Eine Schulklasse experimerntiert im life:labor der Kieler Forschungswerkstatt

Experimente zur Molekularbiologie und Medizin im life:labor

lifelabor

Aktuelle Themen aus der humanmedizinischen und biologischen Forschung

Im life:labor erhalten Schülerinnen und Schüler einen Zugang zu aktuellen Themen aus der humanmedizinischen und biologischen Forschung. Zudem können die Jugendlichen bei ihrem Laborbesuch typische Arbeitsmethoden dieser Disziplinen kennenlernen und ausprobieren.

Die Angebote beziehen sich auf die Fachanforderungen für das Fach Biologie. Eine besondere Ausrichtung liegt auf den Basiskonzepten „Struktur und Funktion“ sowie „Geschichte und Verwandtschaft“. Hierdurch eignen sie sich besonders als inhaltliche Ergänzung zum regulären Biologieunterricht.

Derzeit richten sich die Lernangebote im life:labor schwerpunktmäßig an Schulklassen der Sekundarstufe II (11. bis 13. Klassenstufe) sowie als Fortbildungsangebote an Lehrkräfte.

 


Angebote

Unsere Angebote richten sich an ganze Schulklassen. Je nach Klassenstärke wird die Lerngruppe in Kleingruppen aufgeteilt.

Epigenetische Veränderungen bei Colitis ulcerosa (Oberstufe)
Welche Rolle spielen DNA-Methylierungen bei Colitis ulcerosa?

Welche Rolle spielen DNA-Methylierungen bei Colitis ulcerosa?

Eine chronisch entzündliche Darmerkrankung (CED) beeinträchtigt eine erkrankte Person massiv. Ein großes Problem liegt darin, dass eine eindeutige Diagnose zwischen den beiden häufigsten CEDs Morbus Crohn und Colitis ulcerosa bislang schwierig ist. Die Zuhilfenahme der Epigenetik kann zukünftig die Diagnose erleichtern. Auch für die Therapie der Erkrankungen bieten sich neue Möglichkeiten.

Während ihres Labortages lernen die Jugendlichen am Beispiel der Colitis ulcerosa, dass bestimmte Gene durch vorhandene oder nicht-vorhandene DNA-Methylierungen verändert sein können. Auf diese Weise leisten sie einen Beitrag zur Diagnose der Erkrankung. In der Folge ist eine schnellere und zielgerichtetere Behandlung der Erkrankten möglich. 

Der Besuchstag im life:labor

Im Rahmen des Angebotes stellt das Team des life:labors den Schülerinnen und Schüler die DNA-Methylierung als einen Mechanismus der Epigenetik vor. Der Labortag beginnt mit einem Einführungsvortrag. Hier bekommen die Jugendlichen einen Versuch zur DNA-Methylierung zunächst theoretisch erläutert. Anschließend erproben sie ihn mittels Restriktionsverdau und Agarose-Gelelektrophorese im Labor auch praktisch. Zum Abschluss des Besuchstages stellen die Mitarbeiterinnen der Kieler Forschungswerkstatt verschiedene Möglichkeiten zur Auswertung der Agarose-Gele vor. Auch diskutieren sie gemeinsam mit der Schulklasse das Versuchsergebnis.

Escherichia coli – Facetten eines Modellorganismus (Oberstufe)
Escherichia coli als Modellorganismus in der Forschung

Escherichia coli als Modellorganismus in der Forschung

Theodor Escherich beschrieb 1885 erstmals das "Bacterium coli commune". Das Bakterium lebt im menschlichen Darmtrakt und wurde seinem Entdecker zu Ehren später in Escherichia coli (E. coli) umbenannt. Als Erstbesiedler gehört E. coli zur menschlichen Darmflora. Durch seine Atmungsvorgänge verbraucht es den im Darm vorhandenen Sauerstoff und ermöglicht dadurch die Ansiedlung von obligat anaeroben Darmbakterien. Aufgrund seiner leichten Kultivierbarkeit und hohen Vermehrungsrate wurde E. coli schnell zu einem Modellorganismus in der Forschung.

