden.
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Liebesbrief

Die Ermittler fanden auf Amys Smartphone ein Foto von einem Brief, den sie wahrscheinlich an Oliver geschickt hat.
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Fabienne Schmid

weiterhin tatverdächtig

Im Spiel gegen den TSV Haunstetten erzielte sie mehrere Tore, war also in unmittelbarer Nähe des Tatorts.
Der Chatverlauf zeigt, dass sie von der Affäre zwischen ihrem Freund und dem Opfer Bescheid wusste.
Die Trainerin beobachtete vor dem Spiel einen Streit mit ihrem Freund, den die Trainerin dann unterbrach.

Tatmotiv: Eifersucht
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Nick Kögel

Sein Zeugnis zeigt, dass er die Prüfung zum Physiotherapeuten nicht bestanden hat.
Vom Opfer wird er eindeutig erpresst, was E-Mail und Kontoauszug belegen.

Tatmotiv: Erpressung, Geldsorgen
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Oliver Atzkern

Der Terminkalender von Oliver zeigt, dass seine Oma am 7. Oktober 2023 Goldene Hochzeit hat.
Die Zeugenaussage von Sabine Becker, der Trainerin des TSV Schwabmünchen, belegt, dass er vor dem Spiel in Schwabmünchen war.
Amy erwartet ein Kind von ihm und verlangt, dass er Fabienne verlässt.

Tatmotiv: will Fabienne nicht verlassen
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Luisa Becker

RICHTIG!

Luisa war auf der Semesteranfangsparty in Frankfurt und kann aufgrund der Entfernung zur Tatzeit nicht mehr am Tatort gewesen sein.
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Maja Vogel

RICHTIG!

Maja hatte zum Mordzeitpunkt ein Skirennen in Oberstdorf, bei dem sie den 1. Platz belegte. Sie kann nicht die Täterin gewesen sein.
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Dr. Rainer Habeck

Das MRT zeigt eindeutig, dass der Kreuzbandriss des Opfers nicht optimal verheilt ist, und das Telefonat belegt, dass Amy Vogel ihn deshalb unter Druck setzt.

Für den Tatzeitpunkt hat er kein Alibi.

Tatmotiv: Angst vor Verlust der Approbation, Kunstfehler 
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DNA

Lauteten die Worte der beiden US-amerikanischen Wissenschaftler James Watson und Fran­cis Crick nach der Entschlüsselung der DNA-Struktur. Mit Hilfe der mathematischen Auswertung der Röntgenbeugungs-diagramme der britischen Biochemikerin Rosalind Franklin erkannten Watson und Crick, dass die DNA als Doppelstrang vorliegen muss. Watson und Crick benutzten die Ergebnisse von Franklins Röntgenstrukturanalysen ohne ihr Wissen. Aber das ist eine andere Geschichte, über die ihr hier mehr erfahrt.  Watson und Crick veröffentlichten ihre Entdeckung vor Franklin und erhielten dafür im Jahr 1962 den Nobelpreis für Physiologie und Medizin.

Im Hintergrundbild sieht man die «neu entdeckte» Doppelhelix, die aus zwei Einzelsträngen, dem Zucker-Phosphat-Rückgrat der DNA, besteht. Die beiden Stränge werden durch die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Basen zusammengehalten, die sich zwischen den beiden Einzelsträngen befinden. Der Abstand zwischen zwei Basen beträgt 3,4 Å und da pro Windung immer zehn stick­stoff­hal­ti­ge Basenpaare vorhanden sind, hat eine Windung immer eine Länge von 34 Å, was 3,4 nm entspricht. Zudem erkennt man bei der Dop­pel­helix zwei Furchen, wobei eine größer ist als die andere. Insgesamt hat die DNA einen Durchmesser von 20 Å.




