Von der Spucke zum genetischen Fingerabdruck

Von der Spucke zum genetischen Fingerabdruck

Wie wird DNA aus lebenden Zellen gewonnen? Wie funktioniert das Verfahren PCR, dass zurzeit auch bei dem Test auf Covid-19 angewendet wird? Und wie kann das gewonnene und vervielfältigte Erbgut schließlich sichtbar gemacht werden?

Diesen aktuellen und spannenden Fragen gingen die Schülerinnen und Schüler des Biologie Leistungskurses der Q1 ganz praktisch auf den Grund. Bereits zum dritten Mal in Folge verbrachte der Biologie-Leistungskurs einen ganzen Tag in einem Profi-Labor des Vereins „KölnPub“, der Fortbildungsmaßnahmen für Schulen, Wirtschaft und Politik im Bereich der Biologie und besonders in der Molekulargenetik organisiert und durchführt.

Die theoretische Einführung in das Thema hatten die Schülerinnen und Schüler bereits im Unterricht erhalten. Obligatorisch wird das Praktikum parallel zum Lehrplanthema „Molekulargenetik“ geplant und durchgeführt, so dass der Kurs nach einer kurzen Einweisung sofort anfangen konnte, zu arbeiten.

Die Schülerinnen und Schüler extrahierten dazu eigene DNA aus Mundschleimhautzellen. Dabei waren viele Arbeitsschritte notwendig, die sie einzeln an ihren Laborarbeitsplätzen durchführen mussten. Exaktes und sauberes arbeiten, Umgang mit kleinsten Mengen diverser Chemikalien zum Lösen und Säubern der Zellbestandteile und die Handhabung verschiedener Laborgeräte stellten den Kurs vor große Herausforderungen.

Das Ziel der Arbeit sollte es sein herauszufinden, ob man ein bestimmtes genetisches Merkmal nur von einem, oder von beiden Elternteilen vererbt bekommen hat; dieses Merkmal konnte man dann mit dem genetischen Fingerabdruck sichtbar machen. Gleichzeitig lernte der Kurs im Detail alle Arbeitsschritte kennen, wie sie dazu in Laboren notwendig sind, z.B. beim Landeskriminalamt, wo Täterspuren wie Blut oder Hautschuppen in einem genetischen Fingerabdruck (Foto) sichtbar gemacht werden, oder eben, ganz aktuell, um DNA von Viren nachzuweisen.

Die gewonnene DNA wird in einem Gerät (Thermocycler) vervielfältigt und schließlich in einem elektrischen Feld (Gel-Elektrophorese) aufgetrennt. Durch das Hinzufügen eines lumineszierenden Farbstoffes kann die DNA in Form eines so genannten Bandenmusters sichtbar gemacht werden. Über Lage und Länge der Bandenmuster kann dann eine Aussage über das Vorhandensein bestimmter genetischer Merkmale getroffen werden (Foto).

Am Ende des Tages hatte der Kurs nicht nur einen spannenden Arbeitstag hinter sich, sondern auch einen Eindruck von der täglichen Arbeit im Labor, die gerade im Bereich der Biologie besonders vielfältig und abwechslungsreich ist.“

 

Gregor Hiepler
Der internationale Stammzellentag

Der internationale Stammzellentag

Die Schüler/innen des Biologie LK Q1 hatten das große Glück die wenigen für Schulen vorgesehenen Plätze des Universitätsklinikums Bonn zu ergattern. So konnten die beiden großen Themenblöcke des Biologieunterrichtes der Q1, nämlich Genetik und Neurobiologie, ideal miteinander verknüpft werden. Das Institut für rekonstruktive Neurobiologie leitet das mit führenden internationalen Wissenschaftler/innen besetzte Symposion als interaktive Videokonferenz. In der fünfstündigen Veranstaltung ging es u.a. um humane Stammzellen als Werkzeug für Krankheitsforschung und Wirkstoffentwicklung oder um Genomchirurgie mit dem neuen gentechnischen Verfahren des CRISPR/ Cas 9. In allen Teilen der Veranstaltung war es möglich, mit den Forschern und Forscherinnen direkt in Kontakt zu treten und Fragen zu stellen, wovon die LK-Schüler/innen des Goethe- und des kooperierenden Humboldt Gymnasiums eifrig gebraucht machten. Durch den Unterricht gut vorbereitet konnten die Schüler/innen kompetente Fragen stellen, z.B. zu Verfahren der Herstellung von Stammzellen (IPS-Zellen: induzierte pluripotente Stammzellen) oder zu Risiken der Transplantation neuronaler Zellen; teilweise wurde der Chat durch die fachkundigen Beiträge der Schüler/innen geradezu dominiert.

