Kategorie: MINTec

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

Erfolgreiche Teilnahme des Helmholtz-Gymnasiums auf dem Trinationalen Schülerkongress in Offenburg 2024

Das Helmholtz-Gymnasium war gleich mit drei Projekten am 25. und 26. Januar 2024 auf dem „15. Trinationalen Schülerkongress der Naturwissenschaften und Technik“ an der Hochschule in Offenburg vertreten. 

Clara Wottge aus der K1 präsentierte ihre Arbeit zu klebenden Proteinen nach dem Vorbild der Natur. Zhiting Wang und Sarah Wioska (K2) entwickelten in ihrem Projekt Green Screen -grüner schreiben eine Tabletfolie aus ausschließlich biologisch abbaubaren Inhaltsstoffen, die keinerlei Schadstoffe oder Plastikbestandteile enthält. Um ein gutes Schreibgefühl zu erreichen, wurden die Folien in unterschiedlicher Dicke und Sprödigkeit entwickelt und getestet. Zusätzlich stellten sie einen ebenfalls biologisch abbaubaren Klebstoff her, der es ermöglicht die Folie auf dem Tablet zu befestigen. Von 40 teilnehmenden Projekten aus Deutschland, Frankreich und der Schweiz erlangten sie den dritten Platz beim Posterwettbewerb. 

Zusammen mit einer Schülergruppe des Lycée Theodore Decks aus dem französischen Guebwiller präsentierten Emilio Craf Castillo, Erik Sommerfeld (K1), Janne Hautzinger, Christoph Karle und Clara Wottge (K2) ein deutsch-französisches Forschungsprojekt zur Geothermie mit Vorbildcharakter. „Geothermie ist ein interessantes Thema, das für beide Länder am Oberrhein relevant ist“, betont Ricarda Trumpf, die gemeinsam mit Doris Wolff das naturwissenschaftliche grenzüberschreitende Projekt betreut. Das binationale Schülerforschungsprojekt kombiniert anschauliche Modellversuche mit einer Online-Umfrage. Die gemeinsam konzipierte Umfrage zielte darauf ab, das Verständnis und die Akzeptanz von Geothermie in der Bevölkerung zu erfassen. Über eine gemeinsame Plattform wurden Teilnehmende aus unterschiedlichen Altersgruppen und Hintergründen befragt. „Die Unterstützung durch Übersetzungsprogramme waren v.a. bei der Erstellung der zweisprachigen Fragebögen hilfreich“, erklärt Emilio. Die Fragen umfassten Themen wie Wissen über Geothermie, Umweltbewusstsein, Bedenken sowie die Bereitschaft, in Geothermie zu investieren. Die Ergebnisse zeigten eine überraschend hohe Übereinstimmung zwischen den Teilnehmenden beider Länder bezüglich der Bewertung von Geothermie. Über 95% der Befragten hält Geothermie für eine gute Technologie und über die Hälfte wäre bereit in Geothermie zu investieren. Trotz hoher Befürwortung haben über 90% aber auch Bedenken. Die Hauptaspekte hierbei sind hohe Kosten, fehlender Platz und Risiken für die Umwelt bei der Nutzung von Geothermie.

Bei den gemeinsamen Treffen der beiden Schulen im Mai 2023 in Karlsruhe und im Oktober 2023 in Guebwiller wurden Modellversuche durchgeführt, um die Grundprinzipien der Geothermie zu verdeutlichen. Auf dem Trinationalen Schülerkongress konnten Kongressbesucher aktiv am Experimentieren teilnehmen und erhielten so einen praktischen Einblick in die Funktionsweise der Geothermie. Höhepunkt der Veranstaltung war der vom Lycée Deck und dem Helmholtz-Gymnasium gemeinsam präsentierte Keynote-Vortrag vor den ca. 200 Kongressteilnehmenden, den Ehrengästen aus Politik und der Hochschule sowie der Presse und dem SWR-Fernsehen. „Natürlich waren wir aufgeregt, als wir im voll-besetzten Hörsaal standen und eine Fernsehkamera auf uns gerichtet war“, berichtet Erik Sommerfeld. Die Aufregung konnte man den Schülerinnen und Schüler aber nicht anmerken; sie präsentierten äußerst souverän.  

