Medienbegleitheft zum USB-Stick und zur DVD DER PROTEOM CODE Dem Geheimnis des Lebens auf der Spur

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1 Medienbegleitheft zum USB-Stick und zur DVD DER PROTEOM CODE Dem Geheimnis des Lebens auf der Spur

2 Informationen zur Publikation: Medienbegleitheft zum USB-Stick und zur DVD Minuten, Produktionsjahr 2017

3 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis... 3 Zeichenerklärungen Einleitende Informationen Arbeitsmaterialien für Schülerinnen und Schüler Recherche im Internet Fragen zum Film Lösungen Lösungsvorschläge: Recherche im Internet Lösungen: Fragen zum Film Quellen- und Abbildungsverzeichnis Link- und Quellenverzeichnis Abbildungen...11 Informationen zur Autorin...12 Alle Links zuletzt am aufgerufen. Zeichenerklärungen

4 1 Einleitende Informationen Einsatzmöglichkeiten der Dokumentation Die Entschlüsselung des menschlichen Proteoms könnte schon sehr bald zur Heilung zahlreicher Krankheiten beitragen. Die Dokumentation Der Proteom Code informiert über die neuesten Fortschritte der Biomedizin im Bereich Proteomik. Man gewinnt einen interessanten Einblick in die Arbeit der WissenschaftlerInnen beim Kampf gegen Krankheiten, wie Krebs oder Alzheimer. Die Dokumentation ermöglicht somit einen spannenden, motivierenden Einstieg in die Genomik und Proteomik und passt sehr gut zum Themenbereich Genetik und Biotechnologie im 21. Jahrhundert. Der Film kann zudem zu einer kritischen Auseinandersetzung mit den Vor- und Nachteilen, potentiellen Gefahren und bioethischen Problemen in diesem Bereich anregen. Lehrplanbezug Die Dokumentation Der Proteom Code beinhaltet Lehrplanbezüge zu folgenden Themenbereichen in den Fächern Biologie und Umweltkunde sowie in den Wahlpflichtfächern Biologie bzw. Science (RG): Sekundarstufe 1: Biologie und Umweltkunde: 8. Schulstufe (4. Klasse AHS / NMS): Themengebiet Genetik / Chancen und Risiken von Biotechnologie und Gentechnik Sekundarstufe 2: Biologie und Umweltkunde: Schulstufe (8. Klasse AHS): Themengebiet Genetik und ausgewählte Themen aus den Bereichen Probleme und Gefahren der modernen Biomedizin und Gentechnik Bioethik / Gentherapie und Stammzellen Wahlpflichtfach Biologie bzw. Science (RG): 11. Schulstufe (7. Klasse AHS): Themengebiet Krebsforschung / DNA-Isolation, Genom- und Proteomanalyse Zum Begleitmaterial Das Arbeitsmaterial für SchülerInnen zur Dokumentation beinhaltet vorbereitende Rechercheaufgaben und wiederholende Fragen zum Film. Bei den Lösungsvorschlägen handelt es sich nur um mögliche Beispiele, da die Aufgaben individuell gelöst werden sollen. Die Rechercheaufgaben im Internet dienen der Vorbereitung und Klärung der im Film vorkommenden Begriffe. Sie sollten von den SchülerInnen eigenständig vor Ansicht der Dokumentation gelöst werden. Kurze Antworten genügen. Anschließend sollten die Lösungen im Plenum gemeinsam mit der Lehrkraft besprochen werden. Die Fragen zum Film dienen der Wiederholung und Festigung und können ein Einstieg in die weitere Behandlung der Thematik darstellen. Sie sollen von den SchülerInnen eigenständig während bzw. ergänzend nach Sichtung der Dokumentation beantwortet werden. Kurze Antworten genügen. Anschließend sollten die Lösungen im Plenum gemeinsam mit der Lehrkraft besprochen werden

5 2 Arbeitsmaterialien für Schülerinnen und Schüler 2.1 Recherche im Internet Recherchiere die Bedeutung folgender Begriffe im Internet! Besprecht eure Ergebnisse anschließend im Plenum! 1. Protein 2. Krebs 3. Chemotherapie 4. Molekulartherapie 5. Onkologie - 5 -

6 2.2 Fragen zum Film Schau dir die Dokumentation Der Proteom Code aufmerksam an! Beantworte dabei bzw. im Anschluss folgende Fragen! 1. Was versteht man unter dem Begriff Proteom? 2. Warum ist das Wissen um die Proteine so wichtig? 3. Welcher Zusammenhang besteht zwischen Genen und Proteinen? 4. Wie hoch ist die geschätzte Zahl der Proteinvarianten? 5. Sind Proteine für die Entstehung von Krebszellen verantwortlich? 6. Welche neuen Therapieansätze gegen Krebs werden in der Dokumentation vorgestellt? 7. Welche neuen Möglichkeiten eröffnen Computersimulationen und Big Data in der Therapie und Forschung? Wie wird Krebsforschung in Zukunft aussehen? - 6 -

7 3 Lösungen 3.2 Lösungsvorschläge: Recherche im Internet Recherchiere die Bedeutung folgender Begriffe im Internet! Besprecht eure Ergebnisse anschließend im Plenum! Individuelle Lösungen. Auswahl möglicher Beispiele: 1. Protein Wikipedia: Protein. Link ( Ein Protein, umgangssprachlich Eiweiß (veraltet Eiweißstoff), ist ein biologisches Makromolekül, das aus Aminosäuren durch Peptidbindungen aufgebaut ist. Biologie-Schule.de: Protein (Eiweiß). Link ( Proteine sind nicht nur wichtiger Grundbaustein der Ionenkanäle und Enzyme, sondern auch von allen Körpergeweben. Vereinfacht gesagt: Eiweißstrukturen halten den gesamten Körper zusammen. 2. Krebs Österreichische Krebshilfe: Chemotherapie bei Krebs. S. 6. Link zum PDF ( Die Entstehung von Krebs ist ein komplexer Prozess, dem vielfältige Ursachen zugrunde liegen. Krebs wird heute als eine Erkrankung des Erbmaterials von Zellen angesehen. Wenn Reparaturmechanismen des Körpers ausgeschaltet oder ineffektiv sind, können Kanzerogene eine bleibende Veränderung des Erbmaterials bewirken. Diese Veränderung der Erbinformation wird bei der Zellteilung auf die Tochterzellen übertragen. So entstehen Zellen, die eine genetische Mutation (Veränderung) tragen. Diese Veränderungen können dazu führen, dass Krebsgene (Onkogene) aktiviert bzw. Suppressorgene inaktiviert werden. 3. Chemotherapie 3. Medizinische Abteilung, Zentrum für Onkologie und Hämatologie, Ludwig Boltzmann Institut für Angewandte Krebsforschung Kaiser Franz Josef-Spital der Stadt Wien: Medikamentöse Krebstherapie. S. 11. Link zum PDF( Der Begriff Chemotherapie bedeutet allgemein die Behandlung von Erkrankungen mit chemischen Arzneimitteln / Medikamenten und ist prinzipiell nicht auf die Krebstherapie beschränkt, wird jedoch oft gleichsam als Synonym für Krebstherapie verwendet. Die Behandlung von Infektionen mit Antibiotika wird ebenfalls als (antimikrobielle) Chemotherapie bezeichnet. Netdoktor: Wirkung und Nebenwirkungen der Chemotherapie. Link (

8 Die einzelnen Medikamente, die für die Chemotherapie bei Krebserkrankungen eingesetzt werden, werden unter dem Begriff Zytostatika zusammengefasst. Diese Bezeichnung bedeutet übersetzt in etwa Zellstopper und beschreibt damit bereits deren Funktion. Zytostatika haben die Aufgabe, das Wachstum von Krebszellen zu hemmen und dadurch eine Rückbildung von Tumoren zu erreichen. Normalerweise ist das Wachstum von Zellen streng geregelt. In gesunden Zellen finden nur so viele Zellteilungen statt, wie für den Erhalt und die Funktion des Gewebes notwendig sind. Krebszellen können den normalen Kontrollmechanismen des Zellzyklus entkommen, sich unkontrolliert teilen und ungehindert wachsen ein Tumor entsteht. Zytostatika machen sich dieses Merkmal von Krebszellen zunutze: Sie greifen bevorzugt Zellen an, die sich besonders häufig teilen und schnell wachsen. Dabei beeinflussen sie verschiedene Prozesse, die für die Zellteilung wichtig sind, und stören den Ablauf des Zellzyklus auf unterschiedliche Weise. 4. Molekulartherapie Deutsche Krebs Gesellschaft Onko Internetportal: Zielgerichtete Krebstherapien. Link ( Therapien, die spezifisch gegen den Krebs wirkt, weil sie auf molekulare Eigenschaften von Krebszellen abzielt, die nur diesen, nicht oder kaum jedoch gesunden Körperzellen eigen sind. Die neuen molekularbiologischen Therapien werden deshalb auch als zielgerichtete Therapien ( targeted therapies ) bezeichnet. Mit ihnen verbindet sich die Hoffnung, einerseits die Krebszellen wirkungsvoll aufhalten zu können und andererseits weniger Nebenwirkungen in Kauf nehmen zu müssen. 5. Onkologie Wikipedia: Onkologie. Link ( Als Onkologie (altgriechisch ὄγκος onkos Anschwellung und -logie) bezeichnet man die Wissenschaft, die sich mit Krebs befasst. Im engeren Sinne widmet sich die Onkologie der Prävention, Diagnostik, Therapie und Nachsorge von malignen Erkrankungen. Die dabei involvierten medizinischen Disziplinen sind die Tumore operierenden chirurgischen Fächer (z.b. Chirurgie, Gynäkologie, HNO, Neurochirurgie, Dermatologie, Urologie,...), die Radioonkologie und Innere Medizin mit Zusatzausbildung in internistischer Onkologie / Hämatoonkologie. Die moderne Onkologie ist von der interdisziplinären Zusammenarbeit der je nach Tumorerkrankung involvierten medizinischen Fachrichtungen geprägt. So sollten in jedem Tumorboard immer Vertreter folgender Fachrichtungen verpflichtend anwesend sein: Radioonkologie, internistische Onkologie, diagnostische Radiologie (zur Beurteilung der Tumorausbreitung), Pathologie (zur Beurteilung der Art der Tumorerkrankung) und das jeweilig involvierte chirurgische Fach

