Einleitung

Bei dem Versuch „Flotation Assay“ und „Immunfluoreszenzmikroskopie“ geht es um zwei unterschiedliche Methoden, die sich in den Aussagen der Membranlokalisation des BMP Typ 1 Rezeptors ergänzen.                                                                                                                                                BMPs (Bone Morphogenetic Proteins) sind Wachstumsfaktoren, die mehrere Differenzierungsprozesse regulieren, wie z.B. die Differenzierung der Knochenvorläuferzellen, durch diese sie ihren Namen tragen.                                                                                                                                                  Es gibt verschiedene Typ 1- und 2 Rezeptoren, die an den spezifische BMP-Liganden  binden. Die Bindung führt zu einer Signalkaskade durch Phosphorylierung weiterer Liganden, die zur Aktivierung verschiedener Zielgene führt.                                                                                                          Beide Versuche geben Auskunft über die Lokalisation des BMP Typ 1 Rezeptors in Lipid Raft haltiger Plasmamembran oder nicht-Lipid-Raft haltiger Plasmamembran. Es handelt sich um eine dichte Nanodomäne der Plasmamebran,                                                                                                          aus Lipiden mit gesättigten Fettsäuren, die nur bestimmte Proteine aufnehmen und damit Prozesse wie Bindung und Spaltung zwischen Raft-lokalisierten Proteinen mit hoher Effizienz ablaufen. Ihre für die Versuche bedeutsame                                                                                                        Eigenschaft ist, dass sie resistent gegenüber niedrigkonzentrierte Detergenzien sind und die Membran bis auf die Lipid Rafts bei Zugabe dieser lysiert wird. Lysieren der Plasmamembran führt mehreren Fraktionen in einem                                                                                                  diskontinuierlichen Dichtegradienten, den Zellfragmenten, Proteinen der Lipid-Rafts und dem Lipid-Protein-Gemisch, die Lipid Rafts. Dieses Gemisch weist eine geringere Dichte als die Proteine der nicht-Lipid-Rafts auf, und wird                                                                                                  dementsprechend im niedrigkonzentrierten Bereich lokalisiert. Nach dem Fraktionieren der Proteine werden sie mittels SDS-Page ihrer Größe nach aufgetrennt und ein Western-Blot nach dem „Wet“ Verfahren einer Nitrocellulosemembran übertragen.                                                                   Nach Primärantikörperinkubation mit mouse anti-HA und Sekundärinkubation mit goat anti-rabbit, wird der HA-Tag des Rezeptors und Flotillin2 durch Lumineszenz gemessen. Verwendet werden Mutanten, die sich in ihrer Transmembrandomäne des Typ 1 Rezeptors unterscheiden. Verschiedene Typen der BMPRs kommen unterschiedlich häufig vor, weshalb die Bandenintensitäten voneinander abweichen. Die Immunfluoreszenzmikroskopie basiert auf die Analyse der Kolokalisation des BMP-Rezeptors mit den Lipid Rafts. COS-7 Zellen werden mit verschiedenen ALK6-Konstrukturen mithilfe von PEI transfiziert, die die DNA positivieren und der PEI/DNA-Komplex durch die ionische Wechselwirkung  mit der negativ geladenen Zellhülle in die Zelle aufgenommen wird. Die Zelle wird permeabilisiert, sodass verschiedene Zellbestandteile zugänglich sind und mit Farbstoffen angefärbt werden. Dabei wird das Aktin im Zytokelett mit Phalloidin und die DNA mit DAPI angefärbt, die bei Bestrahlung mit Licht unterschiedliche Fluoreszenz aufweisen und unter dem Mikroskop unterschieden werden können. Um Flotillin und den BMP-Rezeptor lokalisieren zu können werden außerdem fluoreszierende Sekundär-Antikörper verwendet

Lehrveranstaltung

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Fachbereich/Institut

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Biologie, Chemie, Pharmazie

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Studiengang

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Biochmie

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Werkzeuge

• FU-Wiki-System

Umsetzung

Im Wissenschaftsbetrieb wird bei Laborversuchen standardmäßig ein Laborbuch geschrieben. In diesem Laborbuch wird die genaue Versuchsdurchführung und deren Ergebnisse notiert. Es gehört zu guten wissenschaftlichen Praxis. Momentan gibt es an Universitäten und in Firmen sowohl handschriftlich geführte Laborbücher als auch digitale Laborbücher. Für beide Formen existieren die gleichen Anforderungen. Im Kohlenhydrate-Praktikum wurde im Wintersemester 2017/2018 erstmals ein digitales Laborbuch eingeführt. Vorher gab es dort ein handschriftlich geführtes Laborbuch. Die Umstellung hatte folgende Gründe:

• Zeitgleiches Korrigieren und Schreiben der Laborbücher: Beim handschriftlich geführten Laborbuch ist nur sehr wenig Zeit für das Korrigieren eines Laborversuches, da die Studierenden zeitnah schon ihren nächsten Laborversuch im Laborbuch dokumentieren möchten und sollen. Beim digitalen Laborbuch ist dies zeitgleich möglich.
• Einfacheres Einfügen von digitalen Daten, wie Mikroskopie-Bilder oder lange Excel-Tabellen.

