Malen in einer Petrischale Teach article

Übersetzt von Verena Suchanek. Erstelle ein lebendes “Agarkunstwerk” und entdecke dabei die unsichtbare Welt der Mikroben, die auf unseren Händen leben.

Wenn sie das Wort “Bakterien” hören, winden sich vermutlich viele Schüler auf ihren Sitzen. Obwohl Bakterien oft als schlecht wahrgenommen werden, da sie in unseren Köpfen mit Infektionen oder Krankheiten verknüpft werden, sind die meisten für die Menschen tatsächlich ungefährlich, viele sind sogar nützlich.

Genau wie andere Mikroorganismen (wie Viren und Hefenw1), sind Bakterien zu klein, als dass wir sie mit dem bloßen Auge sehen können. Sie sind dennoch überall um uns herum. Eine Möglichkeit diese versteckten Mikroorganismen aufzudecken ist, sie in einer mit Agar gefüllten Petrischale (auch bekannt als Agarplatte) wachsen zu lassen, eine beliebte Aufgabe in Schulen.

In den vergangenen Jahren wurde diese Idee weltweit in eine Kunstform umgewandelt. Menschen verwenden nun Bakterien, um wunderschöne „Agarkunstwerke „w2herzustellen. Mit einer Animpföse werden verschiedene Arten von Mikroorganismen in unterschiedlichen Farben vorsichtig auf eine Agarplatte gestrichen. Die Platte wird inkubiert, damit die Bakterien wachsen können und hoffentlich ein mikrobielles Meisterwerk entsteht.

Agar art
“Findet Pneumo”, ein mikrobiologisches Gemälde von Korallen von dem Mikrobiologie-Techniker Linh Ngo
Andrew Simor/Linh Ngo/American Society for Microbiology
 

Das Herstellen von Agarkunstwerken in der Schule (wenngleich auch mit einer vereinfachten Herangehensweise) ist eine spielerische Methode die Schüler in die Welt der Mikrobiologie einzuführen. Die praxisorientierten Aufgaben, die in diesem Artikel beschrieben werden eignen sich für Schüler im Alter von 9 – 11 und stellen eine wertvolle Methode dar, etwas über Bakterien zu lernen.

Wir stellen auch eine einfache Einführungsaufgabe vor, in der etwas über Handhygiene gelernt wird. Obwohl es überaus wichtig ist, vor der Schulklasse zu betonen, dass nicht alle Bakterien schädlich sind, sollten Sie auch die Wichtigkeit des gründlichen Händewaschens zur Verhinderung des Ausbreitens von Infektionskrankheiten besprechen.

Falls Sie sich dazu entscheiden die folgenden Aufgaben der Reihe nach auszuführen, sollten Sie im Hinterkopf behalten, dass Sie zwischen jeder Aufgabe mindestens zwei Tage Inkubationszeit benötigen.

Sicherheitshinweis

Die Schüler sollten für die folgenden Vorgänge Laborkittel tragen, Die Schüler sollten im Klassenzimmer/Labor nicht essen oder trinken sowie ihre Finger oder andere Dinge nicht in den Mund nehmen. Sobald die Agarplatten inkubiert wurden, sollten die Schüler die Deckel ihrer Platten nicht mehr abnehmen.

Nach den üblichen Richtlinien sollte kontaminierter Abfall (z. B. Wegwerf-Abstrichösen und Agarplatten) in einen geeigneten Behälter entsorgt werden und von einem Laborabfallentsorgungsdienst eingesammelt werden. Falls das nicht möglich ist, können kontaminierte Geräte mit einem Desinfektionsmittel (z. B. Bleiche) behandelt werden und im Hausmüll entsorgt werden.

Aufgabe 1: Bakterielle Handabdrücke

Händewaschen ist die wichtigste Methode, um die Ausbreitung von Infektionen zu verhindern. In dieser einfachen Aufgabe entdecken die Schüler die Wichtigkeit einer guten Handhygiene, indem sie zwei Agarplatten mit ihren Handabdrücken vergleichen – eine Platte vor und eine nach dem Händewaschen. Die Aufgabe dauert etwa eine Stunde und die Schüler sollten einzeln arbeiten.