Meiner Meinung nach war das Webinar der Universität Bonn eine sehr gelungene Veranstaltung, die reibungslos funktioniert hat. Es wurde sehr umfangreich und detailliert erklärt, jedoch so, dass man alles gut verstanden hat und gut folgen konnte.

Jedes Jahr im März findet der internationale Stammzellentag statt, an dem sich Wissenschaftler-/innen aus aller Welt mit ihren aktuellen Forschungsergebnissen an die Öffentlichkeit wenden. Universitätskliniken, Labore und Forschungseinrichtungen führen dazu zahlreiche Veranstaltungen durch, z.B. Seminare, Vorlesungen, Tage der offenen Tür oder des „gläsernen“ Labors. Bedingt durch die Covid-19 Lage fanden die Veranstaltungen in diesem Jahr vor allem virtuell als Videokonferenz oder Webinar statt.

Aus der Sicht des Lehrers eine rundum gelungene Veranstaltung, eine außerordentliche wissenschaftspropädeutische Ergänzung für den Unterricht und ein großes Lob an die wissbegierigen und sehr disziplinierten Schüler/innen, die an der Veranstaltung nicht nur interessiert teilgenommen haben, sondern sie durch fundierte Fragen zur Überraschung und Freude der beteiligten Forscher und Forscherinnen sogar bereichern konnten.

Hier können Sie einen Schülerbericht zu der Veranstaltung lesen

Im Webinar zum UniStemDay 2021 haben Dozenten über grundlegende Themen der modernen Stammzellenforschung referiert, zu denen wir währenddessen und im Anschluss eingeladen waren, Fragen zu stellen und zu diskutieren: Zunächst hat uns Herr Prof. Dr. Oliver Brüstle begrüßt und hat das große Thema „Stammzellen“ eingeleitet. Dabei wiederholte er die Grundlagen (z.B. Arten der Stammzellen) und gab Ausblick auf die Zukunft dieser Forschungsrichtung (z.B. Genschere CRISPR/Cas9, Organoide), insbesondere im Bereich der Neurobiologie. Hier konnten bereits einige Fragen der Schüler gestellt und beantwortet werden. Anschließend führte Michael Peitz die Gedanken Prof. Dr. Brüstels mit seinem Vortrag fort, indem er uns über humane Stammzellen als Werkzeug für Krankheitsforschung und Wirkstoffentwicklung informierte. Herr Petz thematisierte vor allem die IPS-Zellen, die wir bereits im Unterricht behandelt haben, in Bezug auf die Herstellung von Neuronen. An dieser Stelle wurde insbesondere der ethische Aspekt hervorgehoben und von den Teilnehmenden der Konferenz die Rechtslage zu Stammzellen in Deutschland/anderen Ländern hinterfragt, über die anschließend auch diskutiert wurde. Es folgte ein visueller Beitrag in Form eines Informationsvideos, das nochmal die bereits erfahrenen Informationen zusammenfasste und spezifisch das Thema „Stammzellforschung bei rekonstruktiver Neurobiologie“ behandelte. Nach einer kurzen Pause führten uns Vira Lefremova und Christine Au Yeung in das Gebiet der Organoide ein. Diese Organoide, die aus pluripotenten Stammzellen generiert werden können, weisen 3D-förmige, organartige Strukturen auf und dienen zur Erforschung von Krankheiten, Medikamenten und ermöglichen eine Reduzierung der Tierversuche. Arquimedes Cheffer referierte anschließend über die Genschere CRISPR-Cas9, die die „Genomchirurgie“ ermöglicht und somit das Werkzeug zur Therapie von beispielsweise genetischen Krankheiten in Zukunft sein wird. Als Beispiele wurden die Behandlung gegen HIV und Sichelzellenanämie oder auch die Keimbahntherapie angeführt. Auch hier wurden ethische Aspekte hervorgehoben, wie z.B. Designer Babys. Zuletzt hatten wir noch kleine breakout sessions, in denen ein persönlicher Austausch mit Experten aber auch Studenten rund um die Themen Stammzellen, Studium, Forschungen der Zukunft gewährleistet war. Zusätzlich waren wir immer dazu eingeladen, Fragen und Meinungen in den Chat zu schreiben.