„Wir zeigen mit unserem Beitrag, dass länderübergreifende Zusammenarbeit auch innerhalb eines Projektes funktioniert und dass globale Herausforderungen nur durch gemeinsame grenzüberschreitende Anstrengungen gelöst werden können“, betont Doris Wolff. „Durch gegenseitige Besuche und gemeinsames Experimentieren wurden persönliche Kontakte geknüpft“, sagt Ricarda Trumpf. „Die Ergebnisse wurden digital geteilt, um Informationen auszutauschen. Zum Abgleich über den Fortschritt des Projektes erfolgte die Kommunikation über E-Mails“, so Trumpf weiter. Initiativen wie diese Projektarbeit fördern nicht nur punktuelle Begegnungen, sondern ermöglichen einen Austausch von Ideen und Perspektiven über einen längeren Zeitraum und geben Einblick in das Schulsystem und die Kultur des jeweiligen Nachbarn.

Der SWR-Fernsehbeitrag über den Kongress und das gemeinsame Geothermieprojekt vom 27.01.2024 ist in der SWR-Mediathek, Landesschau vom 27.01.2024, zu sehen.
Text und Bilder: Dr. Doris Wolff

Das MINT-EC-Camp “Astroteilchenphysik” fand vom 23.10.2023 bis zum 26.10.2023 in Dresden unter der Leitung von Sandra Greißinger und mehreren Wissenschaftlern statt, die den Teilnehmenden jederzeit assistierten und unterstützend zur Seite standen.

Am Anreisetag wurden die Teilnehmer herzlich am Treffpunkt von Schülern aus ganz Deutschland sowie den betreuenden Personen empfangen. Diese führten die Schüler strukturiert durch das bevorstehende Programm der nächsten Tage. Zu Beginn gab es einen wissenschaftlichen Impulsvortrag, der das Interesse aller weckte und auf das Thema der Teilchenphysik in der Astronomie einführte. Anschließend stellten sich die beiden Hauptverantwortlichen, Hannes Nitzsche und Dr. Matthias Streller, vor. Sie gestalteten den Großteil des Programms und beantworteten gerne offene Fragen. Der Rest des Tages wurde mit dem Einchecken in der Jugendherberge und einem gemeinsamen Abendessen verbracht. Optional konnten die Teilnehmer sich danach noch mit anderen Schülern und Studierenden aus Dresden bei einem gemütlichen Spaziergang durch die Neustadt über Studium oder andere Themen austauschen.

Am folgenden Tag begann der ernsthafte Teil. Nach einer Stärkung in der Jugendherberge ging es zum Felsenkeller, einem ehemaligen Bergwerk, in dem heute ein Teilchenbeschleuniger steht. Dort erklärten die dort arbeitenden Wissenschaftler ausführlich die Einrichtungen und gewährten einen Einblick in den Alltag eines Astrophysikers. Des Weiteren konnten die Teilnehmer in einem interaktiven Vortrag mit den Wissenschaftlern über spannende aktuelle Themen diskutieren und ihr Wissen vertiefen. Am Nachmittag wurden die Schüler in zwei Gruppen aufgeteilt, jeweils unter der Leitung eines der beiden oben genannten Wissenschaftler. Die Gruppen konnten frei gewählt werden und unterschieden sich in einem für die Physik wesentlichen Punkt: Theorie und Praxis. Eine Gruppe führte im Schülerlabor Delta X spannende Experimente durch, um astronomische Vorgänge experimentell zu veranschaulichen. Die andere Gruppe nahm an einer Masterclass für nukleare Astrophysik teil, in der die aufregenden Vorgänge in Sternen theoretisch erklärt und anschließend anhand realer Messwerte verschiedene Eigenschaften von Sternen mithilfe eines speziellen Computerprogramms berechnet wurden. Am Abend kamen beide Teilgruppen wieder bei einem gemeinsamen Abendessen zusammen.

Der dritte Tag begann mit einem Vortrag von Studierenden an der TU Dresden, in dem die Vielfalt der möglichen Studiengänge nähergebracht wurde und das MINT-EC-Stipendium vorgestellt wurde, das durch verschiedene Aktivitäten im MINT-Bereich erlangt werden kann. Danach folgte ein Campusrundgang und nach dem Mittagessen wurden die Schüler wieder in ihre Gruppen vom vorherigen Tag aufgeteilt, um ihre wissenschaftliche Arbeit fortzusetzen und zu vertiefen. Am Abend hatten sie Zeit, das erlangte Wissen aus den Tagen im Camp zusammenzufassen und eine Abschlusspräsentation vorzubereiten, die am folgenden Tag gehalten werden sollte. Bei dieser Präsentation wurde darauf geachtet, dass jeder Teilnehmer ähnlich viel präsentieren konnte und die Möglichkeit hatte, sein erworbenes Wissen vor dem Publikum, bestehend aus Wissenschaftlern, Betreuern und anderen Interessierten, zu präsentieren.

