Einleitung
ISSN 2571-5860Crime-Scene-DNA-AnalytikMultimediale Berzelius-Maturaarbeit, 3.01, 10/2024
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!
- Dr.-Hans-Riegel-Fachpreis für den Fachbereich Biologie 2024: Dritter Platz
Vorwort
Inhalt
Folge zuerst den Hauptkapiteln in den linken zwei Spalten, sonst überspringst du für das Verständnis wichtige Kapitel. Fahre mit dem Cursor auf die Bilder, um Hinweise zu erhalten.
In den Exkursen auf der rechten Seite findest du interdisziplinäre Zusammenhänge und Anwendungen.
Hauptkapitel ⇓ ; Exkurse ⟹
Crime Scene Lara
Kriminalfall Mystery: Vom Tatort zum TäterDer Tod und die junge Frau im AutoEine W-Seminararbeit
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.
Tatort und Opfer
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
Zum OpferAmy Vogel
In ihrem Freundeskreis und unter ihren Arbeitskollegen war Amy sehr beliebt. Ihr schrecklicher Tod hat alle zutiefst erschüttert.
Ermittlungen führen zu folgenden ... Verdächtigen ...
Klicke mit dem Cursor auf das jeweilige Bild und erhalte weitere Informationen.
BeweismaterialienJetzt seid ihr dran! Begrenzt die Anzahl der Verdächtigen auf vier!
VerdächtigenauswahlZwei Verdächtige fallen weg ...... und vier bleiben übrig
Klickt an, wer aus dem Verdächtigenkreis herausfällt.
Neue Beweise! Unter Amys Fingernägeln ...... sind fremde Hautzellen
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)
Dem Täter auf der SpurDNA-AnalyseVon der DNA-Spur zum genetischen Fingerabdruck
Eine bzw. einer unserer vier Verdächtigen ist die Mörderin bzw. der Mörder von Amy. Aber wer?
Mit der DNA in den Hautzellen unter den Fingernägeln und den DNA-Proben der Verdächtigen führen wir nun eine DNA-Analyse durch.
Da wir gerade unterbesetzt sind, brauchen wir eure Hilfe. Hier gibt es einen Crash-Kurs zur DNA und der DNA-Analyse.
Unser Vorgehen:
- DNA – was ist das?
- PCR-Methode – Informationen
- Gelelektrophorese
- Laborarbeit
- Täteridentifizierung
Das Überführen eines Vergewaltigers und Mörders mittels genetischem Fingerabdruck erfolgte erstmals im Jahr 1987 in England. Der Täter hatte das Opfer vergewaltigt und anschliessend erdrosselt. Die Polizei konnte Spermaspuren sicherstellen. 5000 Verdächtige ohne Alibi wurden zur Blutprobe gebeten. Hier geht's zu einem aufschlussreichen Artikel des Südwestrundfunks, in dem ein großartiges Erklärvideo zur DNA-Analytik eingebettet ist.
DNA-Analyse im Labor
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.
Auswerten der DNA-ProfileJetzt geht's dem Täter an den Kragen
Jetzt werten wir das DNA-Profil der Gelelektrophorese aus und schauen, ob der Täter dabei ist.
Bei Problemen gibt es rechts neben den Katzenaugen einen Hinweis.
Um zur Lösung zu gelangen, müssen wir den QR-Code scannen, der sich hinter dem Fragezeichen versteckt.
Geschafft!Das Mystery ist gelöst. Jetzt ist Justitia dran.
Impressum
Berzelius-MaturaarbeitImpressum
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.
Fabienne Schmid
Fabienne Schmid
- 19 Jahre
- Studentin der Sozialwissenschaften in Göttingen
- sehr eifersüchtige Freundin von Oliver Atzkern
- absolvierte Auslandsjahr in Australien
- ehemalige Mitspielerin von Amy Vogel
Nick Kögel
Nick Kögel
- 26 Jahre
- Physiotherapeut
- wohnt mit seiner Lebensgefährtin und seinem vierjährigen Sohn in Haunstetten
- für Lebensunterhalt seiner Familie verantwortlich
- Arbeitskollege von Amy Vogel
Oliver Atzkern
Oliver Atzkern
- 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
Luisa
Luisa Becker
- 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.
