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Mi­kro­bio­lo­gi­sches Prak­ti­kum

Vor­be­mer­kun­gen

Schul­jahr 1

Ver­tie­fung – In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen – Pro­jekt­un­ter­richt (VIP)

30

Ver­tie­fung

In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen

Pro­jekt­un­ter­richt

z. B.
Übun­gen
An­wen­dun­gen
Wie­der­ho­lun­gen
z. B.
Selbst­or­ga­ni­sier­tes Ler­nen
Lern­ver­ein­ba­run­gen
Bin­nen­dif­fe­ren­zie­rung
z. B.
Keim­zahl­be­stim­mung in Was­ser­pro­ben
Iso­lie­rung von Milch­säu­re­bak­te­ri­en aus Milch­pro­duk­ten
Wachs­tums­kur­ve und Be­stim­mung der Ge­ne­ra­ti­ons­zeit von un­ter­schied­li­chen Mi­kro­or­ga­nis­men
Wachs­tum von E. co­li un­ter Glu­co­se-Zu­ga­be
Die The­men­aus­wahl des Pro­jekt­un­ter­richts hat aus den nach­fol­gen­den Bil­dungs­plan­ein­hei­ten un­ter Be­ach­tung fä­cher­ver­bin­den­der As­pek­te zu er­fol­gen.

BPE 1

Si­cher­heit im La­bor

10

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­ken­nen poten­ziel­le Ge­fah­ren, die durch den Um­gang mit Mi­kro­or­ga­nis­men ver­ur­sacht wer­den. Durch Nut­zung ent­spre­chend an­ge­pass­ter Si­cher­heits­maß­nah­men und Ar­beitstech­ni­ken wird das Ri­si­ko für In­fek­tio­nen durch pa­tho­ge­ne Mi­kro­or­ga­nis­men so­wie die Ge­fahr von Kon­ta­mi­na­tio­nen der Um­welt, von Mi­kro­or­ga­nis­men­kul­tu­ren und La­bor­ma­te­ria­li­en mi­ni­miert.

BPE 1.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ord­nen Ge­fah­ren, die sich aus dem Um­gang mit Mi­kro­or­ga­nis­men er­ge­ben kön­nen, ein und er­läu­tern Ge­gen­maß­nah­men.

Ge­fah­ren durch Mi­kro­or­ga­nis­men
recht­li­che Vor­ga­ben z. B. In­fek­ti­ons­schutz­ge­setz, TRBA, „Be­triebs­an­wei­sun­gen“
  • In­fek­ti­ons­ri­si­ko
  • Si­cher­heits­stu­fen

BPE 1.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wen­den Si­cher­heits­maß­nah­men für ih­re per­sön­li­che Si­cher­heit so­wie grund­le­gen­de Re­geln zum Ver­hal­ten bei Un­fäl­len an.

Si­cher­heits­maß­nah­men bei mi­kro­bio­lo­gi­schen Ar­bei­ten
recht­li­che Vor­ga­ben z. B. Ar­beits­schutz, „Be­triebs­an­wei­sun­gen“, „Gu­te mi­kro­bio­lo­gi­sche Pra­xis“
  • per­sön­li­che Schutz­aus­rüs­tung
  • Des­in­fek­ti­on
  • Ver­hal­ten bei Un­fäl­len
  • Ers­te-Hil­fe-Maß­nah­men

BPE 1.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­nen­nen vor­han­de­ne Si­cher­heits­aus­stat­tun­gen im La­bor und be­schrei­ben de­ren Funk­ti­on.

Aus­stat­tung des Ste­ril­be­reichs
recht­li­che Vor­ga­ben z. B. Ar­beits­schutz, „Be­triebs­an­wei­sun­gen“, „Gu­te mi­kro­bio­lo­gi­sche Pra­xis“
  • Au­to­klav
  • Heiß­luft­ste­ri­li­sa­ti­ons­schrank
  • che­mi­sche Ste­ri­li­sa­ti­on
  • Si­cher­heits­werk­bank
  • UV-Be­strah­lung

BPE 1.4

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler nen­nen Kon­ta­mi­na­ti­ons­ri­si­ken beim Ar­bei­ten mit Mi­kro­or­ga­nis­men und wen­den Ar­beits­tech­ni­ken an, um Kon­ta­mi­na­tio­nen zu ver­mei­den und Kul­tu­ren auf mi­kro­bio­lo­gi­sche Rein­heit zu über­prü­fen.

Tech­ni­ken des ste­ri­len Ar­bei­tens

  • Impf­tech­ni­ken
  • Fang­plat­ten
  • Ab­klatsch­plat­ten
  • Ste­ri­li­täts­kon­trol­le

Sach­ge­rech­te Ent­sor­gung von Kul­tu­ren und Ma­te­ria­li­en
recht­li­che Vor­ga­ben, Be­triebs­an­wei­sun­gen
  • Au­to­kla­vie­ren
  • Haus­müll
  • über­wa­chungs­pflich­ti­ge Ab­fäl­le


BPE 1.5

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wen­den beim Ar­bei­ten im mi­kro­bio­lo­gi­schen La­bor all­ge­mei­ne Prin­zi­pi­en der Qua­li­täts­si­che­rung an.

Qua­li­täts­si­che­rung

Do­ku­men­ta­ti­on von Ver­suchs­ab­läu­fen
gu­te La­bor­pra­xis, GMP

BPE 2

Kul­ti­vie­rung von Mi­kro­or­ga­nis­men

10

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ler­nen die Grund­la­gen zur Her­stel­lung von Nähr­me­di­en und Lö­sun­gen ken­nen und wen­den die­se in ei­gen­stän­di­ger prak­ti­scher Ar­beit an. Die her­ge­stell­ten Lö­sun­gen und Me­di­en nut­zen sie an­schlie­ßend zur An­zucht und Ver­meh­rung un­ter­schied­li­cher Mi­kro­or­ga­nis­men, wo­bei sie auf un­ter­schied­li­che Wachs­tums­be­din­gun­gen Rück­sicht neh­men.