Am letzten Tag wurden die vorbereiteten Präsentationen gehalten, gefolgt von einigen weiterführenden Fragen seitens der Wissenschaftler, um das Wissen der Schüler zu testen und zu erweitern. Abschließend gab es einen Mittagssnack, bevor die Schüler individuell abreisten.

Zusammenfassend war das MINT-EC-Camp in vielerlei Hinsicht sehr informativ und angenehm. Von den Mitschülern über die betreuenden Personen bis hin zum umfassenden und faszinierenden Inhalt erwies sich das Camp als äußerst wertvolle Erfahrung. Es ist jedem zu empfehlen, der Interesse an einem bestimmten Thema hat oder gerne außerhalb des Schulstoffes Neues lernen möchte.

Christoph Karle

In der Eingangshalle der Experimenta trafen sich alle Teilnehmer, und nach einer kurzen Begrüßung ging es dann auch schon in das Labor. Zu Beginn gab es zunächst einmal die obligatorische Sicherheitsbelehrung, und wir lernten die überaus sympatischen zwei Wissenschaftler kennen, welche uns die kommenden Tage betreuten. Außerdem folgte für alle, die mit der Laborarbeit bisher nicht wirklich Kontakt hatten, eine kleine Pipettierübung und schließlich ein kurzer Therorieteil zu CRISPR/Cas. Gegen Abend liefen wir dann gemeinsam den kurzen Weg zur Jugendherberge zurück, wo wir zu Abend aßen und den restlichen Abend zur freien Gestaltung zur Verfügung hatten.  

Am nächsten Morgen, um kurz vor 9 Uhr gingen wir gemeinsam los zum Labor.  

Dort führten wir eine PCR einer Plasmid-DNA durch. Dabei wurde die Plasmid-DNA vervielfältigt und die Kopien für die weiteren Experimente aufgehoben. Nachdem das erledigt war, ging es für uns auch schon in die Mittagspause. Dabei hatten wir den Luxus, dass wir mit Essensgutscheinen in dem Restaurant der Experimenta Mittagessen durften. Nach einer ausgedehnten Mittagspause ging es dann auch wieder zurück an die Arbeit. Jetzt stand die Agarose Gelektrophorese an. In diesem Schritt wurde überprüft, ob die passenden DNA-Fragmente bei der PCR entstanden sind und ob die Plasmide isoliert wurden. Anschließend endete der erste Labortag auch schon, da Nachmittags noch eine Stadtführung anstand. Dabei führte uns ein Stadtführer durch die wunderschöne Altstadt und wir durften vom Turm einer Kirche aus einen Blick auf ganz Heilbronn werfen. Den restlichen Abend verbrachten wir selbstständig mit Spielen, Spazieren gehen und ähnlichem.  

Der nächste Tag startete dann gleich mit einem Frühstück und dem gemeinsamen Weg zum Labor der Experimenta. Dort verbrachten wir den Vormittag mit weiterer Laborarbeit und lernten viele neue Labortechniken kennen, wie beispielsweise das Autoklavieren: Dabei werden Proben und Materialien in einem Autoklav 20 Minuten lang bei 121 °C und einem Druck von 2 bar gelagert, um sie zu sterilisieren und alle möglichen Keime abzutöten. Nach einer weiteren Mittagspause im Restaurant ging es auch schon weiter und wir veränderten gentechnisch unsere E. Coli Bakterien, indem wir unser PCR-Produkt in einem Vektor in die Bakterien transformierten. Um 17 Uhr endete dann der Laborteil, und ich nutzte den restlichen Abend noch um bei einer Joggingrunde Heilbronn ein wenig zu erkundigen. 