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Das Hintergrundbild zeigt den Aufbau der DNA nun detaillierter. Zu erkennen sind die Bestandteile der Einzelstränge: die Desoxyribose-Zucker und die Phosphatgruppen, die aneinandergereiht sind. Das Zuckermolekül verknüpft sich dabei jeweils am C1-Atom mit einer der vier Basen und ist somit auch mit dem anderen Einzelstrang verbunden. Betrachtet man ausschließlich die Nukleotidsequenzen der DNA, also Phos­phatgruppe, Desoxyribose und eine Base, sieht man den antiparallelen Verlauf der beiden Einzelstränge, was bedeutet, dass die C-5‘- und C-3‘-Enden in die entgegengesetzte Richtung weisen. Schön zu sehen ist auch, dass es nur eine Möglichkeit der Kombination bei den Basen gibt. Das liegt an der Komplementarität, und Grundlage dafür ist die Spezifität der Paarung. Adenin verknüpft sich über zwei Wasserstoffbrücken (H-Brücken) immer mit Thymin, Guanin über drei Wasserstoffbrückenbindungen nur mit Cytosin. So muss nur eine der beiden Basen bekannt sein, denn die andere ergibt sich von selbst. Wäre eine andere Paarung vorhanden, hätte die DNA nicht mehr ihren Durchmesser von 20 Å. Es muss sich also immer eine Purinbase, wie Adenin und Guanin, mit einer Pyrimidinbase, wie Thymin und Cytosin, verknüpfen. Aufgrund der Anzahl an H-Brücken, die ausgebildet werden, kommt keine andere Kombination in Frage.




























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PCR-Methode

Um das Untersuchungsmaterial zu vervielfältigen, wenden die Forensiker die Polymerase-Kettenreaktion (PCR-Methode) an. Entwickelt wurde diese Methode 1983 von dem US-amerikanischen Biochemiker Kary Mullis, der 1993 dafür mit seinem Kollegen Michael Smith den Nobelpreis in Chemie erhielt.

Bei der Reaktion wird der gewünschte DNA-Abschnitt stark vermehrt, damit am Ende genug Material vorhanden ist, um die DNA genauer untersuchen zu können. Diese Methode ist eine der wichtigsten Methoden der Molekularbiologie und basiert zudem auf einem sehr einfachen Prinzip.

Es werden lediglich drei Schritte benötigt, die innerhalb kurzer Zeit sehr oft hintereinander ablaufen, um ein Vielfaches der Ausgangs-DNA zu erhalten.

Der erste Schritt bei der PCR-Methode ist die Denaturierung, bei dem die Ausgangs-DNA in ihre Einzelstränge getrennt wird. Um die DNA zu schmelzen, wird die Probe auf 94 bis 95 °C erhitzt. 

Liegt die Ausgangs-DNA in einzelsträngiger Form vor, folgt der zweite Schritt, die Anlagerung oder das Anealing. Bei 50 bis 60 °C lagern sich dabei sogenannte Primer an die einzelsträngige DNA an und bieten dem Enzym Taq-Polymerase die Möglichkeit, spezifisch wirken zu können. 

Die Anlagerung der Primer ist die Voraussetzung für den dritten und letzten Schritt, die Elongation oder Anlagerung. Hier werden die DNA-Stränge erweitert. Damit das Enzym Taq-Polymerase spezifisch wirken kann, wird die Temperatur im Thermocycler auf 72 bis 75 °C erhöht. Die Taq-Polymerase ergänzt dabei den unvollständigen DNA-Strang der Matrizen-DNA durch die Komplementarität in einem bestimmten Abschnitt. Am Ende liegen wieder komplette Doppelstränge vor. Startpunkt für die Verlängerung sind die Primer.

Testet euch selbst!
Erklärvideo
Ablauf
Aufgabe







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Gel-Elektrophorese

Um die Proben analysieren zu können, wird die Gelelektrophorese angewendet. Sie erzeugt die DNA-Profile, welche die Forensiker miteinander vergleichen. 

