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Biotechnologie 13 (vertiefendes Wahlpflichtfach ABU)

gültig ab Schuljahr 2019/20

Der Lernbereich 1 ist verpflichtend zu unterrichten, aus den optionalen Lernbereichen müssen zudem mindestens drei Lernbereiche umgesetzt werden.

BT13 Lernbereich 1: Grundlagen der Mikroskopier- und Präparationstechniken
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • beurteilen die Anwendungsmöglichkeiten verschiedener Mikroskoparten, indem sie diese hinsichtlich Aufbau, Funktion und Auflösungsvermögen vergleichen.
  • dokumentieren verschiedene Mitosestadien, indem sie geeignete Färbemethoden für Pflanzengewebe anwenden, das Lichtmikroskop fachgerecht bedienen und detaillierte Zeichnungen anfertigen.
  • beschreiben verschiedene Konservierungsmethoden und erläutern deren spezifische Anwendungsmöglichkeiten.
  • untersuchen den anatomischen Aufbau von Wirbeltierorganen, indem sie spezifische Präparationstechniken anwenden.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Lichtmikroskop, Elektronenmikroskop, Rasterkraft- oder Rastertunnelmikroskop
  • Färbung pflanzlicher Gewebe, Mitosestadien
  • Konservierungsmethoden (z. B. Alkohol, Formalin, Plastination), Dauerpräparate
  • Wirbeltierorgane, z. B. Niere, Herz, Auge, Gehirn

BT13 Lernbereich 2: Medizinische und pharmakologische Verfahren (optional)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • erläutern die Bedeutung monoklonaler Antikörper im Rahmen antikörperbasierter Nachweisverfahren und Therapiemöglichkeiten und beschreiben entsprechende Verfahren, die im medizinischen Bereich genutzt bzw. diskutiert werden.
  • erklären das Prinzip der Durchflusszytometrie im Rahmen der medizinischen Routinediagnostik und der zellbiologischen Grundlagenforschung.
  • beschreiben Anwendungsgebiete, Vorgehensweisen und medizinisch-biologische Prinzipien der Regenerationsmedizin zur Wiederherstellung beschädigter Organe oder Gewebe und beurteilen mögliche ethische Aspekte.
  • beschreiben unter Verwendung fachtypischer Skizzen unterschiedliche Prinzipien der Impfstoffentwicklung und vergleichen die Verfahren hinsichtlich ihrer medizinischen Möglichkeiten.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • monoklonale Antikörper: Gewinnung, Anwendung in der Diagnostik (z. B. ELISA, DNA-Chips, Krebsdiagnostik über Erkennung von Tumormarkern) und Therapie (z. B. Krebsimmuntherapie), therapeutische Grenzen
  • Durchflusszytometrie: Funktionsprinzip und Anwendungsbeispiele (medizinische Diagnostik, wie z. B. in der Immunologie, zellbiologische Grundlagenforschung)
  • Regenerationsmedizin, z. B. Tissue Engineering, Stammzelltherapie
  • Vollimpfstoffe, abgeschwächte Impfstoffe, Spaltimpfstoffe (subunit vaccines), Vektorimpfstoffe, reverse Impfstoffentwicklung, DNA-Impfstoffe

BT13 Lernbereich 3: Gentechnik (optional)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • isolieren DNA aus tierischen oder pflanzlichen Zellen, wobei sie Versuchsvorschriften selbständig umsetzen.
  • begründen, ausgehend vom chemischen Aufbau der DNA, den Mechanismus der DNA-Sequenzierung nach Sanger und Coulson und werten entsprechende Diagramme aus.
  • erklären den Funktionsablauf einer Real-Time PCR und analysieren entsprechende Ergebnisdiagramme.
  • erläutern ein ausgewähltes gendiagnostisches Verfahren und führen Einzelschritte dieses Verfahrens unter Anleitung selbst durch. Auf das Experiment bezogen diskutieren sie Grenzen und Zuverlässigkeit gentechnischer Testmethoden.
  • beschreiben Mechanismen zur Unterdrückung der Genexpression und entwickeln weiterführende Ideen zur Anwendung in Medizin und Pflanzenbau.
  • erklären die Verfahrensschritte der Klonierung bei Zuchttieren und grenzen die Klonierung klar von der Veränderung der genetischen Information bei transgenen Organismen ab.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Schülerexperiment: DNA-Isolierung aus Früchten oder Präparation von Riesenchromosomen der Zuckmückenlarven (Chironomiden)
  • DNA-Sequenzierung nach Sanger und Coulson
  • Real-Time PCR
  • gendiagnostische Methoden, z. B. genetischer Fingerabdruck (PCR, Restriktionsverdau, Gelelektrophorese, DNA-Färbemethoden)
  • Stilllegen von Genen: Antisensetechnik, RNA-Interferenz
  • Klonierung

BT13 Lernbereich 4: Bioinformatik (optional)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • begründen die aktuelle und zukünftige Bedeutung der Bioinformatik, indem sie beispielhaft deren Anwendungsbereiche und Möglichkeiten beschreiben.
  • vergleichen durch Nutzung von Datenbanksystemen oder entsprechender Software Aminosäure- bzw. Nukleotidsequenzen und begründen somit z. B. Verwandtschaftsbeziehungen zwischen Lebewesen.
  • nutzen Algorithmen zur Rekonstruktion von Stammbäumen aus molekularbiologischen Daten, wobei sie die Grenzen dieser Techniken kritisch diskutieren.
  • erklären Wirkungszusammenhänge in biologischen Systemen, indem sie entsprechende Modelle entwerfen und mithilfe computergestützter Simulationen den Einfluss variierender Parameter überprüfen.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • aktuelle Anwendungsbereiche der Bioinformatik
  • Mustervergleich und Identifikation von DNA-Sequenzen (z. B. lac-Operon) bzw. Proteinen (z. B. Proteinprodukte des lac-Operons, Hämoglobin) in verschiedenen Organismengruppen unter Nutzung geeigneter Datenbanksysteme, Vergleichsalgorithmen und Darstellungsformen, z. B. Dotplots
  • grundlegende Ansätze von Algorithmen zur Erstellung phylogenetischer Stammbäume aus molekularbiologischen Daten (z. B. Neighbor-Joining-Algorithmus, NJ oder Unweighted Pair Group Method with Arithmetic mean, UPGMA); Erstellung eines Stammbaums (z. B. eines Primatenstammbaums) basierend auf homologen genetischen Sequenzen
  • Bedienen einer Software für dynamische Simulationen, z. B. Dynasys, Vensim PLE
  • Simulation als computergestützter, vereinfachter Nachbau eines Ausschnitts der realen Welt, z. B. unbegrenztes und begrenztes Populationswachstum einer Bakterienkolonie

BT13 Lernbereich 5: Aktuelle Entwicklungen in der Biotechnologie (optional)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • beschreiben Einsatzmöglichkeiten von Mikroorganismen vor allem in den Bereichen Abfalltechnologie, Biokunststoffe und Biopolymere unter Berücksichtigung entsprechender Verfahrenstechniken.
  • erklären neueste Forschungsprojekte und aktuelle Entwicklungen in allen Bereichen der Biotechnologie auf Basis ihrer fachwissenschaftlichen Kenntnisse und bewerten diese Entwicklungen unter wirtschaftlichen, gesellschaftspolitischen und ethischen Gesichtspunkten.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Abfalltechnologie, Abbau von Schad- und Abfallstoffen durch Mikroorganismen, Bodendekontaminierung
  • Kunststoffproduzierende und ‑abbauende Mikroorganismen
  • Nutzung mariner Mikroorganismen
  • Bioverfahrenstechnik
  • weitere aktuelle Beispiele aus Forschung und Industrie