Material

Jeder Schüler braucht Zugang zu folgendem:

  • Zwei fertige Agarplattenw3 (Standardgröße von 100 mm Durchmesser)
  • Permanentmarker
  • Handseife (oder antibakterielle Seife), Wasser and Papiertücher

Durchführung

Pupils press their fingers onto agar
Abbildung 1: Schüler drücken
ihre Finger auf eine
Agarplatte, um die Bakterien
auf den Agar zu übertragen.

Ana Margarida Madureira
 

Unterweisen Sie Ihre Schüler wie folgt und zeigen Sie die Vorgänge, falls nötig:

  1. Beschriftet die Unterseiten der beiden Platten mit “vorher” und “nachher” und mit eurem Namen. Wenn ihr die Platten umdreht, denkt daran den Deckel festzuhalten, damit er nicht herunterfällt.
  2. Legt die Agarplatten auf den Tisch (richtig herum) und nehmt den Deckel der mit “vorher” beschrifteten Platte ab.
  3. Drückt eure Finger fest auf den Agar (Abbildung 1) und löst sie dann wieder ab.
  4. Legt den Deckel wieder zurück und wascht eure Hände mit Seife und Wasser. Trocknet sie gut mit den Papiertüchern.
  5. Wiederholt das Ganze mit der Agarplatte, die mit “danach” beschriftet ist und drückt eure Finger fest auf den Agar.
  6. Legt den Deckel zurück und wascht eure Hände, nachdem ihr den Agar angefasst habt.
  7. Legt beide Platten an einen sicheren Ort im  Klassenzimmer, um sie bei Raumtemperatur 48 – 72 h zu inkubieren (z.B. 20 °C) oder bis ihr Bakterienkolonien sehen könnt.

Beobachtung und Besprechung

Wenn die Agarplatten fertig sind, beauftragen Sie Ihre Schüler die “vorher” und “nachher” Handabdrücke (Abbildungen 2 und 3) zu vergleichen. Die folgenden Fragen und Aufgaben können ihnen bei der Auswertung der Ergebnisse helfen.

  • Was beobachtet ihr auf euren Agarplatten? Was sind die Punkte? Gibt es unterschiedliche Arten von Punkten (z. B. Unterschiedliche Farben und Formen)?
  • Gibt es einen Unterschied im Bakterienwachstum zwischen den „vorher“- und „nachher“-Handabdrücken? Was bedeutet das?
  • Zählt die Punkte auf jeder Platte zur Bestimmung der Anzahl an Bakterienkolonien. Wenn es zu viele Punkte zum Zählen sind, schätzt die Anzahl auf der ganzen Platte anhand eines Bereichs. Haltet die Werte in einer gemeinsamen Klassentabelle fest (s. Tabelle 1)
  • Vergleicht eure Agarplatte mit derer eurer Klassenkameraden. Warum gibt es auf manchen Platten größeres Wachstum als auf anderen?
  • Was sagt das über eure Handhygiene oder über die eurer Klassenkameraden aus? Was würdet ihr anhand dieser Ergebnisse euren

Erfahrungsgemäß sind die Schüler oft von der Anzahl an Kolonien auf den Platten überrascht – und von der Vielfalt der Farben und Formen der unterschiedlichen Bakterienkolonien. Die Übung kann auch als Lektion für Schüler mit schlechter Hand-Wasch-Technik dienen, die keinen Unterschied (oder sogar eine Erhöhung der Bakterienzahl) zwischen den „vorher“- und „nachher“-Platten sehen.