 

Dr. Michael Tech
Nachhaltige Landwirtschaft für alle – geht das?

Nachhaltige Landwirtschaft für alle – geht das?

Am 09.01.2020 besuchten wir mit dem Erdkunde Leistungskurs der Jahrgangsstufe Q1 den Bio-Bauernhof „Lammertzhof“ in Büttgen bei Kaarst. Bereits am Treffpunkt im hofeigenen Bioladen des Gastgebers war direkt zu erkennen, womit sich der Bauernhof identifiziert.

Zuerst hieß uns Heinrich Hannen, der Eigentümer des Bauernhofes, herzlich willkommen und berichtete uns ein paar Fakten über seinen Bauernhof. Er erklärte, wie der Hof gegliedert ist, aber vor allem thematisierte er den Wandel, den der Hof seit seiner Gründung im Jahr 1864 durchlebt hat. Besonders hervorstechend ist nämlich, dass die vorherigen Generationen seiner Familie alle konventionelle Landwirte waren. Erst seit Herr Hannen den Hof führt sind grundlegende Veränderung im Betrieb eingeführt worden.

Danach führte uns der Biolandwirt über seinen Bauernhof und zeigte uns seine Felder, sein Gewächshaus und wir sahen die Mitarbeiter bei ihrer alltäglichen Arbeit. Der Hof ist wie ein kleines Unternehmen: Hier haben rund 55 Mitarbeiter eine Arbeitsstelle in unterschiedlichen Bereichen. Zudem wird eine kaufmännische Ausbildung angeboten. Wir sahen im Verlauf der Führung, wie naturbelassen die Felder und die Erträge sind und wie nachhaltig die ganze Produktion abläuft. Darauf legt Hannen sehr viel Wert, weshalb er auch viel Geld in seinen Hof und seine Ideen investiert. Zusätzlich investiert er viel Zeit in seine Arbeit, die nicht nur auf dem Feld stattfindet, sondern mittlerweile vor allem im Büro. Tagtäglich verbringt er hier weit über zehn Stunden und das fast das ganze Jahr über, ohne Ferien; nur sonntags bleibt mittlerweile etwas Zeit zum Ausschlafen. Die Kraft für diesen Knochenjob schöpfe er, so seine Worte, aus der Leidenschaft, mit der ökologischen Landwirtschaft etwas Gutes für Mensch und Umwelt zu tun. Diese Motivation war deutlich zu erkennen, als er uns im Anschluss an die Hofführung sehr umfassend und mit viel Zeit all unsere Fragen beantwortete, die bei der Vorbereitung auf die Exkursion und während dieser aufgekommen waren.

Zurück am Goethe beschäftigte uns dann vor allem eines: Was hat der Ausflug bei uns persönlich bewirkt?

Im Unterrichtsgespräch sind wir zu verschiedenen Meinungen gelangt, die jedoch alle das Thema Nachhaltigkeit betrafen. Der Begriff der Nachhaltigkeit meint, ein Gefüge aus Vorgängen und Abläufen zu schaffen, welches für mehrere Jahre und sogar Generationen harmoniert – in etwa wie ein Kreislauf, also ein System, das ohne Probleme langfristig funktioniert.