Am letzten Labortag beschäftigten wir uns vormittags mit den CRISPR/Cas Designs. Nach der Mittagspause besuchten wir dann gemeinsam die sehr zu empfehlende Science Dome Show der Experimenta. Anschließend folgte noch ein kurzer Laborteil und dann ging es auch schon zurück zur Jugendherberge. Da wir fantastisches Wetter hatten beschlossen wir uns vor dem Abendessen noch kurz gemeinsam draußen an das Ufer des Neckars zu setzen und die ethischen Hintergründe  zu CRISPR/Cas zu diskutieren. Nach einer angeregten Diskussion ging es dann auch zum Abendessen. Abends versammelten wir uns noch zu einer kleinen Feedbackrunde, die übrigens sehr positiv ausfiel, und ließen dann den Abend mit Werwolf ausklingen. 

Freitag war dann auch schon der Abreisetag. Aufgrund von Bauarbeiten wurden alle Wasserleitungen im Labor abgestellt und wir mussten deswegen den Laborteil schon Donnerstagnachmittag beenden. So verabschiedeten wir uns nach dem Frühstück alle voneinander und jeder stieg in seinen Zug nach Hause. 

Insgesamt war das Camp eine unglaublich schöne Erfahrung für mich. Wir hatten extrem nette Betreuer, die uns sowohl auf wissenschaftlicher Ebene super betreut haben und sich sehr über Nachfragen gefreut, als auch gerne persönliche Fragen zu Beruf und Studium beantwortet haben. Des Weiteren war der Laborteil super strukturiert, wir haben gemeinsam die Inhalte und den Stoff erarbeitet und durften außerdem fast alles selber machen. Auch außerhalb des Labors durften wir uns größtenteils selbstständig bewegen und unsere Nachmittage und Abende gestalten. Für mich persönlich war das Camp eine tolle Möglichkeit mal eine Woche dem Schulalltag zu entfliehen und in die Welt der Wissenschaftler einzutauchen. 

Clara Wottge K2 Leistungsfach Biologie

Die Teilnahme am MINT-EC Camp Innovative Pflanzen kam für mich überraschend. Nachdem ich eigentlich eine Absage für das Camp erhalten hatte, kam etwa zwei Wochen vor Beginn des Camps eine Email, dass ich von der Warteliste aufgerückt war. Nachdem noch schnell die Zugverbindung gebucht war und alle Lehrer informiert waren, ging es auch schon kurze Zeit später los mit dem Zug nach Göttingen. Treffpunkt war im Göttinger Experimentallabor, welches sich auch auf dem Campus der Universität Göttingen befand. Dort lernten wir sowohl die anderen Teilnehmer als auch unsere Betreuerin Sandra Greißinger kennen. Nach einer kurzen Begrüßung und Einführung der Wissenschaftlerin, die uns die nächsten Tage betreute, kennen und sie verteilte auch schon an alle ein kleines Quiz zum Thema des Camps und den Inhalten der folgenden Tage. Innovative Pflanzen bedeuten etwa soviel wie gentechnisch veränderte Organismen (GVO), die durch spezielle Züchtungsmethoden und Eingriffe ins Erbgut verändert wurden. In dem Camp beschäftigten wir uns mit ihrer Herstellung, Analyse und Anwendung in der grünen Gentechnik. Und während der Umfrage wurde vielen von uns klar, wie wenig wir letztendlich doch über diese Thematik wissen. Ich beantwortete zum Beispiel die Frage, ob wir gentechnisch veränderte Lebensmittel kaufen und zu uns nehmen können mit „Nein“, was sich später noch als falsch herausstellte. Nach einem sehr lehrreichen Nachmittag ging es dann auch zum gemeinsamen Pizzaessen. Dort trafen wir auf das parallel stattfindende MINT-EC Camp Experimentelle Physik, mit denen wir uns viel austauschten und die auch in der selben Jugendherberge untergebracht waren.  

Der nächste Tag startete dann mit der Protoplastenfusion, dabei beschossen wir Pflanzen mit einer Genkanone, genauer gesagt mit kleinen Goldkügelchen auf denen sich die Gene befanden. Um zu verstehen, wie das funktioniert, erklärte die betreuende Wissenschaftlerin Dr. Maram Bader uns in einem kurzen Theorieteil den Aufbau von Tier- und Pflanzenzellen und den Unterschied zwischen Eu- und Prokaryoten. Nach einer Mittagspause in der Mensa der Universität Göttingen hörten wir dann einen sehr interessanten Fachvortrag von Dr. Nora Wehner von der KWS, einem Saatgutunternehmen, über Methoden der Pflanzenzüchtung. Anschließend isolierten wir dann noch Soja-DNA für ein Experiment des folgenden Tages. Zurück in der Jugendherberge ließen wir den Tag noch mit „Siedler von Catan“ ausklingen.  

Der Donnerstag startete wieder mit einem kurzen Theorieteil und anschließend führten wir eine PCR und im Anschluss eine Agarosegel-Elektrophorese durch. Wir verglichen nämlich gentechnisch veränderte Soja, normale Soja und Futtersoja eines Bauern aus der Umgebung um herauszufinden, ob es sich bei der Futtersoja um gentechnisch veränderte Soja handelt. Das Ergebnis war eindeutig: Die Futtersoja ist wie so häufig gentechnisch verändert worden. Nach der Mittagspause untersuchten wir dann die Ergebnisse unserer Genkanone mithilfe von Fluoreszensmikroskopie. Bei einigen Ergebnissen ließen sich dabei auch gentechnisch veränderte Zellen feststellen. Weil bis zur Stadtführung am Abend dann noch Zeit übrig war war Frau Dr. Bader so nett uns noch ein wenig mit Stickstoff uns verschiedenen Materialien herumexperimentieren zu lassen. Sie hatte insgesamt viel Vertrauen in uns, ließ uns viele Dinge selber durchführen und war auch für spontane, kleine, themenunabhängige Experimente offen.  

Die Stadtführung am Abend fand dann unter der Leitung einer sehr herzigen, älteren Dame statt, die uns viele interessanten Dinge erzählte, wie beispielsweise, dass die Universität Göttingen mit den Lebensläufen von über 40 Leuten verbunden ist. Außerdem führte sie uns durch die wunderschöne Altstadt und berichtete von vielen berühmten Persönlichkeiten, die in Göttingen gelebt, geforscht und gelehrt haben, wie den Gebrüdern Grimm oder dem Astronom, Mathematiker und Physiker Carl Friedrich Gauß. 

Nach der Stadtführung trafen sich noch einige zum Pizzaessen oder erkundigten weiter für sich die Innenstadt. 

Freitag war dann auch schon der letzte Tag des Camps. Wir führten zunächst noch eine Plasmolyse und diskutierten anschließend noch einmal ausführlich das Thema Gentechnik im Bereich der Lebensmittel und Pflanzen. Dabei hat man auch gemerkt, wie sehr der Wissenschaftlerin das Thema am Herzen liegt. Denn das eigentlich Unverständliche ist, dass wir tagtäglich gentechnisch veränderte Lebensmittel zu uns nehmen. Die meisten unserer Lebensmittel sind nämlich durch die sogenannte Mutationszüchtung entstanden. Dabei werden mithilfe von Chemikalien oder ionisierenden Strahlen zufällige und unbekannte Mutationen im Erbgut durchgeführt. Diese Methode wird seit Jahrzehnten in der Pflanzenzüchtung benutzt und mit Hilfe dieser Technik sind zahlreiche Pflanzen entstanden, wie auch fast alle Hartweizensorten. Laut der EU handelt es sich dabei zwar um gentechnisch veränderte Pflanzen, sie sind aber von den dafür vorgesehenen Bestimmungen ausgenommen. Im Gegensatz zu neueren Verfahren wie beispielsweise CRISPR/Cas, obwohl die Genschere nur einzelne, gezielte Mutationen hervorruft.  

Außerdem fehlt auch jegliche Logik bei der Tatsache, dass die Tiere, die wir essen mit gentechnisch veränderten Lebensmitteln gefüttert werden, wir aber selber keine gentechnisch veränderten Lebensmittel zu uns nehmen dürfen, weil das noch zu gefährlich sei.   

Nach der Diskussion folgte noch ein kurzes, sehr positives, Feedback und da wir schon schneller als geplant fertig waren, durften wir spontan noch DNA aus unserer Spucke extrahieren und als „Souvenir“ mit nach Hause nehmen. Damit endete auch eine sehr lehrreiche und ereignisreiche Woche und ich bin sehr dankbar, dass ich die Möglichkeit hatte an diesem Camp teilzunehmen.  

