Stadt der jungen Forscher

Erforschung von Antibiotikaresistenzen an pathogenen Bakterien - Ein Forschungsprojekt des naturwissenschaftlichen Profils des 12. Jahrgangs

Stelle dir vor, du hättest eine gewöhnliche Lungenentzündung, – und es gäbe kein Medikament mehr, das dir helfen könnte.
So oder ähnlich würde das Szenario aussehen, sollten Antibiotikaresistenzen bei pathogenen, also krankheitserregenden, Bakterien stärker zunehmen und sämtliche Antibiotika somit unbrauchbar werden. Kaum vorstellbar für die heutige Medizin und deshalb ein Grund für uns, die 12n der Humboldt-Schule Kiel, mit Hilfe des Zoologischen Instituts der CAU zu Kiel zu erforschen, wie man die Gefahr von Antibiotikaresistenzen bei pathogenen Bakterien in Zukunft eindämmen kann.
Das Team um Prof. Dr. Hinrich Schulenburg lehrte uns in einem Crash-Kurs („Wie werde ich Wissenschaftler?“) zunächst die Grundlagen wissenschaftlicher Arbeit und vermittelte uns zahlreiche Informationen zu Bakterien und Antibiotika, sowie konkret die Gefahren unbedachter Antibiotikagabe in der Medizin. Denn Antibiotikaresistenzen entstehen gerade dann, wenn nicht alle Bakterien abgetötet werden und somit die überlebensfähigeren, resistent gewordenen Bakterien sich stark reproduzieren können.
Auf Basis dieses neu erlangten Wissens konnten wir nun beginnen, unsere Projekte in Gruppen auszuarbeiten.
Die Ideen zur Verminderung von Antibiotikaresistenzen waren vielseitig. So gab es zum Beispiel eine Gruppe, die testete, ob Probiotikazugabe die Rückbildung von vorhandenen Antibiotikaresistenzen bei Bakterien beschleunigen könnte. Ausgangspunkt für diese Überlegung war zum einen, dass die Antibiotikaresistenz für die Bakterien energetische Kosten mit sich bringt, und zum anderen, dass das zusätzliche Vorhandensein von Probiotika eine Konkurrenzsituation erzeugt, durch die die Antibiotikaresistenzen noch teurer werden. Eine mögliche Konsequenz ist, dass unter diesen Bedingungen die Antibiotikaresistenz verloren geht, da die pathogenen Bakterien dann eher mit den Probiotika mithalten können.

Auch anderen Fragestellungen, die noch heute nicht vollständig in der Wissenschaft geklärt sind, widmeten sich einige Gruppen. 
So wird in der Medizin bei einer bakteriellen Infektion ein einzelnes Antibiotikum zur Behandlung gegeben. Da dies aber schnell Resistenzbildungen hervorrufen kann, schlägt die Wissenschaft zwei Varianten der Antiobiotikagabe vor, nämlich die „Rotation“ und die „Kombination“. Bei der Rotation werden im täglichen Wechsel zwei unterschiedliche Antibiotika gegeben, die Kombination wirkt durch die gleichzeitige Gabe zweier verschiedener Antibiotika. So beschäftigten sich die Gruppen mit der Gegenüberstellung der Resistenzentwicklungen bei der Rotation und bei der Kombination, als auch mit der Untersuchung der Resistenzgefahren bei einfacher Rotation im Vergleich zur wechselnden Zugabe eines einzelnen Antibiotikums und einer Antibiotikakombination. Zudem wurde ein Verfahren entwickelt und auf Resistenzen untersucht, bei dem verschiedene Antibiotikakombinationen täglich rotieren.
Nach dem Aufstellen der Versuchspläne und vielen theoretischen Vorbereitungen auf dem Papier, konnten für die Gruppen nun endlich die Experimente beginnen. Etliche Tuben, Pipetten, literweise Desinfektionsmittel und viele weitere Materialien benötigten wir, um unsere Evolutionsexperimente wissenschaftlich korrekt durchzuführen. Eine Woche lang „kümmerten“ wir uns täglich um unsere Bakterienkulturen, gaben je nach Projekt unterschiedliche Antibiotika oder Probiotika hinzu. Somit konnten wir am Ende des Experiments durch das Ausstreichen der Bakterien auf sowohl unbehandelten als auch mit einem Antibiotikum versetzten Agar-Platten feststellen, ob und in welchem Maße die Bakterien Resistenzen entwickelt oder auch verloren hatten.
Nachdem wir uns mit den Unmengen von Agar-Platten auseinandergesetzt und die Bakterien ausgezählt hatten, konnten alle Gruppen ein Ergebnis feststellen. Diese wurden wissenschaftlich in Tabellen und Diagrammen für die Zukunft festgehalten. Auch wenn das ein oder andere Ergebnis mal enttäuschte, so war es doch ein Ergebnis, das nützlich war. Einige andere Resultate zeigten aber auch, dass die Vorüberlegungen richtig waren und, dass es tatsächlich Möglichkeiten gibt, die Resistenzentwicklung bei pathogenen Bakterien einzudämmen. 
Unser großer Dank gilt Herrn Prof. Dr. Hinrich Schulenburg, Dr. Gunther Jansen, sowie Andreas Mitschke vom Zoologischen Institut der CAU zu Kiel für die tolle Unterstützung bei unserem Projekt. Ein großes Dankeschön geht auch an unsere Klassenlehrerin Christiane Frenzel, sowie die Organisatoren der „Stadt der jungen Forscher“.
Durch dieses Projekt konnten wir einen Einblick in das Forscherleben erhalten und selbst die Erfahrung machen, dass die Forschung ein steiniger Weg ist, bei dem man nicht selten Rückschläge wegstecken muss. Doch wenn die Ergebnisse positiv ausgehen und man sein Ziel erreicht hat, so ist die Freude umso größer.
Gerade deshalb hoffen wir, mit unseren Forschungsergebnissen einen kleinen Beitrag zu dem Thema geleistet zu haben, das in der Medizin und Wissenschaft so wichtig und doch noch so wenig erforscht ist.

