Autor: C. Fleckenstein

Berufe mit Zukunft entdecken – MINT-EC Zukunftsforum 2024

Im Inneren des High-Tech-Trucks, konnten Schülerinnen und Schüler der Klassen 9c, 10a, 10b, 10 c, sowie einige Schülerinnen und Schüler der K1 und K2 am 14. und 15.03.2024 erleben wie vielfältig, kreativ und abwechslungsreichBerufe der Disziplinen Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik (MINT) sind. Sie konnten Technologien wie 3D-Scan, Robotik, Virtual Reality und Endoskopie selbst ausprobieren und mehr über Karrierechancen und Berufswege in der digitalisierten Industrie erfahren. 

In modernen Industriebetrieben sind Mensch, Maschine und herzustellendes Produkt miteinander vernetzt. Deshalb sind neben Elektronikerinnen und Maschinenbauern zunehmend auch digitale Berufsbilder wie Datenanalysten und User-Experience-Entwicklerinnen gefragt. DISCOVER INDUSTRY bietet hervorragende Möglichkeiten, um Jugendliche auf dieses Thema neugierig zu machen und ihnen die beruflichen Perspektiven in der Industrie aufzuzeigen.

Der Tourstopp auf dem Karlsruher Marktplatz fand im Rahmen des MINT-EC-Zukunftsforums 2024 statt, einem bundesweiten Aktionstag des MINT-EC-Netzwerks zur Förderung von MINT Talenten. Zuerst erstellten die Jugendlichen mithilfe eines 3D-Scanners einen digitalen Prototyp, indem sie Objekte einscannten und so CAD-Daten erhielten, die am Computer weiterbearbeitet wurden. Danach warfen sie mit einem Digitalmikroskop einen genauen Blick auf Werkstücke und Materialien oder druckten mit dem 3D-Drucker Testobjekte aus. Wer das geschafft hatte, konnte ausprobieren, wie man einen Industrieroboter programmiert, oder eine smarte Abfüllanlage steuert, die zeigt, wie Maschine und Produkt in der Industrie 4.0 miteinander „sprechen“. Anschließend ging es um die Intralogistik, wenn in einem virtuellen Lager ein Motorblock auf die letzten Bauteile wartet. Mithilfe einer Virtual Reality-Brille machen sich die Jugendlichen auf die Suche und setzen diese ein. Bei der letzten Station erhielten die Jugendlichen Einblicke in Medizintechnik und konnten in die Rolle eines endoskopischen Operateurs schlüpfen. „ Der Besuch im Truck war super“ meinte Thomas aus der 9c, „mein absolutes Highlight war, dass ich mit Augmented Reality eine Motorsäge warten konnte“. 

Noch mehr Einblicke in Technologien und die Arbeit in der Industrie bekamen Schülerinnen und Schüler der 9c in einem Experimentierworkshop im Obergeschoss des Trucks. Die Schülerinnen und Schüler erstellten eine eigene Smartphone-App und lernten dabei, dass zum Programmieren auch Kreativität benötigt wird.

Strahlender Sonnenschein und ein herrlicher Frühlingstag bildeten am Nachmittag die perfekte Kulisse für den Auftritt des Intermediate Jazz Ensembles unter Leitung von Gabriel Müller. Mit ihrer mitreißenden Performance erfreuten sie Passanten und lenkten das Augenmerk auf die lebendige Schulgemeinschaft des Helmholtz-Gymnasiums. Die musikalische Darbietung fügte eine künstlerische Note hinzu und unterstrich die Vielfalt und das Engagement unserer Schule.

Parallel zu den Veranstaltungen im DISCOVER INDUSTRY-Truck auf dem Marktplatz bot ein zweites Team von COACHING4FUTURE am Freitag interaktive Experimentierworkshops am Helmholtz-Gymnasium an. Schülerinnen und Schüler der 10a und 10c konnten z.B. einem Roboter das Laufen beibringen.   

Unterstützt wurde dieses Angebot von Baden-Württemberg Stiftung, der Arbeitgeberverband SÜDWESTMETALL und der Bundesagentur für Arbeit.

Text und Bilder: Dr. Doris Wolff

Praktikum Krebs-Diagnostik p53 im Elisabeth Kalko Labor der Experimenta in Heilbronn

Am  31.01.2024 besuchte der Leistungskurs Biologie die Experimenta in Heilbronn, um molekularbiologische Arbeitstechniken zu erlernen. Ein zentraler Schwerpunkt lag dabei auf dem Nachweis von Mutationen im p53-Gen, einem bedeutenden Tumorsuppressor-Gen.  