Erkenntnisse und Experimente zu Escherichia coli

Im Rahmen dieses Angebotes stellt das Team des life:labors den Schülerinnen und Schülern bekannte und neueste Erkenntnisse über das Bakterium E. coli vor. Mit einem Vortrag, der einen Versuch zum Nachweis von E. coli zunächst theoretisch erläutert, startet des Besuchstag. Im Anschluss erproben die Jugendlichen diesen Versuch mittels Polymerase-Kettenreaktion (PCR) und Agarose-Gelelektrophorese im Labor praktisch. Abschließend stellen die Mitarbeiterinnen der Kieler Forschungswerkstatt verschiedene Möglichkeiten zur Auswertung der Agarose-Gele vor. Zudem diskutieren sie gemeinsam mit der Schulklasse das Versuchsergebnis.

Welchen Einfluss hat die Epigenetik auf das Leben? (Oberstufe)
Im Rahmen des Angebotes stellt das Team des life:labors den Schülerinnen und Schüler die Epigenetik sowie ihre Mechanismen vor.

Ein Angebot zur Epigenetik für Schulklassen der Oberstufe

Verändert bestimmte Nahrung das Erbgut von Bienen? Wie wird die Blütenbildung in Pflanzen gesteuert?
Antworten auf diese und ähnliche Fragen liefern Forschungsergebnisse aus einem aktuellen wissenschaftlichen Forschungsfeld, der Epigenetik.

Durch die Epigenetik wissen wir, dass der genetische Code eines Organismus zunächst nur dessen genetische Grundausstattung darstellt. Zusätzlich sorgen epigenetische Mechanismen für eine umweltbedingte Regulation des Genotyps zur Ausbildung des Phänotyps. Diese spielen bei allen die DNA betreffenden Prozessen eine wesentliche Rolle. Beispiele hierfür sind die Regulation der Transkription, der Erhalt der Genomstabilität und die DNA-Replikation.

Restriktionsverdau und Agarose-Gelelektrophorese im Labor

Im Rahmen des Angebotes stellt das Team des life:labors den Schülerinnen und Schüler die Epigenetik sowie ihre Mechanismen vor. Zu Beginn des Besuchstages hören die Jugendlichen einen Vortrag. Dieser erläutert einen Versuch zum Thema zunächst theoretisch. Im Anschluss erproben die Gruppen diesen Versuch mittels Restriktionsverdau und Agarose-Gelelektrophorese im Labor praktisch. Abschließend stellen die Mitarbeiterinnen der Kieler Forschungswerkstatt verschiedene Möglichkeiten zur Auswertung der Agarose-Gele vor. Zudem diskutieren sie gemeinsam mit der Schulklasse das Versuchsergebnis.

Was bedeutet Verwandtschaft? (Oberstufe)
Was bedeutet Verwandtschaft? Erstellung und Vergleich von Stammbäumen an einem Beispiel aus der Botanik

Erstellung und Vergleich von Stammbäumen an einem Beispiel aus der Botanik

Jeder Mensch hat eine Familie, also Verwandtschaft. Zur Betrachtung der Familienverhältnisse werd ein Stammbäum erstellt. Wie bei einem Baum stehen als Wurzel ganz unten die ältesten Verwandten und weiter nach oben wie die Astverzweigungen eines Baumes die Jüngsten.

Einen Stammbaum gibt es für jeden Organismus. Dieser beruht traditionell auf morphologischen Merkmalen. Aufgrund neuer Methoden in der Molekularbiologie und Bioinformatik erstellt man heutzutage Stammbäume, die auf genetischen Merkmalen beruhen.