BPE 2.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­rech­nen er­for­der­li­che Ein­waa­gen zur Her­stel­lung von Me­di­en und do­ku­men­tie­ren die Ein­waa­gen auf Grund­la­ge sach- und fach­ge­rech­ter Vor­ga­ben.

Be­rech­nung von Ein­waa­gen, Durch­füh­rung der Ein­waa­gen, Do­ku­men­ta­ti­on der Ein­waa­gen
Mi­ni­mal­me­di­um, Voll­me­di­um, Fer­tig­me­di­um, Dif­fe­ren­zi­al­me­di­en
Be­rech­nun­gen von und mit
vgl. „Ma­the­ma­tik I“ (BPE 1)
  • Mas­sen­kon­zen­tra­ti­on

  • Volumenkonzentration: \(\sigma=\frac {V_{G}}{V_{L}}\)

  • Stoff­men­gen­kon­zen­tra­ti­on

  • Ver­dün­nungs­fak­tor

  • Verdünnungen: \(c_{Anfang}\cdot V_{Anfang} = c_{Ende}\cdot V_{Ende}\)

  • Mo­la­re Mas­se

  • Mo­la­res Vo­lu­men un­ter Stan­dard­be­din­gun­gen

  • Dich­te

  • Vo­lu­men­an­teil

  • Mas­sen­an­teil

BPE 2.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wen­den ihr Wis­sen über ver­schie­de­ne mi­kro­bio­lo­gi­sche La­bor­ge­rä­te ziel­ge­rich­tet an.

Ein­stel­len des pH-Werts

Me­tho­den zur Ste­ri­li­sa­ti­on von Ge­rä­ten und Lö­sun­gen

  • Au­to­kla­vie­ren
  • Heiß­luft­ste­ri­li­sie­ren
  • Ab­flam­men
  • Aus­glü­hen
  • Ste­ril­fil­trie­ren
Kon­trol­le der Dampfste­ri­li­sa­ti­on, vgl. BPE 5
Be­brü­tung von Kul­tu­ren

  • Be­die­nung ei­nes In­ku­ba­tors
  • Be­die­nung ei­nes In­ku­ba­ti­ons­schütt­lers für Flüs­sig­kul­tu­ren
z. B. Funk­ti­ons­prin­zip, Ein­stell­mög­lich­kei­ten

BPE 2.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler über­tra­gen ihr Wis­sen über un­ter­schied­li­che Wachs­tums­be­din­gun­gen von Mi­kro­or­ga­nis­men ge­zielt, in­dem sie die­ses bei der An­zucht von Mi­kro­or­ga­nis­men auf die Kul­ti­vie­rung von Mi­kro­or­ga­nis­men an­wen­den.

An­zucht ver­schie­de­ner Mi­kro­or­ga­nis­men

  • Ae­ro­bier/A­n­ae­ro­bier
  • aci­do­phi­le Stäm­me
  • Stäm­me mit un­ter­schied­li­chen Tem­pe­ra­turan­sprü­chen

BPE 2.4

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wen­den ihr Wis­sen für die prak­ti­sche An­zucht von Mi­kro­or­ga­nis­men an.

Ste­ri­les Ab­fül­len von Nähr­me­di­en

Ste­ri­le Ent­nah­me von Zell­ma­te­ri­al

Impf­tech­ni­ken

  • Spa­tel­plat­ten­ver­fah­ren
  • Plat­ten­guss­ver­fah­ren

BPE 3

Zell­zahl- und Zell­dich­te­be­stim­mung

10

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wen­den ge­eig­ne­te Me­tho­den zur Auf­nah­me und Auf­be­rei­tung von Pro­be­ma­te­ri­al zum Zwe­cke von mi­kro­bio­lo­gi­schen Un­ter­su­chun­gen an. Sie be­stim­men mit­hil­fe ver­schie­de­ner Stan­dard­ver­fah­ren Zell­zahl und Zell­dich­te. An­hand der Un­ter­su­chung des Wachs­tums von Bak­te­ri­en­kul­tu­ren in Flüs­sig­me­di­en ord­nen sie die ver­schie­de­nen Wachs­tums­pha­sen zu und lei­ten aus den Un­ter­su­chungs­er­geb­nis­sen Pa­ra­me­ter (Ge­ne­ra­ti­ons­zeit, Ver­dop­pe­lungs­zeit, Wachs­tums­ra­te, Wachs­tums­kon­stan­te) ab, die es er­mög­li­chen, das Wachs­tums­ver­hal­ten der Kul­tu­ren zu be­ur­tei­len.

BPE 3.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wen­den Me­tho­den zur Auf­be­wah­rung und Auf­be­rei­tung von mi­kro­bio­lo­gi­schem Pro­be­ma­te­ri­al an.

Me­tho­den zur Auf­be­wah­rung und Auf­be­rei­tung von Pro­be­ma­te­ri­al
Aus­wahl der Pro­be, Pro­be-Ent­nah­me­tech­ni­ken und Pro­be­auf­be­wah­rungs­mög­lich­kei­ten, Di­sper­gier­tech­ni­ken

BPE 3.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­mit­teln die Le­bend- und Ge­samt­keim­zahl mit ver­schie­de­nen Zell­zahl­be­stim­mungs­ver­fah­ren.