 Clara Wottge, K2 Leistungsfach Biologie

Vom 13. bis  17.11.2023 durften gleich zwei Schülerinnen des Helmholtz-Gymnasiums Emilia Schesternin (K1) und Zhiting Wang (K2) an dem MINT-EC Girls Camp zu Künstlicher Intelligenz in Delmenhorst, in der Nähe von Bremen, teilnehmen. In den fünf Tagen lernten 15 Schülerinnen die ethnischen und technischen Perspektiven Künstlicher Intelligenz kennen, während wir zugleich wertvolle Einblicke für unsere berufliche Orientierung in dem Bereich gewannen. Ich (Emilia) erhoffte mir aus dem Camp nicht nur Einsicht in die Gefahren der KI, sondern auch ein Verständnis für die Hintergründe vom Programmen wie ChatGPT und den richtigen Umgang mit solchen Technologien. Während ich (Zhiting) mit der Erwartung etwas über die allgemeinen Grundlangen der KI zu lernen nach Norddeutschland gefahren bin.

Nach einer sechsstündigen Zugfahrt vom Karlsruher nach Delmenhorst, trafen wir dort die anderen Mädchen und machten uns gemeinsam auf eine Tour durch die kleine aber feine Stadt. Diese Gelegenheit nutzen wir, nicht nur um die Sehenswürdigkeiten zu entdecken, sondern auch, um uns besser untereinander kennenzulernen. Als wir am Abend in unserem Hotel eintrafen, aßen wir zu Abend, kegelten und spielten ,,Werwolf‘‘. In den nächsten zwei Tagen tauchten wir in die Welt der künstlichen Intelligenz ein: Wir lernten die zentralen Begriffe, bekamen praktische Anwendungsbeispiele und passende Programmierübungen und anschließend die Zusammenhänge von KI, Machine Learning, Deep Learning und Big Data aufgezeigt. Mithilfe von Anwendungen, die Scratch ähnelten, begannen wir mit der Programmierung und vertieften unser Verständnis weiter, indem wir uns mit Python vertraut machten und entsprechende Übungen durchführten. Außerdem schauten wir uns ChatGPT genauer an, um zu verstehen was hinter diesem neuartigen Programm steckt. ChatGPT wird mit umfangreichen Datenmengen aus dem Internet trainiert (Machine Learning). Hierbei kommen verschiedene Algorithmen und Modelle zum Einsatz, wie z.B. neuronale Netze. Künstliche neuronale Netze sind Modelle, die durch die Struktur des menschlichen Gehirns inspiriert sind. Mit diesen ist ein Computer dazu im Stande, komplexe Aufgaben in unterschiedlichen Bereichen zu lösen. Nach dem Training mit den Daten kann die KI Muster erkennen und Vorhersagen treffen. Diese Funktionsweise haben wir in verschiedenen Beispielen genauer betrachtet. Wir besuchten nämlich das Transferzentrum, so wie das deutsche Forschungszentrum für künstliche Intelligenz in Bremen. Dadurch lernten wir wie KI aktiv genutzt wird, um Forschung zu betreiben, z.B. bei Unterwasser Robotern sowie Robotern, die Forschungen auf dem Mond betreiben könnten. Mithilfe von KI können wir menschliche Grenzen überschreiten, da künstliche Intelligenz in der Lage ist, Forschungen in Bereichen zu betreiben, die für uns Menschen schwer oder unmöglich zugänglich sind. Somit eröffnen sich uns neue Horizonte in der Forschung.

Zudem haben wir auch die mit der KI verbundenen ethischen Herausforderungen, wie beispielsweise die Frage der Privatsphäre und Datensicherheit, Stichwort Big Data bei der Anwendung von KI-Technologien kennengelernt.

MINT-EC Camps haben den Vorteil, dass man einen Einblick in die Praxis bekommt und sich Vieles selber erarbeiten kann. Geräte und Technologien, die in Schulen nicht verfügbar sind, können die Schülerinnen in diesen Camps verwenden. Wir durften mit bestimmten KI-Programmen arbeiten und Roboter programmieren sowie steuern. In Gruppen konnten wir auch eigene Apps oder Dienstleistungen entwickeln, durch die Nutzung von künstlicher Intelligenz. Neben dem täglichen Input hatten wir auch Freizeit, in der wir unterschiedliche Dinge unternahmen zum Beispiel gemeinsame Gesellschaftsspiele, besuchten gemeinsam ein Restaurant oder das Kino. Außerdem besichtigten wir auch Bremen und sagten den bekannten Bremer Stadtmusikanten „hallo“. Durch das Camp lernten wir das Berufsfeld des ,,Data Scientist‘‘ und die Fraunhofer-Gesellschaft näher kennen. Datenwissenschaftlerinnen aus ganz Deutschland erklärten uns, wie vielseitig ihr Beruf ist und dass man mit unterschiedlichen Studiengängen (z.B. Mathematik, Informatik oder Biologie) in dem Bereich erfolgreich tätig werden kann. 

