Projektkurs Roboter-Enzym-Fabrik

Automatisierte Produktion von Bio-Bausteinen am Beispiel kunststoffabbauender Enzyme
Ein Projektkurs in Zusammenarbeit mit dem IBG-1 (Institut für Bio- und Geowissenschaften, Bereich Biotechnologie)

Mögliche Schulfachanbindung: Mathematik, Informatik, Biologie, Chemie, Technik

max. Teilnehmende: 12 Schüler:innen

Wissenschaftliche Basis: Enzyme sind biologische Katalysatoren, die chemische Reaktionen in der Natur beschleunigen. Daher sind sie von großer Bedeutung für die Industrie und eine Vielzahl von Produkten des täglichen Lebens. Um neue oder verbesserte Enzyme schneller herstellen zu können, kommen moderne Technologien zum Einsatz, darunter auch Laborroboter.
Dr. Stephan Noack und seine Arbeitsgruppe am IBG-1 (Institut für Bio- und Geowissenschaften, Bereich Biotechnologie) im Forschungszentrum Jülich entwickeln Roboter-gestützte Verfahren, um die Produktion von Enzymvarianten zu automatisieren.
In diesem Projektkurs erhalten die Schüler spannende Einblicke, wie eine Enzymproduktion nach einem Baukastensystem funktioniert, welche Rolle dabei ein Laborroboter spielt und wie damit Zeit und Ressourcen gespart werden können.

Ziele des Projektkurses: In dem Kurs lernen die Schüler:innen verschiedene Einsatzmöglichkeiten von Automatisierung in der Biotechnologie kennen. Am Beispiel von kunststoffabbauenden Enzymen soll gezeigt werden, welchen wichtigen Beitrag dieses Forschungsfeld für die Gestaltung einer nachhaltigen Zukunft leistet.

Geplante Kurselemente:

• Zu Beginn des Projektkurses nehmen die Jugendlichen dafür im JuLab an einem Basis-Experimentiertag teil, um grundlegende Labormethoden der Mikrobiologie zu erlernen. Im Verlauf des Schuljahres fokussieren sich die Schüler:innen im Projektkurs auf die Vielfalt verschiedenster Enzyme sowie deren Herstellung. Dafür geben die Mentor:innen des IBG-1 zu Beginn eine Einführung in ihr Forschungsfeld und führen die Teilnehmenden durch ihre Forschungslabore.

• Anschließend produzieren und isolieren die Schüler:innen an drei Labortagen nach den Herbstferien gemeinsam mit ihren Mentor:innen in den Laboren des IBG-1 ausgewählte Enzyme und charakterisieren diese mittels modernster Methoden unter Zuhilfenahme von Laborrobotern.

• Im Projektkurs „Roboter-Enzym-Fabrik“ eignen sich die Schüler:innen grundlegendes mikrobiologisches und genetisches Wissen an, erlernen moderne Labormethoden, programmieren einen Liquid-Handling Roboter und werten ihre erzeugten Daten statistisch aus. Sie erhalten dadurch einen Einblick in den Forscheralltag eines Biotechnologen. Zusätzlich bekommen sie eine praktische Einführung in die professionelle Literaturrecherche in der Zentralbibliothek des Forschungszentrums und erstellen eine Präsentation der Ergebnisse des Projektkurses für die Abschlussveranstaltung im JuLab.

Was sollten Sie als Lehrkraft mitbringen?

• Eine hohe Motivation, an fachübergreifenden Projekten zu arbeiten.
• Interesse an der Förderung vernetzten Denkens bei den beteiligten Schüler:innen.
• Die Bereitschaft, sich entsprechend des Nachhaltigkeitsgedankens aus ökologischer, sozialer und ökonomischer Sicht in das Thema einzudenken.
• Naturwissenschaftliche Fachkenntnisse sowie möglichst Erfahrung bzgl. Experimentieren und grundlegenden Labormethoden.