Me­tho­den zur Be­stim­mung der Le­bend- und Ge­samt­keim­zahl

  • Ver­dün­nungs­rei­hen
  • Ko­lo­nie­zähl­ver­fah­ren
  • Zähl­kam­mer
  • Vi­tal­fär­bung
  • Fo­to­me­trie

BPE 3.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler stel­len Wachs­tums­kur­ven gra­fisch mit li­nea­rer und lo­ga­rith­mi­scher Ska­lie­rung dar, ord­nen Wachs­tums­pha­sen zu und be­ur­tei­len das Wachs­tums­ver­hal­ten an­hand ver­schie­de­ner Pa­ra­me­ter.

Dar­stel­lung von Wachs­tums­kur­ven sta­ti­scher Kul­tu­ren (= Batch-Kul­tu­ren) auf der Grund­la­ge von
ge­eig­ne­ter Ver­such z. B. mit E. co­li oder Sac­cha­ro­my­ces ce­re­vi­siae
  • op­ti­schen Dich­ten
  • Zell­kon­zen­tra­tio­nen

Zu­ord­nung der Wachs­tums­pha­sen

  • An­lauf­pha­se
  • ex­po­nen­ti­el­le Pha­se
  • sta­tio­nä­re Pha­se
  • Ab­ster­be­pha­se

Be­ur­tei­lung des Wachs­tums­ver­hal­tens auf Grund­la­ge von Mess­wer­ten aus der ex­po­nen­ti­el­len Pha­se

  • Be­rech­nung von Tei­lungs­ra­te und Ge­ne­ra­ti­ons­zeit auf Grund­la­ge der Zell­zahl
  • Be­rech­nung von Wachs­tums­ra­te und ma­xi­ma­ler Wachs­tums­ra­te max. so­wie der Ver­dop­pe­lungs­zeit tD auf Grund­la­ge der Zell­mas­se
vgl. „Ma­the­ma­tik I“ (BPE 4)
\(n = \frac{log N_{(t)} - log N_{(0)}}{log2}\); \(g = \frac{t}{n}\);
\(ν = \frac {n}{t} = \frac{1}{g}\);
\(\mu = \frac{ln2}{t_D}\)
vgl. „Ma­the­ma­tik I“ (BPE 4)

BPE 4

An­rei­che­rung und Iso­lie­rung

10

Durch Nut­zung ent­spre­chend an­ge­pass­ter Ar­beits­tech­ni­ken zur An­rei­che­rung und Iso­lie­rung wer­den die Schü­le­rin­nen und Schü­ler in die La­ge ver­setzt, Rein­kul­tu­ren zu ge­win­nen. Die er­hal­te­nen Iso­la­te wie vor­han­de­ne Kul­tu­ren von Mi­kro­or­ga­nis­men kön­nen durch die Schü­le­rin­nen und Schü­ler mit­hil­fe ver­schie­de­ner Kul­ti­vie­rungs­ver­fah­ren über län­ge­re Zeit kul­ti­viert wer­den.

BPE 4.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wen­den un­ter­schied­li­che Ver­fah­ren zur An­rei­che­rung von Mi­kro­or­ga­nis­men an.

Ver­fah­ren zur An­rei­che­rung von Mi­kro­or­ga­nis­men

  • An­rei­che­rung und Iso­lie­rung von ver­schie­de­nen Mi­kro­or­ga­nis­men aus un­ter­schied­li­chen Pro­ben­ma­te­ria­li­en
Bei­spie­le für Pro­ben­ma­te­ria­li­en: z. B. aus Erd­pro­ben, Kar­tof­feln, Ka­rot­ten, Jo­ghurt oder Luft
Bei­spie­le für zu iso­lie­ren­de Bak­te­ri­en: Ba­cil­lus sub­ti­lis, Ba­cil­lus ce­re­us var. my­co­ides, Clo­s­tri­di­um bu­ty­ri­cum, Strep­to­my­ces gri­seus, Milch­säu­re­bak­te­ri­en, Ba­cil­lus me­ga­te­ri­um
Nut­zung ver­schie­de­ner Ei­gen­schaf­ten zur An­rei­che­rung und Iso­lie­rung

  • Fä­hig­keit zur Stär­ke­ver­wer­tung
  • Bil­dung von En­do­spo­ren
  • Aus­bil­dung spe­zi­fi­scher Ko­lo­nie­for­men
  • Wachs­tum un­ter ae­ro­ben oder an­ae­ro­ben Be­din­gun­gen
  • Salz­to­le­ranz

Spe­zi­fi­sche An­rei­che­rungs- bzw. Se­lek­tiv­me­di­en
Bei­spie­le für Me­di­en: Stan­dar­d-I-Nähr­me­di­um, Ro­go­sa - bzw. MRS - Me­di­um, Ben­nett - Me­di­um

BPE 4.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wen­den un­ter­schied­li­che Ver­fah­ren zur Iso­lie­rung von Rein­kul­tu­ren an.

Ver­fah­ren zur Ge­win­nung von Rein­kul­tu­ren aus An­rei­che­rungs­kul­tu­ren

  • Aus­strich­ver­fah­ren
10-Strich-Ver­fah­ren, 13-Strich-Me­tho­de
  • de­zi­ma­le Ver­dün­nungs­rei­hen

BPE 4.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wen­den Ver­fah­ren zur Kul­ti­vie­rung von Rein­kul­tu­ren an.

Kul­ti­vie­rungs­ver­fah­ren

  • Flüs­sig­kul­ti­vie­rung
  • Plat­ten­kul­ti­vie­rung
  • Schrä­ga­g­ar­kul­tu­ren
  • Gly­ce­rol­kul­tu­ren

BPE 5

Wachs­tums­hem­mung

10

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wen­den ihr Wis­sen in Be­zug auf Wachs­tums­hem­mung von Mi­kro­or­ga­nis­men an und un­ter­su­chen da­bei ver­schie­de­ne Mög­lich­kei­ten der Wachs­tums­hem­mung auf ih­re Wirk­sam­keit.