Weitere Informationen sind auf unserer Homepage zu finden: Humboldt-Scientists

Mit Medizintechnik Alter erfahrbar
und vergessen machen

Angesichts des demographischen Wandels wird es in den kommenden Jahren immer mehr ältere Menschen geben, die unter altersbedingten Beeinträchtigungen leiden. Eine Zukunftsfrage stellt es also dar, einerseits Verständnis für diese Personen in der Gesellschaft zu schaffen und andererseits die altersbedingten Einschränkungen so weit wie möglich abzumildern. Mit unserem von der Bayer-Stiftung dieses Jahr ausgezeichneten MINT-Projekt möchten wir einen kleinen Beitrag hierzu leisten. Für unser Projekt rücken wir die beiden Beeinträchtigungsfelder Bewegen, Hören und Sehen in den Mittelpunkt. Mit Hilfe der finanziellen Förderung der Bayer-Stiftung haben wir daher sogenannte Alterssimulationsanzüge gekauft. Dadurch können die Schülerinnen und Schüler Bewegungseinschränkungen aber auch die Folgen von Sinnestrübungen oder ständigem Zittern der Hände (Tremor) nachempfinden. Sie sind gerade dabei, in kleinen Projektgruppen technische Hilfen und Verbesserungen zu entwickeln.

Entwickeln einer Stromzähler-App


„An welcher Stelle lässt sich der Stromverbrauch reduzieren, um etwas für die Umwelt zu erreichen?“

Dies ist eine gar nicht so einfache Frage, denn dafür muss der Verbrauch einzelner Hausgeräte bekannt sein. Ziel des gemeinsamen Projektes von der Kieler Humboldt-Schule und der Fachhochschule Kiel ist es, eine App zu entwickeln, mit der man Einsparpotentiale im eigenen Haushalt aufdecken kann.

Mit täglichen Stromzählermessungen und der sogenannten multivariaten Regressionsanalyse können die Lernenden nach und nach den Strombedarf einzelner Geräte bzw. Funktionen bestimmen.  Das Messen des eigenen Stromverbrauchs werden Klassen vom 5. bis zum 12. Jahrgang übernehmen. Die App entwickelt eine Informatiklerngruppe aus der Oberstufe. Mit ihrer fachlichen Expertise unterstützen Prof. Christensen als Wirtschaftsmathematiker sowie Prof. Gruschka als Informatiker dieses Projekt. Die Wissenschaftler von der Fachhochschule Kiel werden die Schülerinnen und Schüler auch beim Einsatz von statistischen Methoden und Einschätzungen beraten. Dieses fundierte Auswerten von Daten, heute häufig als „Big Data“ bezeichnet, stellt eine Zukunfstkompetenz dar, auch hinsichtlich Aspekten des nachhaltigen Ressourceneinsatzes.

Hier eine Übersicht vom komplexen Projekt: