Lehrplan PLUS

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

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

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

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

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