Dr. Rainer Habeck
Dr. Rainer Habeck
- 53 Jahre
- Orthopäde und Mannschaftsarzt des TSV Schwabmünchen
- Familienvater von 3 Kindern, wohnhaft in Königsbrunn
- operierte Amy Vogel am Knie
Maja Vogel
Maja Vogel
- 15 Jahre
- Schülerin des Gymnasiums Königsbrunn
- Leistungsorientierte Skifahrerin im Jugendkader von Bayern
-
Schwester des Opfers
MRT-Aufnahme
Patientin Amy VogelMRT-Aufnahme KnieDr. Rainer Habeck verweigert die Stellungnahme
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.
Erpresser-E-Mail
Zeugnis Physiotherapeut
Zeugnis Physiotherapeut
Telefongespräch
NS4-Unipartiy
7. Oktober 2023Semesteranfangs-Party
Hier geht's zum Uni-Flyer der legendären Party.
Insta-Beitrag
Insta-Beitrag
Ein historischer Tag für Maja VogelBayerns Nachwuchstalent fährt überraschend auf Platz 1.
Den Link zum Zeitungsartikel findet ihr hier.
Routenplaner
Routenplaner
Zur Route klickt ihr hier.
Chatverläufe
Hier geht's zu einem Auszug aus den WhatsApp Chats.
Terminplan
Terminplan
NS4-Kontoauszüge
Kontoauszüge
Hier der Kontoauszug
Spielübersicht
SpielübersichtTSV Schwabmünchen - TSV Haunstetten
Zeugenaussage
ZeugenaussagePolizeiprotokoll
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.»
Ultraschall
Ultraschall
Liebesbrief
Brief
Fabienne Schmid
Fabienne Schmid
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
Nick Kögel
Nick Kögelweiterhin tatverdächtig
Vom Opfer wird er eindeutig erpresst, was E-Mail und Kontoauszug belegen.
Tatmotiv: Erpressung, Geldsorgen
Oliver Atzkern
Oliver Atzkernweiterhin tatverdächtig
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
Luisa Becker
Luisa Becker
Luisa war auf der Semesteranfangsparty in Frankfurt und kann aufgrund der Entfernung zur Tatzeit nicht mehr am Tatort gewesen sein.
Maja Vogel
Maja Vogel
Maja hatte zum Mordzeitpunkt ein Skirennen in Oberstdorf, bei dem sie den 1. Platz belegte. Sie kann nicht die Täterin gewesen sein.
Dr. Rainer Habeck
Dr. Rainer Habeckweiterhin tatverdächtig
Für den Tatzeitpunkt hat er kein Alibi.
Tatmotiv: Angst vor Verlust der Approbation, Kunstfehler
DNA
Das solltet ihr über die DNA wissen«Wir haben das Geheimnis des Lebens gelöst»
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.
PCR-Methode
PCR-MethodePolymerase Chain Reaction
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
Gel-Elektrophorese
Das Wettrennen der DNA-FragmenteGelelektrophoreseBewegung im elektrischen Feld
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
Gel-Elektrophorese
Gelelektrophorese
Wir geben die DNA-Proben am oberen Ende des Agarosegels in die vom Probenkamm verursachten Öffnungen.
Anlegen der Spannung startet den Elektrophoresevorgang.
Zur Auswertung wird das Agarosegel mit UV-Licht behandelt.
Elektrolyseapparatur
Elektrophoreseapparatur
DNA-Isolation
DNA-Isolation
PCR-Methode
PCR-Methode
- Denaturierung bei ca. 95 °C
- Anealing bei 50 bis 60 °C
- Elongation bei 72 bis 75 °C
NS4-Labor Thermocycler
Thermocycler
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.
DNA-Profil
DNA-ProfilAuswertung
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!