Im Falle der ökologischen Landwirtschaft am Beispiel vom Lammertzhof ließ sich deutlich erkennen, dass dieses System weit mehr umfasst, als man zunächst vermutet. Somit werden nicht nur die landwirtschaftlichen Produkte (also das Obst, Gemüse usw.) nachhaltig streng biologisch produziert, sondern sind beispielsweise die Dächer der Haupthalle mit einer bis zu 20 cm dicken Erdschicht bedeckt, dank welcher besonders geeignete Pflanzen das Dach begrünen. Diese Pflanzen sorgen für eine Absorption des CO2 aus der näheren Umgebung.

Des Weiteren ist besonders der Aspekt des Konsumverhaltens aufgekommen, denn die Exkursion hat uns allen unser eigenes Konsumverhalten vor Augen geführt. Nachhaltige Landwirtschaft funktioniert nicht, ohne dass auch wir Menschen unseren Teil zum Kreislauf beitragen, denn wir beeinflussen maßgeblich, ob dieser überhaupt funktioniert. Ein kontrolliertes Konsumverhalten heißt nicht gleich, dass jede*r vegetarisch/vegan leben muss, es heißt, dass man die Bio-Landwirtschaft mit einem Kauf ihrer Produkte unterstützt. Man sollte auf das billige Fleisch, die Tomate im Sonderangebot verzichten, sowohl in Supermärkten als auch in Fast-Food Restaurants. Man sollte sich zudem vor Augen führen, ob ein Tierleben wirklich so wenig wert sein kann und was man bei dem Verzehr von billigen Lebensmitteln eigentlich zu sich nimmt. Letztendlich geht es bei der Diskussion um unser Konsumverhalten nicht darum, anderen ein schlechtes Gewissen einzureden, sondern um das Schaffen eines Bewusstseins für den eigenen Konsum und die damit verbundene Verantwortung.

All diese Aspekte und Argumente haben wir aus der Hofführung mitnehmen können. Sie gab uns neue Einblicke in die Welt der Landwirtschaft und sogar politische Perspektiven wurden uns in diesem Rahmen nähergebracht. Insgesamt war es für unseren Kurs eine großartige und wichtige Erfahrung, die nicht nur hilfreich für unseren Unterricht ist, sondern uns vor allem auch im zukünftigen Leben unseren Alltag begleiten wird.

 

Johannes Budde
Exkursion der Klasse 5c zum Bioland Lammertzhof

Exkursion der Klasse 5c zum Bioland Lammertzhof

Wir essen täglich Nahrungsmittel, die in Landwirtschaftsbetrieben produziert werden. Woher aber genau kommen unsere Lebensmittel? Wie werden Fleisch, Eier, Obst und Gemüse heute in der modernen Landwirtschaft erzeugt? Wie hat sich die Landwirtschaft in den letzten Jahrzehnten verändert? Wie unterscheidet sich die ökologische Landwirtschaft von der konventionellen? Mit diesen Fragen beschäftigte sich die Klasse 5c im Rahmen der Unterrichtsreihe „Landwirte versorgen uns“  in ihrem Erdkundeunterricht. 

Um den Schülerinnen und Schülern einen handlungsorientierten Zugang zu den erlernten Unterrichtsinhalten zu ermöglichen, besuchte die Klasse 5c am 06. Juni 2018 den Lammertzhof in Kaarst. Bei sommerlichen Temperaturen und Sonnenschein lernten die Schüler in einer zweistündigen Hofführung alles rund um die biologische Erzeugung unserer Lebensmittel und deren Vermarktung im Hofladen bzw. als Ökokiste. 