BPE 5.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wen­den ver­schie­de­ne Mög­lich­kei­ten der Wachs­tums­hem­mung an.

Mög­lich­kei­ten der Wachs­tums­hem­mung

  • An­zucht auf an­ti­bio­ti­ka­hal­ti­gen Me­di­en
  • Ste­ri­li­sa­ti­ons- und Des­in­fek­ti­ons­me­tho­den


De­zi­ma­le Re­duk­ti­on D10-Wert
Be­stim­mung D10-Wert durch ge­eig­ne­ten Ver­such

BPE 5.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler über­prü­fen Mi­kro­or­ga­nis­men auf Re­sis­ten­zen und de­ren Aus­prä­gun­gen.

Me­tho­den zur Über­prü­fung von Re­sis­ten­zen

  • An­le­gen ei­nes An­ti­bio­gramms
  • Sus­pen­si­ons­test

BPE 6

Iden­ti­fi­zie­rung von Mi­kro­or­ga­nis­men

25

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler füh­ren un­ter­schied­li­che Un­ter­su­chun­gen und Test­ver­fah­ren durch und er­läu­tern die Prin­zi­pi­en der an­ge­wen­de­ten Ver­fah­ren. Sie er­ken­nen Un­ter­schie­de bei den Ei­gen­schaf­ten und Fä­hig­kei­ten der ver­schie­de­nen un­ter­such­ten Mi­kro­or­ga­nis­men und nut­zen die­se In­for­ma­tio­nen zur sys­te­ma­ti­schen Zu­ord­nung.

BPE 6.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler füh­ren an Test­stäm­men ma­kro­sko­pi­sche und mi­kro­sko­pi­sche Un­ter­su­chun­gen un­ter Nut­zung von Fär­be­tech­ni­ken durch. Sie er­läu­tern die Durch­füh­rung und die er­hal­te­nen Er­geb­nis­se.

Ko­lo­nie­mor­pho­lo­gie bei Bak­te­ri­en und Pil­zen
Lu­pe
Mi­kro­sko­pie

  • Hell­feld
  • Dun­kel­feld
  • Pha­sen­kon­trast
  • Me­thy­len­blau­fär­bung
  • mi­kro­sko­pi­sche Grö­ßen­mes­sung

Her­stel­lung von Prä­pa­ra­ten

  • Le­bend­prä­pa­ra­te aus Flüs­sig­kul­tu­ren und fes­tem Zell­ma­te­ri­al
  • Hit­ze­fi­xie­rung von Zell­ma­te­ri­al
  • Gram-Fär­bung

  • wei­te­re Fär­be­tech­ni­ken
En­do­spo­ren-Fär­bung, Kap­sel­fär­bung

BPE 6.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­mit­teln ver­schie­de­ne Ei­gen­schaf­ten und Fä­hig­kei­ten von Mi­kro­or­ga­nis­men und er­läu­tern die an­ge­wen­de­ten Test­ver­fah­ren.

Gram-Dif­fe­ren­zie­rung
KOH-Test, Ami­no­pep­ti­da­se-Test
In­duk­ti­on der Spo­ren­bil­dung
Man­gan-Io­nen
Über­prü­fung der Wi­der­stands­fä­hig­keit von Spo­ren
Wir­kung ver­schie­de­ner Etha­nol­kon­zen­tra­tio­nen bzw. ver­schie­de­ner Tem­pe­ra­tu­ren auf Spo­ren
Nut­zung von C-Quel­len un­ter ae­ro­ben und an­ae­ro­ben Be­din­gun­gen
Ox-Fer­m-Test, Säu­re­bil­dung, Gas­bil­dung
Un­ter­su­chung von wei­te­ren Stoff­wech­sel­ei­gen­schaf­ten
z. B. Cy­to­chrom-Oxi­da­se-Test, Ka­ta­lase-Test, Test auf Pro­teinasen, Amy­la­sen,

BPE 6.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wen­den stan­dar­di­sier­te Test­sys­te­me und In­di­ka­tor- bzw. Se­lek­tiv­me­di­en an und ord­nen ver­wen­de­te Test­stäm­me sys­te­ma­tisch zu.

Iden­ti­fi­zie­rung von Test­or­ga­nis­men mit­tels stan­dar­di­sier­ter Test­sys­te­me
z. B. han­dels­üb­li­che Mul­ti­test­sys­te­me für En­ter­obac­te­ri­aceae
Wachs­tum von Test­or­ga­nis­men auf un­ter­schied­li­chen Me­di­en so­wie Me­di­en mit An­ti­bio­ti­ka
vgl. BPE 4.1 und BPE 5.1, z. B. Pil­ze: YG­C-Me­di­um, Co­li­for­me: Mac­Con­key-A­gar, Chro­mo­cul­t-A­gar, Bak­te­ri­en: S-I-Nähra­gar mit Am­pi­cil­lin bzw. Te­tra­cy­clin

Schul­jahr 2

Ver­tie­fung – In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen – Pro­jekt­un­ter­richt (VIP)

20

Ver­tie­fung

In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen

Pro­jekt­un­ter­richt

z. B.
Übun­gen
An­wen­dun­gen
Wie­der­ho­lun­gen
z. B.
Selbst­or­ga­ni­sier­tes Ler­nen
Lern­ver­ein­ba­run­gen
Bin­nen­dif­fe­ren­zie­rung
z. B.
Pro­duk­ti­on und Iso­lie­rung von Ci­tro­nen­säu­re mit Yar­ro­wia
Trans­for­ma­ti­on von B. sub­ti­lis
Be­such ei­ner Klär­an­la­ge
Be­such ei­nes bio­tech­no­lo­gi­schen Be­triebs
Die The­men­aus­wahl des Pro­jekt­un­ter­richts hat aus den nach­fol­gen­den Bil­dungs­plan­ein­hei­ten un­ter Be­ach­tung fä­cher­ver­bin­den­der As­pek­te zu er­fol­gen.

