Bannerbild (Quelle: SWR – Screenshot aus der Sendung) (Foto: SWR – Screenshot aus der Sendung)

total phänomenal · Genetik

Gentechnik | Unterricht

STAND
Autor/in
Mareike Vollmer
Tanja Appel


Themen
• Genom
• Genschere
• Forschung
• DNA

Fächer
• Biologie

Klassenstufen
• ab Klasse 10

Nadel sticht durch Zellwand in Zellkern. (Foto: SWR – Screenshot aus der Sendung)
Mit neuen Methoden kann die Wissenschaft heute das Erbgut verändern SWR – Screenshot aus der Sendung Bild in Detailansicht öffnen
Die Abfolge der vier Basen legt den genetischen Code eines Lebewesens fest SWR – Screenshot aus der Sendung Bild in Detailansicht öffnen
Durch die Anwendung der Genschere CRISPR/Cas kann ein Teil der DNA entfernt oder ersetzt werden SWR – Screenshot aus der Sendung Bild in Detailansicht öffnen

Bezug zu den Bildungsplänen

Mit biotechnologischen Werkzeugen das Genom eines Lebewesens verändern – die Gentechnik ist eine Teildisziplin der Biotechnologie, die erfolgreich praktiziert und stetig verfeinert wird. Sie bedingt spezielle Werkzeuge und Tools, sodass das gezielte Verändern der genetischen Information eines Organismus möglich wird. Die daraus entstandenen gentechnisch veränderten Organismen weisen entweder neue Eigenschaften auf, wenn ein gewünschtes Gen in das Genom eingebracht wurde, oder verlieren eine unerwünschte Eigenschaft durch gezieltes Deaktivieren oder Ausschneiden des entsprechenden Genabschnittes.

Durch das Siegel „Ohne Gentechnik“, das mehr und mehr auf Lebensmittelverpackungen zu finden ist, kommen unsere Schüler*innen in ihrem Alltag mit der Thematik in Kontakt. In den Medien sind ständig neue Erkenntnisse aus der Gentechnik präsent. Um den Einsatz der gentechnischen Werkzeuge bewerten zu können, sind laut Bildungsplan biologische Kenntnisse und die molekularen Hintergründe Voraussetzung für eine fundierte Entscheidungsfindung. Die Schüler*innen sollen die Tragweite naturwissenschaftlicher Erkenntnisse und Entwicklungen dahingehend erfahren, dass durch technologische Verfahren gezielte Manipulationen von biologischen Strukturen und Prozessen möglich sind.

Die Anwendung der Gentechnik lässt einerseits immense Chancen zu, zeigt aber auch Grenzen und Risiken auf. In diesem Spannungsfeld erarbeiten sich die Schüler*innen mithilfe des Filmes „Gentechnik - CRISPRCas + Co.“ Kompetenzen, mit denen sie biowissenschaftliche Aussagen und Methoden beurteilen und Entscheidungen im Sinne einer nachhaltigen Entwicklung treffen können.

Die Genschere CRISPR/Cas9 hat die Gentechnik in den letzten Jahren so stark revolutioniert wie kein anderes Werkzeug. Der Entdeckung des Schneideenzyms in Bakterien sowie der herausragenden technischen Entwicklung dieses Systems verdanken wir einen hochspezifischen Mechanismus, mit dem DNA einfacher und präziser geschnitten werden kann als je zuvor. Der aktuelle Forschungsstand in Bezug auf den Nutzen der Genschere bei der Heilung von Erbkrankheiten weckt Hoffnungen und zeigt das große Potenzial dieses Tools.
Der Film verdeutlicht dies durch den Einsatz der Genschere in der Landwirtschaft und damit im Rahmen der grünen Gentechnik. Die grüne Gentechnik ermöglicht neue (Pflanzen-) Eigenschaften, die durch die klassische Züchtung nur schwer zu erreichen wären. Höhere Erträge und das Einsetzen von Resistenzgenen sind nur zwei Ziele, die durch Gentechnik gegenüber der herkömmlichen Landwirtschaft sehr viel schneller erreicht werden können. Gleichzeitig ist die Gefahr der Wunderwaffe CRISPR/Cas9 nicht zu unterschätzen, wenn diese nicht reflektiert zum Einsatz kommt: nicht vorhersagbare Folgen für sensible Ökosysteme und gesellschaftliche Herausforderungen, deren Reichweite wir bisher nur erahnen können.

Pflanzenzucht in einer Halle. (Foto: SWR – Screenshot aus der Sendung)
Grüne Gentechnik: Mithilfe der Genschere werden Pflanzen mit verbesserten Eigenschaften gezüchtet SWR – Screenshot aus der Sendung

Einsatz im Unterricht

Laut Bildungsplan 2016 für Baden-Württemberg ist der Themenbereich „Gentechnik“ im Biologieunterricht der Oberstufe (Klasse 11/12) anzusiedeln. Die Schüler*innen begegnen hier biologischen Phänomenen auf Molekülebene und erlangen ein möglichst tiefes Verständnis der Werkzeuge und Methoden der Molekularbiologie. Verschiedene Verfahren zur Herstellung transgener Organismen sollen beschrieben und die Chancen und Risiken der Gentechnik in verschiedenen Anwendungsbereichen bewertet werden. Im Rahmen der angewandten Biologie zeigt der Film das modernste Verfahren zur Manipulation von Genen und erweitert die klassischen gentechnischen Verfahren wie Isolierung und Transfer von Genen mittels Restriktionsenzymen und Plasmiden mit neuen Erkenntnissen aus der aktuellen Forschung.
Gleichwohl kann der Film im Themenfeld „Genetik“ und „Ökologie“ schon in Klasse 10 eingesetzt werden, um den Einsatz der Gentechnik mit Schwerpunkt auf Wechsel und Auswirkungen auf ökologischer Ebene zu legen.

Das folgende Unterrichtsmaterial ist für Klasse 10 und tiefergehend für Klasse 11/12 konzipiert.
Zusätzliche Arbeitsblätter für die Sekundarstufe I an Realschulen: Arbeitsblätter 8-10.

Unterrichtsverlauf

Der Film „Gentechnik – CRISPR/Cas + Co.“ eignet sich am besten für eine Doppelstunde oder zwei aufeinanderfolgende Stunden. Die Arbeitsblätter können variabel eingesetzt werden, je nachdem, welcher Schwerpunkt in der Stunde gesetzt werden soll. Ein möglicher Schwerpunkt könnte das Prinzip von CRISPR/Cas sein, was mit Arbeitsblatt 1 erarbeitet werden kann. Im Rahmen eines Storyboards sollen die Schüler*innen Live-Kommentare zu vorgegebenen Filmszenen verschriftlichen. Die selbst erstellten Kommentare können anschließend von den Schüler*innen parallel zum stummgestellten Film vorgetragen werden. Als Differenzierungsstufe 1 ist keine weitere Hilfestellung gegeben. Differenzierungsstufe 2 beinhaltet vorgegebene Fachbegriffe und Differenzierungsstufe 3 vorgegebene Kommentare, die zugeordnet werden sollen. Soll der Schwerpunkt auf die natürliche Funktionsweise der CRISPR/Cas-Schere in Bakterien gelegt werden, so kann Arbeitsblatt 2 verwendet werden. Die Schüler*innen können sich hier anhand eines Textes und passender Abbildungen die Funktionsweise erarbeiten und üben, die wesentlichen Schritte in Form eines Flussdiagrammes darzustellen. Auch hier sind Differenzierungsstufen (Vorgabe des Flussdiagramms oder der Textbausteine) möglich.

Schematische Darstellungen von Flussdiagrammen. (Foto: Colourbox, Kubko)
Colourbox, Kubko


Exkurs: Darstellungstechnik Flussdiagramm Ein Flussdiagramm eignet sich zur chronologischen und übersichtlichen Darstellung eines Vorgangs oder eines Prozesses. Die dafür notwendigen Inhalte können entweder aus einer Grafik oder einem Text entnommen werden. Darin enthaltene Zusammenhänge sollen optisch als Kettenabfolge erkennbar werden. Hierbei sind ein gutes Textverständnis und das Extrahieren notwendiger Informationen wichtig. Flussdiagramme eignen sich zur Ergebnissicherung und werden nicht selten in Abituraufgaben von den Schüler*innen gefordert. Das Einüben dieser Technik macht also vor allem in der Oberstufe Sinn und kann schon in den vorangehenden Jahrgangsstufen vorbereitet und erlernt werden.

Grafische Darstellung einer DNA-Sequenz auf dem Bildschirm. (Foto: Quelle: SWR – Screenshot aus der Sendung)
Eine DNA-Sequenz wird für den Einsatz der Genschere markiert Quelle: SWR – Screenshot aus der Sendung

Setzt man den Schwerpunkt auf den konkreten Einsatz der Genschere in der Landwirtschaft, so dient das Arbeitsblatt 3 der Erarbeitung. Arbeitsblatt 4 nimmt die grüne Gentechnik im Allgemeinen in den Fokus. Arbeitsblatt 5 dient zur kontroversen Auseinandersetzung mit den Milliardengeschäften von Großkonzernen wie Bayer/Monsanto in Bezug auf den Einsatz von Glyphosat. Zitate und Aussagen von Wissenschaftlern und berühmten Persönlichkeiten zum Einsatz der CRISPR/Cas-Schere zeigen Möglichkeiten und Grenzen auf und lassen Raum für facettenreiche Diskurse. Soll der Schwerpunkt der Stunde auf den Anwendungen der Genschere in der Grundlagenforschung liegen, so kann Arbeitsblatt 7 herangezogen werden.