Die Schülerinnen und Schüler konnten live erleben, wie weitläufig Hühner in der ökologischen Landwirtschaft gehalten werden und mit welchem Aufwand und welcher Hingabe verschiedenste Lebensmittel wie Kartoffeln, Gurke, Tomaten, Salat oder rote Beete angebaut werden. So durfte die Klasse 5c die Hühner in ihrem Freigehege besuchen, den Mitarbeitern beim Unkrautjäten zusehen, die Felder durchqueren und außerdem auch noch all die verschiedenen Lebensmittel erntefrisch verkosten. Sie erhielten nebenbei viele Informationen über die ökologische Bestellung von Feldern und den nachhaltigen Anbau im Gewächshaus, über Fruchtfolgen und die bedarfsgerechte Düngung mit Hilfe von Leguminosen. Auch die Packstationen für die Ökokisten sowie die Vorführung der Kartoffelsortieranlage standen auf dem Programm. Im Anschluss an die Führung interviewten die Schüler den Landwirt Herrn Hannen und nach einer weiteren halben Stunde voller spannender Fragen und Antworten blieb noch ein wenig Zeit, um auf dem Spielplatz zu toben oder den Hofmarkt zu erkunden und das Taschengeld für ökologisch angebaute Erdbeeren oder Süßigkeiten auszugeben. 

 

Annika Hähr 

 

Exkursion zum Lammertzhof

Exkursion zum Lammertzhof

Bauernhofexkursion der Klasse 5c und von Studenten des Interdisziplinären Projektes Gesunde Ernährung für Kinder der Bergischen Universität Wuppertal am 22. Januar 2017

Wir essen täglich Nahrungsmittel, die in Landwirtschaftsbetrieben produziert werden. Doch wie werden Fleisch, Eier, Obst und Gemüse in der modernen Landwirtschaft erzeugt? Welche Nahrungsmittel sind gesund? Wie unterscheidet sich die ökologische Landwirtschaft von der herkömmlichen? Und was hat Essen mit unserem Klima zu tun?

Im Rahmen eines Erdkundeprojekts zur Unterrichtsreihe „Landwirte versorgen uns“  besuchte die Klasse 5c den Biobauernhof Lammertzhof in Kaarst. Bei frostigen Temperaturen und eisigem Wind lernten die Schüler in einer anderthalbstündigen Hofführung alles rund um die biologische Erzeugung unserer Lebensmittel und deren Vermarktung im Hofladen bzw. als Ökokiste. Neben der anschaulichen Darstellung, wie eng Mastschweine in der traditionellen Landwirtschaft eingepfercht werden und unter welchen unwürdigen Bedingungen sie ihr Leben fristen, konnten die Schüler die Vorteile einer ökologischen Landwirtschaft live erleben. Sie durften die Schafe füttern und die Hühner in ihrem Freigehege besuchen. Sie erfuhren über die ökologische Bestellung von Feldern und der nachhaltigen Anbau im Gewächshaus, über Fruchtfolgen und die bedarfsgerechte Düngung mit Hilfe von Leguminosen. Auch die Packstationen für die Ökokisten sowie die Vorführung der Möhrenwaschanlage standen auf dem Programm. Im Anschluss an die Führung interviewten die Schüler den Landwirt Herrn Hannen und nach einer weiteren Stunde voller Fragen und Antworten blieb noch ein wenig Zeit, den Hofmarkt zu erkunden und auf dem Spielplatz mit großer Baumschaukel und Traktor zu toben.

faecher_erdkunde07Die Vor- und Nachbereitung der Exkursion fand in Kooperation mit dem Fachbereich Geographie der Bergischen Universität Wuppertal statt. Gemeinsam mit Studenten des Interdisziplinären Projektes „Regionale Nahrungsmittel für Kinder“ (Dozentin Frau Dipl. Geogr. Ina Jeske) bereiteten die Schüler des Goethe-Gymnasiums die Exkursion im Unterricht vor und nach und setzen sich mit vielen Fragen rund um gesunde Ernährung auseinander. Dabei wurden umfangreiche Materialien eingesetzt, die verschiedene Studentengruppen des Interdisziplinären Projektes erstellten. Die Erarbeitung fand in Form eines Gruppenpuzzles statt und beinhaltete neben der Erarbeitung von informativen Texten, kleineren Experimenten, Erkundungsaufträgen in der näheren Umgebung und Interviews auch kreative Auseinandersetzungen mit dem Thema in Form von Gedichten, Rezepten und Tagebucheinträgen. Die Projektergebnisse wurden in Form von Sammelmappen dokumentiert und ausgestellt.