'Before' and 'after' agar plates for pupil 10
Abbildung 2: “Vorher”- (links) und “nachher”- (rechts) Agarplatten von Schüler 10 (s. Tabelle 1), die eine Verminderung der Bakterienzahl nach dem Händewaschen zeigen
Ana Margarida Madureira
 
'Before' and 'after' agar plates for pupil 8
Abbildung 3: “Vorher”- (links) und “nachher” (rechts) Agarplatten von pupSchüler 8 (s. Tabelle 1), die eine kleine Erhöhung der Bakterienzahl nach dem Händewaschen zeigen
Ana Margarida Madureira
 
Tabelle 1: Anzahl an Kolonien vor und nach dem Händewaschen von 23 Schülern, die die Aufgabe in ihrem Klassenzimmer durchgeführt haben 
 Schüler Vorher Nachher Prozentuale Änderung
1 144 140 -3%
2 424 208 -51%
3 36 18 -50%
4 110 60 -45%
5 138 118 -14%
6 86 98 +14%
7 55 27 -51%
8 449 490 +9%
9 148 96 -35%
10 600 85 -86%
11 125 69 -45%
12 600 289 -52%
13 68 41 -40%
14 600 245 -59%
15 309 261 -16%
16 67 18 -73%
17 132 108 -18%
18 107 120 +12%
19 82 32 -61%
20 348 234 -33%
21 54 6 -89%
22 92 46 -50%
23 125 127 +2%

Aufgabe 2: Mikrobielles “Malen”

Bevor die Schüler in ihrer letzten Aufgabe Agarkunstwerke herstellen können, müssen sie ihre ausgewählten Bakterien wachsen lassen, damit sie sie als “Farbe” auf ihrer „Agar-Leinwand” verwenden können. Das Animpfen der Bakterien auf einer Agarplatte dauert ungefähr 15 min, und danach müssen die Platten inkubiert werden.

Materialien

Jeder Schüler braucht:

  • Eine vorgefertigte Agarplatte
  • Wegwerf-Animpföse
  • Agarplatte mit der Beschriftung “vorher” aus Aufgabe 1 (oder alternative eine gekaufte Kultur von Staphylococcus epidermidis)

Durchführung

Weisen Sie Ihre Schüler wir folgt an und zeigen Sie das Vorgehen, wenn nötig:

  1. Suche das Bakterium S. Epidermidis auf der Agarplatte, die mit “vorher” beschriftet ist. S. Epidermidis ist Teil der normalen menschlichen Hautflora und hat eine typisch weiße Farbe und wächst in runden Kolonien mit einem Durchmesser von 1-2 mm. Alternativ kann eine gekaufte Kultur verwendet werden.
  2. Nimm S. Epidermidis mit dem Ende der Animpföse auf (s. Abb. 4)
  3. Nimm eine neue Agarplatte und streiche die Bakterien mit einer Animpföse über die Oberfläche des Agars (s. Abb. 5 für das Ausstreichmuster). Fange damit an Linien im ersten Quadranten des Agars zu zeichnen und halte die Impföse dabei wie einen Stift. Drücke sie nicht in den Agar hinein – berühre nur die Oberfläche.
  4. Drehe die Platte um 90° und mache Streifen auf den zweiten Quadranten.
  5. Drehe die Platte wieder um 90° und male ein Zickzackmuster zwischen die anderen bereits ausgestrichenen Quadranten.
  6. Lege den Deckel auf die Platte und inkubiere sie bei Raumtemperatur für 48 – 72 h oder bis die Platte ausreichend mit S. Epidermidis Kolonien bewachsen ist (Abb. 6).

Falls gewünscht, wiederhole das oben beschriebene Vorgehen mit anderen Bakterien (vielleicht mit einer anderen Farbe oder Kolonieform), die auf der mit „vorher“ beschrifteten Platte wachsen oder verwende gekaufte Kulturen. Impfe jede Bakterienkolonie auf einer neuen Agarplatte mit einer neuen Animpföse an.