Überblick zu den Arbeitsblättern für die Sek. II:
ArbeitsblattThema/Schwerpunkt
1Das Prinzip von CRISPR/Cas als Storyboard (mit Differenzierungsmöglichkeiten)
2Das CRISPR/Cas-System in der Natur (mit Differenzierungsmöglichkeiten)
3Revolution in der Landwirtschaft
4Grüne Gentechnik
5Das Milliardengeschäft der Großkonzerne
6Aussagen zur CRISPR/Cas-Genschere
7Die CRISPR/Cas-Genschere in der Grundlagenforschung
Weitere Arbeitsblätter für die Sek. I:
ArbeitsblattThema/Schwerpunkt
8Die Genschere CRISPR/Cas – Funktion
9Die Genschere CRISPR/Cas – Befürworter und Kritiker
10Klassische Gentechnik und Genschere

Alle Themen zum Schwerpunkt total phänomenal · Genetik

Die Spur der DNA

Für Einbrecher wird das Leben immer schwerer; denn selbst wenn sie Fingerabdrücke vermeiden, hinterlassen sie Spuren, die zu ihrer Überführung beitragen können. Die Ermittler fahnden am Tatort nach Haaren, Hautschuppen, winzigen Blutflecken, in denen das unverwechselbare Markenzeichen jedes Menschen steckt: der genetische Fingerabdruck.
Mit aufwändigen Verfahren werden individuelle Abschnitte im Erbgut, in der DNA, sichtbar gemacht. Mit ihrer Hilfe können Täter belastet und Unschuldige entlastet werden. Der genetische Fingerabdruck gibt aber auch Aufschluss über verwandtschaftliche Verhältnisse, zum Beispiel über die Möglichkeit einer Vaterschaft.

total phänomenal SWR Fernsehen

Gen-Ethik

Die Gentechnik erlebt eine Revolution. Neue Genscheren wie Crispr machen die Genmanipulation so einfach und schnell wie nie zuvor. In der Tier- und Pflanzenzucht beschleunigt der direkte Eingriff ins Erbgut nicht nur das Erschaffen neuer Merkmale – es geht auch präziser als jemals zuvor.
Die Methoden funktionieren auch beim Menschen. In der Medizin sind die Hoffnungen riesig, mithilfe der Gentechnik große Fortschritte im Kampf gegen Erbleiden, Krebs, HIV und viele andere Krankheiten machen zu können. Doch kennen wir alle Nebenwirkungen?
Aber es geht nicht allein um die Abwägung von Chancen und Risiken. Es geht auch um ethische Fragen: Darf der Mensch längst ausgestorbene Arten wieder zum Leben erwecken? Wird auch der Mensch zum Objekt der Manipulation? Wird er sich in Zukunft selbst nach Wunsch designen? Und wer entscheidet darüber?
Die neue Dokumentation "Gen-Ethik" aus der Reihe "total phänomenal" beleuchtet die ethischen Aspekte, die sich aus dem rasanten Fortschritt der Gentechnik ergeben.

Planet Schule: Total phänomenal - Gen-Ethik WDR Fernsehen

Gentechnik

Die Gentechnik erlebt eine Revolution. Neue Genscheren wie CRISPR/Cas9 machen die Manipulation der Gene so leicht und präzise wie nie zuvor. In der Landwirtschaft versprechen genmanipulierte Pflanzen höhere Erträge und bessere Widerstandskraft gegen Schädlinge – ein Milliardengeschäft für Saatgutkonzerne. Auch die Grundlagenforschung profitiert von den neuen Techniken. CRISPR macht die Untersuchung des Erbguts viel einfacher und effizienter, als es bis vor kurzem möglich war. DNA lässt sich so einfach modifizieren. Doch welche Risiken bergen die neuen Möglichkeiten? Wird das Genom zum Spielball der Forschung?
Die neue Dokumentation „Gentechnik“ aus der Reihe „total phänomenal“ stellt wichtige Aspekte dieser neuen Techniken vor und besucht große Saatgutkonzerne in den USA sowie Forschungslabore in Deutschland. Aufwendige Animationen veranschaulichen die Vorgänge im Genom und die Funktion der Genschere CRISPR/Cas9. Experteninterviews beleuchten negative und positive Aspekte der Gentechnik.

Planet Schule: Total phänomenal - Gentechnik WDR Fernsehen

The Trail of DNA

Für Einbrecher wird das Leben immer schwerer; denn selbst wenn sie Fingerabdrücke vermeiden, hinterlassen sie Spuren, die zu ihrer Überführung beitragen können. Die Ermittler fahnden am Tatort nach Haaren, Hautschuppen, winzigen Blutflecken, in denen das unverwechselbare Markenzeichen jedes Menschen steckt: der genetische Fingerabdruck.
Mit aufwändigen Verfahren werden individuelle Abschnitte im Erbgut, in der DNA, sichtbar gemacht. Mit ihrer Hilfe können Täter belastet und Unschuldige entlastet werden. Der genetische Fingerabdruck gibt aber auch Aufschluss über verwandtschaftliche Verhältnisse, zum Beispiel über die Möglichkeit einer Vaterschaft.

Totally Phenomenal SWR Fernsehen

STAND
Autor/in
Mareike Vollmer
Tanja Appel