Der Frauenanteil im Berufsfeld Data Science beträgt aktuell nur 15 bis 22 Prozent. Um diesen Anteil in Zukunft zu erhöhen und auch Frauen die Chance zu geben, diesen Bereich näher kennenzulernen, waren ausschließlich Schülerinnen teil des Camps. Uns wurde erklärt, dass sich viel mehr männliche Schüler an MINT-EC Camps bewerben und dass es daher auch Girls Camps gibt, bei denen nur Schülerinnen teilnehmen dürfen. 

Unsere anfänglichen Vorurteile gegenüber dem Berufsfeld der Datenwissenschaft, wie die Annahme von zu viel abstraktem Denken, ständiger Programmierung und zu theoretischer Ausrichtung, haben sich relativiert. Wir haben entdeckt, dass die Arbeit in der Datenwissenschaft eine gute Balance zwischen praktischer Anwendung sowie kreativem Denken ist. Künstliche Intelligenz ist zu einem unverzichtbaren Bestandteil in der Forschung und des täglichen Lebens geworden, wobei ihre stetig wachsende Bedeutung eine wichtige Rolle in zukünftigen Entwicklungen einnehmen wird. Besonders in Erinnerung ist auch geblieben, dass zwei Künstlerinnen Wiebke Heeren und Nicola Bremer zu unserem Workshop dazugekommen sind. Diese Künstlerinnen arbeiten nämlich mit Künstlicher Intelligenz. Interessant war zu hören, wie die Kunstschaffenden immer wieder im Austausch mit der Künstlichen Intelligenz ein Bild gemeinsam erschaffen haben, indem sie auch häufig selber beim Prozess zum echten Stift gegriffen haben, da die KI nicht das herausgeben hatte was sie sich vorstellten. Später durften wir das Ganze selber ausprobieren und kamen selbst an dem Punkt, wo wir das Bild von der KI gerne noch durch Eigenarbeit verbessern wollte.

Wir sind beide froh am diesem MINT-EC Camp teilgenommen zu haben, da es uns nicht nur ermöglichte, vielfältige Erkenntnisse zu gewinnen, sondern uns auch praxisnahe Einblicke in die Welt der Künstlichen Intelligenz verschaffte. Wir durften eine neue Stadt kennen lernen, in der wir beide noch nie waren, sowie neue Freundschaften schließen. Von der Ethik bis zur praktischen Anwendung der KI haben wir wertvolles Wissen erworben, unsere Erwartungen wurden weit übertroffen.

Emilia Schesternin, K1 und Zhiting Wang, K2

Erfolgreiche Teilnahme an der Internationalen Biologie Olympiade: Drei Helmholtz-Schülerinnen sichern sich Platz in Runde 2

Wir freuen uns, dass Zhiting Wang, Sarah Wioska und Clara Wottge (K2) erfolgreich die erste Runde der Biologie Olympiade absolviert haben! Die Biologie Olympiade ist ein renommierter, internationaler Wettbewerb, dessen Ziel es ist, das Interesse an den Biowissenschaften zu fördern und talentierten Nachwuchsforscherinnen und -forschern eine Plattform zu bieten, um ihre Kenntnisse in diesem Fachgebiet zu vertiefen. Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer der Biologie Olympiade werden in mehreren Runden auf ihre Kenntnisse in verschiedenen Bereichen der Biologie geprüft. Die Wettbewerbsfragen sind anspruchsvoll und erfordern ein tiefes Verständnis der biologischen Konzepte sowie die Fähigkeit, diese in praktischen Fragestellungen und Experimenten anzuwenden. In den Sommerferien bearbeiteten Zhiting, Sarah und Clara die Themen und reichten dann jeweils ihre Lösungen als Dokumentation ein. Dabei bewiesen die Schülerinnen des Leistungsfaches Biologie nicht nur großes Engagement, sondern haben auch ihre Fähigkeit, komplexe biologische Konzepte zu verstehen und anzuwenden demonstriert und tolle Leistungen gezeigt. Wir freuen uns, dass es alle drei Teilnehmerinnen in die zweite Runde geschafft haben und wünschen viel Erfolg für die kommende Runde der Biologie Olympiade!