Die Gelelektrophorese ist eine analytische Methode aus der Molekularbiologie und dient der Sichtbarmachung der vervielfältigten DNA-Molekülfragmente. Das Grundprinzip der Gelelektrophorese besteht darin, dass ein elektrisches Feld erzeugt wird, in dem sich die negativ geladenen Moleküle der DNA bewegen. Da die DNA aufgrund der Phosphatgruppen insgesamt negativ geladen ist, wandern alle DNA-Moleküle im elektrischen Feld automatisch zur Kathode, dem Pluspol des elektrischen Feldes.

Für die Versuchsdurchführung wird ein Gel benötigt, in dem sich die verschiedenen Moleküle bestmöglich bewegen können. Meist wird Agarosegel verwendet, da es relativ großporig ist und sich darin auch größere Moleküle gut bewegen können. Alternativ kann auch ein Polyacrylamidgel verwendet werden, das etwas kleinporiger ist. Die Bewegung der größeren Moleküle ist hier etwas erschwert.

Schritt eins der Durchführung ist also das Aufsetzen, Aufkochen und Gießen des Agarosegels. Bevor das noch warme und flüssige Gel in den Schlitten gegossen wird, positionieren wir den Probenkamm in die oberste Kerbe nahe des Minuspols. Nach Aushärten des Gels entfernen wir vorsichtig den Probenkamm. In die Vertiefungen vom Probenkamm geben wir die unterschiedlichen DNA-Proben, bevor wir eine elektrische Spannung von 100 bis 300 V anlegen.

Nach einiger Zeit beginnen die Moleküle zum Pluspol zu wandern. Je nach ihrer Größe und Form bewegen sich die DNA-Fragmente mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Je kleiner das Molekül, desto schneller kann es sich im Gel bewegen. Größere Moleküle bewegen sich dagegen deutlich langsamer.
Gleich große Moleküle lagern sich im Gel an ähnlichen Positionen an und sind als Banden zu erkennen.

Das Resultat der Gelelektrophorese ist demnach eine Art Code, der es den Forensikern ermöglicht, den Täter zu identifizieren. 

In einem letzten Schritt muss der erhaltene Code noch sichtbar gemacht werden, weshalb man die DNA unter ultraviolettem Licht fluoresziert. Jetzt ist der entstandene genetische Code mit bloßem Auge erkennbar.

Jeder Mensch besitzt einen individuellen Code. Vergleicht man die Ergebnisse der Gelelektrophorese mit der am Tatort gefundenen DNA, ist es den Forensikern möglich, den Täter zu identifizieren. Befinden sich die Banden des genetischen Codes an denselben Stellen, so liegt die gleiche DNA vor.

Testet euch nun selbst!
Erklärvideo
Learningapp
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Gel-Elektrophorese

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Elektrolyseapparatur

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DNA-Isolation

Um den genetischen Code einer Probe zu entziffern, muss die DNA zuvor isoliert werden. Hierfür wird die Probe in ein Teströhrchen überführt und zentrifugiert, bevor sie für die PCR in den Thermocycler kommt.
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PCR-Methode

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NS4-Labor Thermocycler

Wir geben die DNA-Proben in den Thermocycler. Er regelt selbständig die Temperatur für die drei Schritte der PCR-Methode.

1. Schritt: Denaturierung bei 95 °C
2. Schritt: Anlagerung bei 50 bis 60 °C
3. Schritt: Elongation bei 72 bis 75 °C

Nach ca. 30 Zyklen ist die PCR abgeschlossen. Anschließend geht es zur Gelelektrophorese. 
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DNA-Profil

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Vorher/Nacher Ansicht

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Euch liegt das DNA-Profil der vier Verdächtigen und der DNA-Probe vom Tatort vor.

R: Referenzsubstanz
T: Probe vom Tatort
1: Nick Kögel
2: Dr. Rainer Habeck
3: Oliver Atzkern
4: Fabienne Schmid

Unten «Play» anklicken! Dann den Schieber (senkrechte Trennlinie) horizontal über die Abbildung bewegen!
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Hinweis

Haben zwei Proben ein identisches DNA-Profil, stammen sie von derselben Person. 
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Auflösung

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