BPE 7

Vi­ro­lo­gie

10

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler iso­lie­ren Bak­te­rio­pha­gen und züch­ten die­se. Zur Be­stim­mung der Men­ge er­mit­teln sie den Pha­gen-Ti­ter.

BPE 7.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler füh­ren Iso­lie­run­gen von Bak­te­rio­pha­gen aus ge­eig­ne­ten Pro­ben durch, un­ter­su­chen an­schlie­ßend de­ren Men­ge und be­rech­nen den dar­aus re­sul­tie­ren­den Pha­gen-Ti­ter.

Iso­lie­rung von Bak­te­rio­pha­gen
z. B. E. co­li-Pha­gen aus Was­ser­pro­ben
  • Pro­ben­nah­me
  • An­zucht der zu in­fi­zie­ren­den Bak­te­ri­en
  • In­fek­ti­on der Bak­te­ri­en
  • Be­stim­mung des Pha­gen-Ti­ters

BPE 8

Mo­le­ku­la­re Ge­ne­tik

15

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler stel­len mit ge­eig­ne­ten Ex­pe­ri­men­ten den Gen­trans­fer zwi­schen Bak­te­ri­en dar und un­ter­su­chen die Fol­gen.

BPE 8.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler un­ter­su­chen mit Kon­ju­ga­ti­on und Trans­duk­ti­on ver­schie­de­ne Ar­ten des ho­ri­zon­ta­len Gen­trans­fers.

Kon­ju­ga­ti­ons­ex­pe­ri­ment
z. B. Cup­ra­vi­dus ne­ca­tor und E. co­li oder E. co­li Stäm­me CH36 und L17
  • An­zucht von Do­nor- und Emp­fän­ger­stamm
  • Kon­ju­ga­ti­on
  • Se­lek­ti­on der er­folg­reich kon­ju­gier­ten Bak­te­ri­en

Trans­duk­ti­ons­ex­pe­ri­ment
ge­eig­ne­ter Ver­such z. B. Trans­duk­ti­on von E. co­li mit P1vir
  • An­zucht der Or­ga­nis­men
  • Trans­duk­ti­on
  • Se­lek­ti­on der er­folg­reich trans­du­zier­ten Bak­te­ri­en

BPE 8.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­mit­teln mit­hil­fe ge­eig­ne­ter Ex­pe­ri­men­te die Mu­ta­ge­ni­tät ei­nes ge­wähl­ten Stof­fes und un­ter­su­chen die Aus­wir­kun­gen auf die ein­ge­setz­ten Bak­te­ri­en.

Mu­ta­ge­ni­täts­ex­pe­ri­ment
z. B. AMES Test oder Ge­no­to­xi­zi­täts­test mit E. co­li WP2 uvrA
  • An­zucht des Test­stam­mes
  • Über­prü­fung des Test­stam­mes
  • Zu­sam­men­stel­len der Tes­t­an­sät­ze mit po­ten­zi­ell mu­ta­ge­ner Sub­stanz
  • Aus­wer­tung

BPE 8.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler füh­ren ein CRISPR/Cas-Ex­pe­ri­ment durch und dis­ku­tie­ren da­bei die Mög­lich­keit der ge­ziel­ten Ge­nom-Ver­än­de­rung in Mi­kro­or­ga­nis­men und hö­he­ren Zel­len.

Durch­füh­rung ei­nes CRISPR/Cas-Ex­pe­ri­ments
ge­werb­li­cher Kit

BPE 9

Fer­men­ta­ti­on

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Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler füh­ren Fer­men­ta­tio­nen mit ver­schie­de­nen Mi­kro­or­ga­nis­men durch und un­ter­su­chen die Ein­flüs­se von phy­si­ka­li­schen und che­mi­schen Be­din­gun­gen auf den Ver­lauf der Fer­men­ta­ti­on. Sie be­ur­tei­len ver­schie­de­ne Be­triebs­wei­sen von Fer­men­tern an­hand des Ver­laufs der Bio­mas­se­pro­duk­tio­nen wäh­rend der Fer­men­ta­ti­on und an­hand der Er­mitt­lung von Wachs­tums­pa­ra­me­tern.

BPE 9.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler stel­len durch Fer­men­ta­ti­on mit ver­schie­de­nen Mi­kro­or­ga­nis­men aus­ge­wähl­te Sub­stan­zen her.

Her­stel­lung aus­ge­wähl­ter Sub­stan­zen durch Fer­men­ta­ti­on
Fer­men­ta­ti­on mit Bak­te­ri­en und Pil­zen zur Ge­win­nung von Al­ko­ho­len, z. B. al­ko­ho­li­sche Gä­rung mit Sac­cha­ro­my­ces ce­re­vi­siae,
Zi­tro­nen­säu­re, z. B. Zi­tro­nen­säur­e­pro­duk­ti­on mit As­per­gil­lus ni­ger

BPE 9.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­ur­tei­len ver­schie­de­ne Fer­men­ta­ti­ons­be­triebs­wei­sen hin­sicht­lich ih­rer Vor­tei­le und Nach­tei­le. Sie un­ter­su­chen die Ein­flüs­se von ver­schie­de­nen che­mi­schen und phy­si­ka­li­schen Be­din­gun­gen auf den Ver­lauf der Fer­men­ta­ti­on. Sie er­mit­teln Wachs­tums­pa­ra­me­ter.