Text: Dr. Doris Wolff

Kreative Technologien für den Schulalltag 

Am Helmholtz Gymnasium in Karlsruhe fanden für zwei 9. Klassen mit NwT-Profil am 4. und 5.12.2023 Hackdays statt. Am Anfang der Hackdays trafen sich die Schülerinnen und Schüler am KIT, hier fand die Identifizierung und Formulierung eines oder mehrerer Probleme, die von den Schülerinnen und Schüler im eigenen Schulumfeld beobachtet wurden statt. Studierende ermutigten die Schülerinnen und Schüler ihre Schulumgebung zu gestalten und ihre kreativen Ideen mithilfe von Technologien wie Arduino und 3D-Druck in die Tat umzusetzen. Der eigentliche „Hack“ fand anschließend in den NwT-Räumen des Helmholtz-Gymnasiums statt. „Hack“ steht dabei für kreatives Tüfteln und Probleme lösen. Im NwT-Unterricht haben die Jugendlichen bereits eine Bandbreite an digitalen und elektronischen Lösungswegen kennengelernt. Erweitert wurde das technische Know-how der Teilnehmenden durch die individuelle Unterstützung durch erfahrene Fachleute. Das Projekt förderte auch Fähigkeiten in den Bereichen Teamarbeit und Problemlösung. Wenn es darum geht, einen kreativen Marathon durchzustehen, sind Pizza, Süßigkeiten und Vitamine in Form von Obst die unschlagbare Kombination, um die Energie hoch und die Ideen sprudelnd zu halten. 

 Die Projekte, die im Laufe der zwei Tage entstanden, waren so vielfältig wie die kreativen Köpfe, die dahinterstanden. Zwei Teams entwickelten eine intelligente Lösung für die Transparenz im Schulgebäude. Mithilfe von Arduino und digitalen Sensoren wurde eine Anzeigetafel geschaffen, die in Echtzeit anzeigt, ob sich Lehrkräfte im Lehrerzimmer aufhalten. Ebenso wurde eine innovative Lösung für die Mensa entwickelt – eine digitale Anzeige, die den Schülern anzeigt, wie viele Plätze noch in der Mensa verfügbar sind. Zwei Teams arbeiteten an einem besonders futuristischen Projekt: der Entwicklung eines Roboteraufzugs, der Bestellungen aus dem Kiosk sammeln und sie direkt ins Klassenzimmer liefern soll. Die Schülerinnen und Schüler waren sich auch der Bedeutung eines ruhigen und ordentlichen Lernumfelds bewusst. Damit die Tische, z.B. nach dem Essen im Klassenzimmer wieder gesäubert werden haben sie einen automatischen Tischputzroboter programmiert und gebaut. Ein anderes Team überwacht den Geräuschpegel im Klassenzimmer mit einer selbstgebauten Lärmampel.  Eine andere Gruppe baute einen automatisch verstellbaren Stuhl.  Ein weiteres Team entwickelte einen Detektor, der feststellen konnte, ob auf den Toiletten mit E-Zigaretten geraucht wird. Als Reaktion darauf soll ein Farbraucherspray ausgelöst werden, der den unerwünschten Aktivitäten ein farbiges Ende setzt.   

Am Ende der Hackdays präsentierten die Schülerinnen und Schüler stolz ihre Projekte in der Aula, vor einem Publikum das aus Vertretern vom KIT, einigen Lehrkräften und Schülerinnen und Schülern einer 9. und einer 7. Klasse des Helmholtz Gymnasiums bestand. Die Organisatoren lobten nicht nur die technische Umsetzung, sondern auch das Engagement der Schülerinnen und Schüler und ihre Fähigkeit, komplexe Probleme kreativ anzugehen.  

Unterstützt wurden die Hackdays von der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik und dem Zentrum für Mediales Lernen, sowie von “Make Your School”, der Klaus Tschira Stiftung und der Vector Stiftung.  

Text und Bilder: Dr. Doris Wolff