Besuchstag beleuchtet die Unterschiede von morphologischen und genetischen Stammbäumen zum Verdeutlichen von Verwandtschaft

Im Rahmen des Angebotes beleuchtet das Team des life:labors gemeinsam mit den Jugendlichen die zugrundeliegenden Unterschiede von morphologischen und genetischen Stammbäumen. In einem Einführungsvortrag bekommen die Schülerinnen und Schüler die Grundlagen zur Erstellung eines Stammbaums zunächst theoretisch erläutert. Anschließend erstellen sie selbstständig anhand von ausgewählten Blütenpflanzen einen morphologischen Stammbaum. Mittels Datenbankanalyse fertigen sie außerdem einen genetischen Stammbaum an, der die Verwandtschaft der Pflanzen verdeutlicht.

Im praktischen Teil erprobt die Schulklasse im Labor eine DNA-Isolierung, deren Erfolg sie mittels Agarose-Gelelektrophorese nachweist. Die Mitarbeiterinnen der Kieler Forschungswerkstatt stellen im Anschluss verschiedene Möglichkeiten zur Auswertung der Agarose-Gele vor. Abschließend werten die Jugendlichen die verschiedenen Stammbäume vergleichend aus und diskutieren gemeinsam alle Versuchsergebnisse.

Hinweis: Bei diesem Angebot handelt es sich um ein neukonzipiertes Modul. In den ersten Veranstaltungen findet daher eine entsprechende Evaluierung statt.

In der Kieler Forschungswerkstatt bieten wir nicht nur Programme für Schülerinnen und Schüler an. Auch Lehrerinnen und Lehrer können bei uns neue Anregungen und Impulse für ihren Unterricht erhalten.

Durch unsere Lehrerfortbildungen bekommen Sie die Möglichkeit sich über aktuelle Forschungsthemen zu informieren. Sie erhalten wertvolle Tipps und Anregungen, wie Sie diese in den Unterricht integrieren und an Lehrplanthemen angliedern können.

Derzeit stehen im life:labor leider keine Angebote für Lehrkräfte zur Verfügung.

Einheiten zu phylogenetischen Stammbäumen in der Fachzeitschrift “Unterricht Biologie”

Der Lauf der Geschichte - Unterrichtsmodell Sekundarstufe I/II

Früher oder später kommen alle Schülerinnen und Schüler mit phylogenetischen Stammbäumen in Kontakt. Diese richtig zu lesen und zu interpretieren ist jedoch nicht leicht und sollte geübt werden, um falsche Vorstellungen zu vermeiden. In dieser Unterrichtseinheit wird die Entwicklung phylogenetischer Stammbäume nachvollzogen sowie der Hypothesencharakter der Abstammungsmodelle verdeutlicht.

in Unterricht Biologie 455 (44. Jg), Juli 2020, S. 10 bis 16

Wer ist mit wem verwandt? - Unterrichtsmodell Sekundarstufe II

Lange basierten Untersuchungen zur Verwandtschaft allein auf morphologischen Vergleichen. Heutzutage werden häufig molekulare Daten genutzt. Dank der molekularen Phylogenie sind gut erhaltene Fossilien nicht mehr nötig. In dieser Unterrichtseinheit zur Evolutionsgeschichte heimischer Pflanzen nutzen die Schülerinnen und Schüler bioinformatische Methoden, um einen phylogenetischen Stammbaum zu modellieren.

in Unterricht Biologie 455 (44. Jg), Juli 2020, S. 16 bis 19

ausleihbar beispielsweise in der Universitätsbibliothek Kiel

Unterrichtsmaterialien „Den Resistenzen auf der Spur“

Was hat es eigentlich mit dem Thema der Antibiotikaresistenz auf sich? Welche Rolle spielt sie bei der Erkrankung Mukoviszidose? Und wieso ist es wichtig, sie unter dem Gesichtspunkt der Evolution zu verstehen? Unterrichtsmaterialien zum Thema „Den Resistenzen auf der Spur“ finden Sie hier zum Download.

Die Materialien lassen sich kombiniert als eine Unterrichtseinheit, aber auch einzeln einsetzen.