Transfer S. epidermis
Abbildung 4: Das Aufnehmen von S. epidermidis von der Agarplatte auf eine Animpföse
Ana Margarida Madureira
 
Streaking pattern
Abbildung 5: Ausstrichmuster zum Animpfen der Agarplatte mit S. epidermidis
Ana Margarida Madureira
 
Isolated S. epidermis
Abbildung 6: Isolierte S. epidermidis zur Verwendung als Bakterien-‘Farbe
Ana Margarida Madureira

Aufgabe 3: Ein lebendiges Kunstwerk

Wenn die Inkubationszeit vorbei ist, können Ihre Schüler kreativ werden. Wir empfehlen in etwa 30 min einzuplanen, in denen die Schüler ihre mikrobiologischen Kunstwerke herstellen können.

Materialien

Jeder Schüler braucht:

  • Eine vorgefertigte Agarplatte
  • Wegwerf-Animpföse (eine für jede Bakterienart, die verwendet wird)
  • Agarplatte mit S. epidermidis (und/oder andere Kulturen)

Durchführung

Weisen Sie Ihre Schüler wie folgt an und zeigen Sie die Vorgehensweise, falls nötig:

  1. Überführe S. epidermidis von der Agarplatte auf ein Ende der Animpföse.
  2. Verwende die Öse wie einen Stift und male auf der Oberfläche deiner neuen Agarplatte (Abb. 7). Du kannst verschiedene Formen malen, deinen Namenschreiben oder sogar eine ganze Szene zeichnen.
  3. Falls nötig, sammle mehr Bakterien mit deiner Öse ein. Das ist normalerweise nötig, wenn du mit dem Zeichnen einer Linie fertig bist. Falls du mehr als eine Bakterienart verwendest, werden unterschiedliche Farben und Kolonieformen entstehen; verwende für jede Kultur eine eigene Öse.
  4. Wenn du fertig bist, setze den Deckel auf die Platte und inkubiere sie bei Raumtemperatur für 48-72 h, damit dein Kunstwerk entstehen kann.

Ihre Schüler werden begeistert sein, wie ihre Zeichnungen zum Leben erwachen. Und währenddessen hoffen wir, dass sie eine neue Wertschätzung der bakteriellen Diversität, die uns umgibt, entwickeln.

Painting microbial art
Abbildung 7: Schüler stellen mikrobiologische Kunstwerke aus isoliertem S. epidermis  her
Ana Margarida Madureira
Examples of student agar art
Beispiele der Kunstwerke von Schülern, wie sie nach der Inkubation der Agarplatten aussehen (zum Vergrößern auf das Bild klicken)
Ana Margarida Madureira

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Web References

Author(s)

Aida Duarte ist Dozentin (habilitiert) an der Faculdade Farmácia da Universidade de Lisboa, Portugal, wo sie verantwortlich für die Lehre und die Laborkoordination mikrobiologischer Kontrolle ist. Professor Duarte ist auch Forschungsgruppenleiterin am Centro de Investigação Interdisciplinar Egas Moniz.

Ana Margarida Madureira ist Dozentin an der Faculdade Farmácia da Universidade de Lisboa, wo sie pharmazeutische Chemie lehrt. Professor Madureira präsentierte ihre Arbeit über Agarkunst an Schulen auf der 2018 Hands-on-Science Konferenz in Barcelona, Spanien.


Review

Dieser Artikel stellt eine tolle Möglichkeit der interdisziplinären Lehre dar, indem ein spielerischer Ansatz verwendet wird sowohl Biologie als auch Kunst anzusprechen. Die Übung könnte von einem Lehrer, der sowohl Biologie als auch Kunst unterrichtet angewandt werden, oder in einer Kollaboration zwischen Naturwissenschafts- und Kunstlehrern.

Sie ist ideal, um zu besprechen, wo Bakterien vorkommen, wie sie in Kultur wachsen können, und wie sie mit unserem täglichen Leben verknüpft sind. Der Artikel könnte auch Stoff für interssante Diskussionen darüber liefern, wie naturwissenschaftliche und nicht-naturwissenschaftliche Fächer zusammenspielen können. Ich werde diese Übung auf jeden Fall in meinen Klassen durchführen.


Dr Christiana Nicolaou, Lehrerin der Naturwissenschaften, Archangelos Elementary School, Cyprus




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