Fer­men­ta­ti­ons­be­triebs­wei­sen
z. B. Batch und Fe­d-Batch
Ein­fluss der Fer­men­ta­ti­ons­be­din­gun­gen
z. B. Tem­pe­ra­tur, Be­ga­s­ung, Rüh­ren, Me­di­en­zu­sam­men­set­zung, pH-Wert
Dar­stel­lung von Wachs­tums­kur­ven der ver­schie­de­nen Fer­men­ta­ti­ons­be­triebs­wei­sen
gra­fi­sche Dar­stel­lung mit li­nea­rer und lo­ga­rith­mi­scher Ska­lie­rung, vgl. BPE 3.3
Er­mitt­lung von Wachs­tums­pa­ra­me­tern
vgl. BPE 3.3
  • Ge­ne­ra­ti­ons­zeit
  • Tei­lungs­ra­te
  • Wachs­tums­ra­ten­kon­stan­te

Ope­ra­to­ren­lis­te

In den Ziel­for­mu­lie­run­gen der Bil­dungs­plan­ein­hei­ten wer­den Ope­ra­to­ren (= hand­lungs­lei­ten­de Ver­ben) ver­wen­det. Die­se Ziel­for­mu­lie­run­gen le­gen fest, wel­che An­for­de­run­gen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler in der Re­gel er­fül­len. Zu­sam­men mit der Zu­ord­nung zu ei­nem der drei An­for­de­rungs­be­rei­che (AFB; I: Re­pro­duk­ti­on, II: Re­or­ga­ni­sa­ti­on, III: Trans­fer/Be­wer­tung) die­nen Ope­ra­to­ren ei­ner Prä­zi­sie­rung der Ziel­for­mu­lie­run­gen. Dies si­chert das Er­rei­chen des vor­ge­se­he­nen Ni­veaus und die an­ge­mes­se­ne In­ter­pre­ta­ti­on der Stan­dards.

An­for­de­rungs­be­rei­che:
An­for­de­rungs­be­reich I um­fasst die Re­pro­duk­ti­on und die An­wen­dung ein­fa­cher Sach­ver­hal­te und Fach­me­tho­den, das Dar­stel­len von Sach­ver­hal­ten in vor­ge­ge­be­ner Form so­wie die Dar­stel­lung ein­fa­cher Be­zü­ge.
An­for­de­rungs­be­reich II um­fasst die Re­or­ga­ni­sa­ti­on und das Über­tra­gen kom­ple­xe­rer Sach­ver­hal­te und Fach­me­tho­den, die si­tua­ti­ons­ge­rech­te An­wen­dung von tech­ni­schen Kom­mu­ni­ka­ti­ons­for­men, die Wie­der­ga­be von Be­wer­tungs­an­sät­zen so­wie das Her­stel­len von Be­zü­gen, um tech­ni­sche Pro­blem­stel­lun­gen ent­spre­chend den all­ge­mei­nen Re­geln der Tech­nik zu lö­sen.
An­for­de­rungs­be­reich III um­fasst das pro­blem­be­zo­ge­ne An­wen­den und Über­tra­gen kom­ple­xer Sach­ver­hal­te und Fach­me­tho­den, die si­tua­ti­ons­ge­rech­te Aus­wahl von Kom­mu­ni­ka­ti­ons­for­men, das Her­stel­len von Be­zü­gen und das Be­wer­ten von Sach­ver­hal­ten.
Ope­ra­tor Er­läu­te­rung Zu­ord­nung
An­for­de­rungs­be­rei­che
ab­lei­ten
auf der Grund­la­ge re­le­van­ter Merk­ma­le sach­ge­rech­te Schlüs­se zie­hen
II
ab­schät­zen
auf der Grund­la­ge von be­grün­de­ten Über­le­gun­gen Grö­ßen­ord­nun­gen an­ge­ben
II
ana­ly­sie­ren, un­ter­su­chen
für ei­ne ge­ge­be­ne Pro­blem- oder Fra­ge­stel­lung sys­te­ma­tisch bzw. kri­te­ri­en­ge­lei­tet wich­ti­ge Be­stand­tei­le, Merk­ma­le oder Ei­gen­schaf­ten ei­nes Sach­ver­hal­tes oder ei­nes Ob­jek­tes er­schlie­ßen und de­ren Be­zie­hun­gen zu­ein­an­der dar­stel­len
II
an­wen­den, über­tra­gen
ei­nen be­kann­ten Zu­sam­men­hang oder ei­ne be­kann­te Me­tho­de zur Lö­sungs­fin­dung bzw. Ziel­er­rei­chung auf ei­nen an­de­ren, ggf. un­be­kann­ten Sach­ver­halt be­zie­hen
II, III
auf­bau­en
Ob­jek­te und Ge­rä­te ziel­ge­rich­tet an­ord­nen und kom­bi­nie­ren
II
auf­stel­len
fach­spe­zi­fi­sche For­meln, Glei­chun­gen, Glei­chungs­sys­te­me, Re­ak­ti­ons­glei­chun­gen oder Re­ak­ti­ons­me­cha­nis­men ent­wi­ckeln
II
aus­wer­ten
In­for­ma­tio­nen (Da­ten, Ein­zel­er­geb­nis­se o. a.) er­fas­sen, in ei­nen Zu­sam­men­hang stel­len und dar­aus ziel­ge­rich­te­te Schluss­fol­ge­run­gen zie­hen
II, III
be­grün­den
Sach­ver­hal­te oder Aus­sa­gen auf Re­geln, Ge­setz­mä­ßig­kei­ten bzw. kau­sa­le Zu­sam­men­hän­ge oder wei­te­re nach­voll­zieh­ba­re Ar­gu­men­te zu­rück­füh­ren
II
be­nen­nen, nen­nen, an­ge­ben
Ele­men­te, Sach­ver­hal­te, Be­grif­fe, Da­ten oder Fak­ten oh­ne Er­läu­te­rung und Wer­tung auf­zäh­len
I
be­ra­ten
ei­ne Ent­schei­dungs­fin­dung fach­kom­pe­tent und ziel­grup­pen­ge­recht un­ter­stüt­zen
III
be­rech­nen
Er­geb­nis­se aus ge­ge­be­nen Wer­ten/Da­ten durch Re­chen­ope­ra­tio­nen oder gra­fi­sche Lö­sungs­me­tho­den ge­win­nen
II
be­schrei­ben
Struk­tu­ren, Si­tua­tio­nen, Zu­sam­men­hän­ge, Pro­zes­se und Ei­gen­schaf­ten ge­nau, sach­lich, struk­tu­riert und fach­sprach­lich rich­tig mit ei­ge­nen Wor­ten dar­stel­len, da­bei wird auf Er­klä­run­gen oder Wer­tun­gen ver­zich­tet
I, II
be­stim­men
Sach­ver­hal­te und In­hal­te prä­gnant und kri­te­ri­en­ge­lei­tet dar­stel­len
I
be­stä­ti­gen, be­wei­sen, nach­wei­sen, über­prü­fen, prü­fen
die Gül­tig­keit, Schlüs­sig­keit und Be­rech­ti­gung ei­ner Aus­sa­ge (z. B. Hy­po­the­se, Mo­dell oder Na­tur­ge­setz) durch ein Ex­pe­ri­ment, ei­ne lo­gi­sche Her­lei­tung oder sach­li­che Ar­gu­men­ta­ti­on be­le­gen bzw. wi­der­le­gen
III
be­ur­tei­len, Stel­lung neh­men
zu ei­nem Sach­ver­halt oder ei­ner Aus­sa­ge ei­ne ei­ge­ne, auf Fach­wis­sen so­wie fach­li­chen Me­tho­den und Maß­stä­ben be­grün­de­te Po­si­ti­on über de­ren Sinn­haf­tig­keit ver­tre­ten
III
be­wer­ten, kri­tisch Stel­lung neh­men
zu ei­nem Sach­ver­halt oder ei­ner Aus­sa­ge ei­ne ei­ge­ne, auf ge­sell­schaft­lich oder per­sön­li­che Wert­vor­stel­lun­gen be­grün­de­te Po­si­ti­on über de­ren An­nehm­bar­keit ver­tre­ten
III
cha­rak­te­ri­sie­ren
spe­zi­fi­schen Ei­gen­hei­ten von Sach­ver­hal­ten, Ob­jek­ten, Vor­gän­gen, Per­so­nen o. a. un­ter lei­ten­den Ge­sichts­punk­ten her­aus­ar­bei­ten und dar­stel­len
II
dar­stel­len, dar­le­gen
Sach­ver­hal­te, Struk­tu­ren, Zu­sam­men­hän­ge, Me­tho­den oder Er­geb­nis­se etc. un­ter ei­ner be­stimm­ten Fra­ge­stel­lung in ge­eig­ne­ten Kom­mu­ni­ka­ti­ons­for­ma­ten struk­tu­riert und ggf. fach­sprach­lich wie­der­ge­ben
I, II
dis­ku­tie­ren, er­ör­tern
Pro- und Kon­tra-Ar­gu­men­te zu ei­ner Aus­sa­ge bzw. Be­haup­tung ein­an­der ge­gen­über­stel­len und ab­wä­gen
III
do­ku­men­tie­ren
Ent­schei­den­de Er­klä­run­gen, Her­lei­tun­gen und Skiz­zen zu ei­nem Sach­ver­halt bzw. Vor­gang an­ge­ben und sys­te­ma­tisch ord­nen
I, II
durch­füh­ren
ei­ne vor­ge­ge­be­ne oder ei­ge­ne An­lei­tung bzw. An­wei­sung um­set­zen