• Keine schlecht lesbaren Handschriften mehr: Es entsteht ein deutlicher Zeitvorteil beim Korrigieren, da Entzifferungsarbeit entfällt.

Das Kohlenhydrate-Praktikum hat für diese Umstellung den Vorteil, dass es das letzte von mehreren Grundpraktika innerhalb eines Semesters ist. So können die Studierenden in den ersten Grundpraktika das handschriftlich geführte Laborbuch und dann – quasi einer Evolution folgend – am Ende der Grundpraktika-Reihe das digitale Laborbuch kennen lernen und anwenden.

Für das digitale Laborbuch gelten die gleichen Anforderungen wie für handschriftliche geführte Laborbücher:

• Es muss Platz sein für Inhalte, wie Versuchsdurchführung.
• Änderungen und/oder Ergänzungen müssen nachvollziehbar sein.
• Datenlöschung soll nicht möglich sein.
• Es muss automatisch ein Zeitstempel bei jeder Eintragung beigefügt werden.
• Es muss korrekturfähig sein.

Es wurde das FU-Wiki-System gewählt, weil es alle obigen Anforderungen erfüllt und weitere Vorteile bietet. So gibt es IT-Unterstützung des CeDiS und der Datenschutz kann problemlos eingehalten werden. Zudem ist der Zugang niederschwellig: Die Anwendung des FU-Wiki-Systems ist ähnlich dem Wikipedia-Lexikon und sehr intuitiv. Der Nachteil des FU-Wiki-Systems ist sicherlich, dass es ursprünglich für andere Anwendungen, z.B. eher Text-lastige Inhalte, konzipiert worden ist.

Es wurde sich nicht für Programme entschieden, die genau für die Anwendung als digitales Laborbuch konzipiert wurden, wie Labfolder oder scinote. Diese sind in ihrer Anwendung eher an eine Gesamtlabororganisation orientiert und demzufolge komplexer zu bedienen. Zudem sind sie teils kostenpflichtig oder es ist kein IT-Support vorhanden. Für die Anwendung müssen die Studierenden regelmäßig ihre Laptops o.ä. mitbringen.

Um die Anwendung für die Studierenden zu erleichtern, wurde von mir ein Lehrvideo erstellt, welches die wichtigsten Funktionen zeigt. Das Lehrprojekt „Digitales Laborbuch“ wurde in den letzten zwei Semestern (WiSe 2017/2018 und SoSe 2018) mit einem Evaluationsbogen begleitet.

Erfahrungen der/des Lehrenden

Insgesamt habe ich gute Erfahrungen mit diesem Lehrprojekt „Digitales Laborbuch“ gemacht. Die Studierenden waren offen für diese Idee und waren auch bereit ihren Laptop o.ä. mitzubringen, so dass sie dieses digitale Laborbuch problemlos schreiben konnten. Sie haben die Vorteile gesehen, die ihnen dieses digitale Laborbuch bringt. Ich bin der Meinung, dass das digitale Laborbuch auf Dauer im Kohlenhydrate-Praktikum eingesetzt werden kann.

Das gewählte Programm – FU-Wiki-System – erwies sich, wie gedacht, als sehr bedienungsfreundlich und intuitiv nutzbar. Das heißt die Barriere, dieses Programm zu nutzen, war sehr niedrig. Zusätzlich habe ich für die Studierenden ein kurzes Lehrvideo gestaltet, um die Anwendung zu erleichtern.

Einige (wenige) Nachteile gibt es momentan noch bei dem Programm – das FU-Wiki-System. So ist vor allen bei kleineren Laptops im Bearbeitenmodus ein weißer Querbalken mit FU Logo störend groß. Und auch Formeln lassen sich nicht einfach über gängige Programme, wie Word einfügen. Ich hoffe, diese Nachteile mit Hilfe des CeDiS lösen zu können.

Zukunftsvisionen:

Neben der Hauptaufgabe der sauberen, lückenlosen wissenschaftlichen Dokumentation der Versuchsdurchführung hat das Laborbuch für die Studierenden den Mehrwert der Wiederholung und der Reflexion der Laborversuche. Sie können so den Versuch besser nachvollziehen und verstehen.

Das wäre der Ansatzpunkt für didaktische Elemente. So könnten mehr Lehrvideos erstellt werden, z.B. von der Bedienung bestimmter Laborgeräte, erstellt werden, die bei den Laborversuchen benutzt werden und die anschließend im digitalen Laborbuch dokumentiert werden müssen. Oder es könnten direkt aus dem bereits geschriebenen Wiederholungsübungen, z.B. in einer Fragerunde im Labor, stattfinden.

Ich bin mir sicher, dass hier eine Vielzahl an Möglichkeiten offensteht.

Unterstützungsangebote von CeDiS

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