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12 Vom Makro- in den Nanokosmos am Beispiel des Blutes Dr. Ruth Schellberg Der Einstieg vom Makrokosmos über den Mikrokosmos hinein in die Welt des Nanokosmos erfolgt im Buch „<strong>Faszination</strong> <strong>Nanowelten</strong>“ am Beispiel des Blutes. Der „Lebenssaft“ ist ein ideales Lernthema, um Schülern die Dimensionen des Mikro- und Makrokosmos verständlich zu machen. Mit bloßem Auge wirkt er wie eine amorphe visköse Flüssigkeit. Schon eine simple Zentrifugation macht verständlich, dass er offenbar nicht nur fl üssige, sondern auch feste Bestandteile enthält. Ein Blick durchs Lichtmikroskop lässt Zellen erkennen, durch spezielle Aufarbeitungsschritte gelingt sogar die Darstellung von Metaphasenchromosomen. Eine Analyse mit dem Rasterelektronenmikroskop deckt eine Substruktur dieser Chromosomen auf, die mit den Methoden der modernen Biochemie und Molekulargenetik auf Komplexe aus DNA, Histonen und Nicht-Histonproteinen zurückgeführt werden kann. Mit Hilfe des Rastertunnelmikroskops können schließlich sogar die Grundbausteine der DNA sichtbar gemacht werden. Folgende Unterrichtsthemen eignen sich zur Vorbereitung oder Vertiefung des Kapitels »Blutige Mission«: 1. Aufbau, Funktionsweise und Anwendungsbereiche von technischen Geräten zur Zellforschung (Lichtmikroskop, Elektronenmikroskop, Rastertunnelmikroskop) 2. Die physikalischen Maßeinheiten (Millimeter, Mikrometer, Nanometer) zur Beschreibung des Mikro- und Nanokosmos anhand von Objekten entsprechender Größe aus dem menschlichen Körper (z. B. die Eizelle des Menschen, die mit einem Durchmesser von 0,11 bis 0,14 mm gerade noch mit bloßem Auge erkennbar ist usw.) 3. Angeborene Krankheiten des Blutes, z. B. die Sichelzellenanämie als Folge eines Aminosäureaustauschs im Hämoglobinmolekül 4. Erworbene Krankheiten des Blutes – etwa die chronische myeloische Leukämie (CML) als Beispiel einer Tumorerkrankung, deren molekulare Ursache seit der Identifi zierung des sog. Philadelphia- Chromosoms auf eine Translokation zwischen Chromosom 9 und 22 zurückgeführt werden kann 5. Durch Blut übertragbare Krankheiten, z. B. HIV, Hepatitis-B und Hepatitis-C 6. Die Bedeutung von konstitutionellen Chromosomenaberrationen für die Entstehung von Fehlbildungssyndromen (z. B. die Trisomie 21 als molekulare Ursache des Down-Syndroms) 7. DNA-Tests und ihre Anwendungsmöglichkeiten, z. B. zur Diagnostik von erblichen Erkrankungen, im Rahmen von Vaterschaftsgutachten oder in der Forensik. Praktische Fallbeispiele aus dem klinischen Routinealltag Zur Veranschaulichung von numerischen und strukturellen Chromosomenaberrationen fi nden Sie anbei zwei Fälle aus dem Klinikalltag.
Das Bildmaterial ist von der Abteilung für Cytogenetik des Humangenetischen Instituts der Universität Bonn zur Vervielfältigung für den Schulunterricht freigegeben. Die für die Untersuchung der beiden Patienten angewendete Färbetechnik mit Giemsa, die so genannte GTG-Färbung, ermöglicht eine numerische wie strukturelle Analyse unter dem Lichtmikroskop und damit eine Untersuchung im Mikrokosmos. Submikroskopische Auffälligkeiten werden mittels so genannter FISH-Analysen durch fl uoreszenzmarkierte DNA-Sonden sichtbar gemacht. Fallbeispiel 1: Einer Patientin wurde im Alter von drei Monaten unter der klinischen Verdachtsdiagnose eines Down- Syndroms peripheres Blut zur Chromosomenanalyse aus Lymphozyten entnommen. Die Untersuchung mit GTG-Färbetechnik ergab folgenden Chromosomenbefund: 47, XX, +21 – pathologischer weiblicher Karyotyp mit freier Trisomie 21. Fallbeispiel 2: Im Alter von sechs Jahren wurde bei der Patientin eine Chromosomenanalyse aus Lymphozyten des peripheren Blutes durchgeführt. Sie war deutlich zu klein für ihr Alter und hatte einen Herzfehler. Verdachtsdiagnose: Ullrich-Turner-Syndrom. Die Untersuchung ergab folgende Auffälligkeit: 46,X, i(X)(q10) – weiblicher Karyotyp mit Isochromosom des langen Arms des X-Chromosoms. Damit liegt ein numerisch unauffälliger, aber strukturell auffälliger Befund vor. Ein weiblicher Chromosomensatz mit einem unauffälligen und einem strukturveränderten X-Chromosom. Das aberrante X-Chromosom besteht aus zwei langen Armen, die im Zentromer miteinander verschmolzen sind. Solche Strukturumbauten werden als Isochromosom bezeichnet. Das Vorliegen eines normalen X-Chromosoms sowie eines Isochromosoms i(X)(q10) führt zu einer Monosomie für den kurzen Arm des X-Chromosoms und einer Trisomie für dessen langen Arm. Das klinische Bild gehört zum Spektrum des Ullrich-Turner-Syndroms. 13
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