I, II
ein­ord­nen, ord­nen, zu­ord­nen, ka­te­go­ri­sie­ren, struk­tu­rie­ren
Be­grif­fe, Ge­gen­stän­de usw. auf der Grund­la­ge be­stimm­ter Merk­ma­le sys­te­ma­tisch ein­tei­len; so wird deut­lich, dass Zu­sam­men­hän­ge un­ter vor­ge­ge­be­nen oder selbst ge­wähl­ten Ge­sichts­punk­ten be­grün­det her­ge­stellt wer­den
II
emp­feh­len
Pro­duk­te und Ver­hal­tens­wei­sen kun­den- und si­tua­ti­ons­ge­recht vor­schla­gen
II
ent­wi­ckeln, ent­wer­fen, ge­stal­ten
Wis­sen und Me­tho­den ziel­ge­rich­tet und ggf. krea­tiv mit­ein­an­der ver­knüp­fen, um ei­ne ei­gen­stän­di­ge Ant­wort auf ei­ne An­nah­me oder ei­ne Lö­sung für ei­ne Pro­blem­stel­lung zu er­ar­bei­ten oder wei­ter­zu­ent­wi­ckeln
III
er­klä­ren
Struk­tu­ren, Pro­zes­se oder Zu­sam­men­hän­ge ei­nes Sach­ver­halts nach­voll­zieh­bar, ver­ständ­lich und fach­lich be­grün­det zum Aus­druck brin­gen
I, II
er­läu­tern
We­sent­li­ches ei­nes Sach­ver­halts, Ge­gen­stands, Vor­gangs etc. mit­hil­fe von an­schau­li­chen Bei­spie­len oder durch zu­sätz­li­che In­for­ma­tio­nen ver­deut­li­chen
II
er­mit­teln
ei­nen Zu­sam­men­hang oder ei­ne Lö­sung fin­den und das Er­geb­nis for­mu­lie­ren
I, II
er­schlie­ßen
ge­for­der­te In­for­ma­tio­nen her­aus­ar­bei­ten oder Sach­ver­hal­te her­lei­ten, die nicht ex­pli­zit in dem zu­grun­de lie­gen­den Ma­te­ri­al ge­nannt wer­den
II
for­mu­lie­ren
Ge­for­der­tes knapp und prä­zi­se zum Aus­druck brin­gen
I
her­stel­len
nach an­er­kann­ten Re­geln Zu­be­rei­tun­gen aus Stof­fen ge­win­nen, an­fer­ti­gen, zu­be­rei­ten, be- oder ver­ar­bei­ten, um­fül­len, ab­fül­len, ab­pa­cken und kenn­zeich­nen
II, III
im­ple­men­tie­ren
Struk­tu­ren un­d/o­der Pro­zes­se mit Blick auf ge­ge­be­ne Rah­men­be­din­gun­gen, Ziel­an­for­de­run­gen so­wie et­wai­ge Re­geln in ei­nem Sys­tem um­set­zen
II, III
in­for­mie­ren
fach­li­che In­for­ma­tio­nen ziel­grup­pen­ge­recht auf­be­rei­ten und struk­tu­rie­ren
II
in­ter­pre­tie­ren, deu­ten
auf der Grund­la­ge ei­ner be­schrei­ben­den Ana­ly­se Er­klä­rungs­mög­lich­kei­ten für Zu­sam­men­hän­ge und Wir­kungs­wei­sen mit Blick auf ein schlüs­si­ges Ge­samt­ver­ständ­nis auf­zei­gen
III
kenn­zeich­nen
Mar­kie­run­gen, Sym­bo­le, Zei­chen oder Eti­ket­ten an­brin­gen, die gel­ten­den Kon­ven­tio­nen un­d/o­der ge­setz­li­chen Vor­schrif­ten ent­spre­chen
II
op­ti­mie­ren
ei­nen ge­ge­be­nen tech­ni­schen Sach­ver­halt, ei­nen Quell­code oder ei­ne ge­ge­be­ne tech­ni­sche Ein­rich­tung so ver­än­dern, dass die ge­for­der­ten Kri­te­ri­en un­ter ei­nem be­stimm­ten As­pekt er­füllt wer­den
II, III
pla­nen
die Schrit­te ei­nes Ar­beits­pro­zes­ses an­ti­zi­pie­ren und ei­ne nach­voll­zieh­ba­re er­geb­nis­ori­en­tier­te An­ord­nung der Schrit­te vor­neh­men
III
prä­sen­tie­ren
Sach­ver­hal­te struk­tu­riert, me­di­en­ge­stützt und adres­sa­ten­ge­recht vor­tra­gen
II
skiz­zie­ren
Sach­ver­hal­te, Ob­jek­te, Struk­tu­ren oder Er­geb­nis­se auf das We­sent­li­che re­du­zie­ren und über­sicht­lich dar­stel­len
I
über­set­zen
ei­nen Sach­ver­halt oder ein­zel­ne Wör­ter und Phra­sen wort­ge­treu in ei­ner an­de­ren Spra­che wie­der­ge­ben
II
va­li­die­ren, tes­ten
Er­brin­gung ei­nes do­ku­men­tier­ten Nach­wei­ses, dass ein be­stimm­ter Pro­zess oder ein Sys­tem kon­ti­nu­ier­lich ei­ne Funk­tio­na­li­tät/Pro­dukt er­zeugt, das die zu­vor de­fi­nier­ten Spe­zi­fi­ka­tio­nen und Qua­li­täts­merk­ma­le er­füllt
I
ver­all­ge­mei­nern
aus ei­ner Ein­sicht ei­ne Aus­sa­ge for­mu­lie­ren, die für ver­schie­de­ne An­wen­dungs­be­rei­che Gül­tig­keit be­sitzt
II
ver­drah­ten
Be­triebs­mit­tel nach ei­nem vor­ge­ge­be­nen An­schluss‑/ Strom­lauf­plan sys­te­ma­tisch elek­trisch mit­ein­an­der ver­bin­den
I, II
ver­glei­chen, ge­gen­über­stel­len, un­ter­schei­den
nach vor­ge­ge­be­nen oder selbst ge­wähl­ten Ge­sichts­punk­ten pro­blem­be­zo­gen Ge­mein­sam­kei­ten, Ähn­lich­kei­ten und Un­ter­schie­de er­mit­teln und ge­gen­über­stel­len so­wie auf die­ser Grund­la­ge ggf. ein ge­wich­te­tes Er­geb­nis for­mu­lie­ren
II
wie­der­ge­ben
we­sent­li­che In­for­ma­ti­on un­d/o­der de­ren Zu­sam­men­hän­ge struk­tu­riert zu­sam­men­fas­sen
I
zeich­nen
ei­nen be­ob­acht­ba­ren oder ge­ge­be­nen Sach­ver­halt mit gra­fi­schen Mit­teln und ggf. un­ter Ein­hal­tung von fach­li­chen Kon­ven­tio­nen (z. B. Sym­bo­le, Per­spek­ti­ven etc.) dar­stel­len
I, II
zei­gen, auf­zei­gen
Sach­ver­hal­te, Pro­zes­se o. a. sach­lich be­schrei­ben und er­läu­tern
I, II
zu­sam­men­fas­sen
das We­sent­li­che sach­be­zo­gen, kon­zen­triert so­wie in­halt­lich und sprach­lich struk­tu­riert mit ei­ge­nen Wor­ten wie­der­ge­ben
I, II

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