Insgesamt war das gemeinsame Projekt zwischen Schule und Universität eine lehrreiche und tolle Erfahrung für beide Seiten.

 

Ursula Steffen
Exkursion zum Lammertzhof

Exkursion zum Lammertzhof

Bauernhofexkursion mit der Klasse 5c und Studenten des Interdisziplinäres Projekt Gesunde Ernährung für Kinder der Bergischen Universität Wuppertal am 22.01.2016

Wir essen täglich Nahrungsmittel, die in Landwirtschaftsbetrieben produziert werden. Doch wie werden Fleisch, Eier, Obst und Gemüse in der modernen Landwirtschaft erzeugt? Welche Nahrungsmittel sind gesund? Wie unterscheidet sich die ökologische Landwirtschaft von der herkömmlichen? Und was hat Essen mit unserem Klima zu tun?

Im Rahmen eines Erdkundeprojekts zur Unterrichtsreihe „Landwirte versorgen uns“  besuchte die Klasse 5c den Biobauernhof Lammertzhof in Kaarst. Bei frostigen Temperaturen und eisigem Wind lernten die Schüler in einer anderthalbstündigen Hofführung alles rund um die biologische Erzeugung unserer Lebensmittel und deren Vermarktung im Hofladen bzw. als Ökokiste. Neben der anschaulichen Darstellung, wie eng Mastschweine in der traditionellen Landwirtschaft eingepfercht werden und unter welchen unwürdigen Bedingungen sie ihr Leben fristen, konnten die Schüler die Vorteile einer ökologischen Landwirtschaft live erleben. Sie durften die Schafe füttern und die Hühner in ihrem Freigehege besuchen. Sie erfuhren über die ökologische Bestellung von Feldern und der nachhaltigen Anbau im Gewächshaus, über Fruchtfolgen und die bedarfsgerechte Düngung mit Hilfe von Leguminosen. Auch die Packstationen für die Ökokisten sowie die Vorführung der Möhrenwaschanlage standen auf dem Programm. Im Anschluss an die Führung interviewten die Schüler den Landwirt Herrn Hannen und nach einer weiteren Stunde voller Fragen und Antworten blieb noch ein wenig Zeit, den Hofmarkt zu erkunden und auf dem Spielplatz mit großer Baumschaukel und Traktor zu toben.

Die Vor- und Nachbereitung der Exkursion fand in Kooperation mit dem Fachbereich Geographie der Bergischen Universität Wuppertal statt. Gemeinsam mit Studenten des Interdisziplinären Projektes „Regionale Nahrungsmittel für Kinder“ (Dozentin Frau Dipl. Geogr. Ina Jeske) bereiteten die Schüler des Goethe-Gymnasiums die Exkursion im Unterricht vor und nach und setzen sich mit vielen Fragen rund um gesunde Ernährung auseinander. Dabei wurden umfangreiche Materialien eingesetzt, die verschiedene Studentengruppen des Interdisziplinären Projektes erstellten. Die Erarbeitung fand in Form eines Gruppenpuzzles statt und beinhaltete neben der Erarbeitung von informativen Texten, kleineren Experimenten, Erkundungsaufträgen in der näheren Umgebung und Interviews auch kreative Auseinandersetzungen mit dem Thema in Form von Gedichten, Rezepten und Tagebucheinträgen. Die Projektergebnisse wurden in Form von Sammelmappen dokumentiert und ausgestellt.

Insgesamt war das gemeinsame Projekt zwischen Schule und Universität eine lehrreiche und tolle Erfahrung für beide Seiten.

 

Ursula Steffen