Nach der Sicherheitseinweisung konnten die Experimente auch schon starten. Die Experimente begannen mit einer theoretischen Einführung in die PCR (Polymerase-Kettenreaktion) und den Restriktionsverdau. Die PCR ermöglicht die gezielte Vervielfältigung spezifischer DNA-Sequenzen, während der Restriktionsverdau die DNA an bestimmten Stellen schneidet. Diese beiden Techniken wurden kombiniert, um Mutationen im p53-Gen nachzuweisen. Frau Wolff war es wichtig, dass wir PCR, Gelelektrophorese und ELISA auch mal praktisch durchführen, und nicht nur theoretisch im Unterricht behandeln sollten. Somit war die theoretische Einlage für uns aus dem Bio-Leistungskurs zu einem großen Teil Wiederholung, was in Sicht auf das ausstehende Abitur, sicher nicht schlecht ist. Das übergeordnete Thema, welches wir an diesem Tag behandeln sollten, war Krebsdiagnostik. Krebserkrankungen sind in Deutschland die zweithäufigste Todesursache. Die Erforschung der Ursache und Therapie-Möglichkeiten spielt eine große Rolle in der Medizin. Nach einer allgemeinen Pipettierübung konnten wir schon mit der PCR starten. Beim Li-Fraumeni-Syndrom handelt es sich um eine erbliche Veranlagung zur Ausbildung bösartiger Tumore. Hier liegt eine Mutation im p53 Tumorsuppressor-Gen auf Chromosom 17 vor. Wir sollten untersuchen, ob die drei Test-Patienten am Li-Fraumeni-Syndrom erkrankt sind und falls ja, ob die Erkrankung homozygot (also von beiden Eltern) oder heterozygot (nur von einem Elternteil) vererbt wurde. Die DNA-Proben wurde zuerst mittels PCR vervielfältigt, um ausreichend DNA für den Restriktionsverdau zu erhalten. Nach der PCR wurde die DNA mit Restriktionsenzymen behandelt. Die Restriktionsenzyme schneiden spezifisch, an der Stelle der DNA-Sequenz, die mutieren kann. Ist eine Mutation des p53-Gens vorhanden, schneidet das Restriktionsenzym die DNA-Sequenz in zwei Teile, liegt keine Mutation vor, wird die DNA-Sequenz nicht zerschnitten.

Während die PCR lief, machten wir mit dem ELISA-Test weiter. Geprüft werden sollte, ob sich in Proben künstlicher Testpersonen p53 Antikörper befinden. Wenn sich Antikörper im Blut befinden, kann eine Tumorerkrankung vermutet werden. Tritt also beim ELISA Test ein Farbstoff auf, sind die p53-Gen-Antikörper beim Patienten vorhanden. Die Negativprobe, sollte somit keine Farbe aufweisen, was auch bei allen von uns funktionierte. Durch die Farbintensitäten der Eichansätze und den Vergleich dieser mit dem Ergebnis der drei Patienten, konnten die Patienten, in verschiedene Stufen eingeordnet werden. So konnte ein Befund negativ, positiv oder in einem kritischen Bereich sein. Mit dem bloßen Auge sah es so aus, als hätte bei uns allen der ELISA-Test sehr gut funktioniert. Bei einer genauen Betrachtung mithilfe eines Photometers, fiel jedoch auf, dass unsere Ergebnisse doch nicht so gut waren, wie wir auf den ersten Blick dachten. Nun diskutierten wir noch welche medizinischen Schlüsse man aus einem positiven oder negativen ELISA Testergebnis ziehen kann.  

Als die PCR fertig war durften wir nur noch die Gelelektrophorese durchführen. Hier läuft die DNA-Sequenzen mit den hinzugegebenen Restriktionsenzymen, durch ein elektrisches Feld mit Agarosegel. Kürzere DNA-Sequenzen, kommen dabei weiter als lange. Somit ist es möglich nachzuweisen, ob das Restriktionsenzym geschnitten hat, und eine Mutation im p53-Gen vorliegt, oder nicht. Da man einen DNA-Fluoreszenfarbstoffe benötigt, um die DNA sichtbar machen und dieser unter starkem Verdacht steht krebserregend zu sein, wurden die echten DNA-Proben von technischen Assistenten verarbeitet. Wir durften aber ein Agarosegel und die TAE-Pufferlösung herstellen. Statt der DNA-Proben haben wir die Geltaschen mit einer gefärbte Glycerinlösung befüllt.  Wir wurden gewarnt, dass dies eine schwierige Aufgabe sei, dennoch haben wir alle die Taschen getroffen. Nach der 30 minütigen Laufzeit bei 150 V hat man auf dem Floureszenzbildschirm (Geldok) schön gesehen, dass entweder zwei kurze (das Restriktionsenzym hat geschnitten), oder ein langes (das Restriktionsenzym hat nicht geschnitten) zu sehen waren. Aus den Ergebnissen konnten wir ebenfalls ermitteln, ob eine Person erblich, doppelt belastet und die Mutation von beiden Eltern vererbt bekam, oder nur von einem. 

Insgesamt war das Schülerpraktikum im Elisabeth Kalko Labor der Experimenta Heilbronn eine bereichernde Erfahrung, die uns v.a. praktische Fertigkeiten in der Molekularbiologie und Immunbiologie vermittelte. Die Möglichkeit, die im Unterricht besprochenen Methoden in der Praxis anzuwenden, hat unser Verständnis für diese komplexen Themen vertieft und uns für die spannende Welt der wissenschaftlichen Forschung begeistert, auch wenn wir jetzt wissen, dass man im Labor viel pipettieren und warten muss.

Text: Janne Hautzinger K2
Bilder: Dr. Doris Wolff