9 3.2 Lösungen: Fragen zum Film 1 Schau dir die Dokumentation Der Proteom Code aufmerksam an! Beantworte dabei bzw. im Anschluss folgende Fragen! 1. Was versteht man unter dem Begriff Proteom? Das Proteom umfasst die Grundbausteine des Lebens. (Min. 0 24) Es ist die Gesamtheit aller Proteine. Im Gegensatz zum statischen Genom ist das Proteom dynamisch und variiert in Abhängigkeit von Alter, Gesundheitszustand und Umwelt das ganze Leben lang. So enthalten die Raupe und der Schmetterling, der aus ihr entsteht, das gleiche Genom. Das unterschiedliche Äußere liegt ausschließlich im unterschiedlichen Proteom begründet. Das gleiche gilt auch für den Menschen. (Min. 9 20) 2. Warum ist das Wissen um die Proteine so wichtig? Fast jede neue Therapie und die dazu gehöhrende Diagnose, die wir in unserem Labor entwickeln, geht aus der Beschäftigung mit dem Proteom hervor. (George Church, Min. 0 48) Wenn man Proteine bestimmen und messen kann, dann versteht man, was sie tun und auch die Krankheiten. (Jun Qin, Min. 1 10) Die Proteine sind die nächste Generation. Mit ihnen sehen wir, was gerade geschieht und nicht nur, was sein könnte. Bisher haben wir in der Medizin Krankheit immer nur untersucht, nachdem sie passiert ist; aber wir haben den Prozess nie zu sehen bekommen. Indem wir jetzt das menschliche Proteom betrachten können, eröffnet sich ein neuer Blick auf jeden von uns. Es ist eine neue Dimension. (David Agus, Min. 1 33) Die handelnden Akteure in den lebenden Systemen sind die Proteine, weil sie die Steuerelemente zur Verfügung stellen. Sie stellen auch die Strukturelemente von Zellen und Organen zur Verfügung und regeln und steuern eigentlich alle Lebensvorgänge. Das Genom ist ein statisches Gebilde wie ein Archiv, in dem man die Informationen wiederfinden kann, während die Proteine die handelnden Akteure sind. (Küster, Min. 4 33) Kennt man die Proteinzusammensetzung der Zellen und ihre aktuelle Veränderung, so ist das der Schlüssel, die betroffenen Zellen zu bekämpfen. Mit zielgerichteten Medikamenten, mit neuen oder einfacher und schneller bereits zugelassenen, die eine passende Wirkstoffkombination enthalten. Denn inzwischen sieht man Krebs, Nervenerkrankungen oder Diabetes nicht mehr als völlig verschiedene Leiden. (Min. 9 20) 3. Welcher Zusammenhang besteht zwischen Genen und Proteinen? Die meisten Gene erzeugen Proteine. Deren Herstellung, die Proteinsynthese, ist eine der grundlegenden Funktionen des Lebens. Sie sorgt dafür, dass aus dem Genom-Code der DNA, unserer Erbinformation, letztlich Fleisch und Blut wird. Ein Gen kann Vorlage 1 Die Lösungsvorschläge sind auszugsweise zitiert nach: Der Proteom Code. Dem Geheimnis des Lebens auf der Spur, Gesamtmanuskript, Schulversion 22 Minuten, Prounen Film & epo-film in Kooperation mit MDR, ORF, BMB,

10 für mehrere verschiedene Proteine sein. Diese Vielfalt kann beim Übersetzen der DNA geschehen oder durch Veränderungen an den Proteinen selbst. (Min. 5 03) 4. Wie hoch ist die geschätzte Zahl der Proteinvarianten? Auf bis zu schätzt man die Zahl der Proteinvarianten. (Min. 5 03) 5. Sind Proteine für die Entstehung von Krebszellen verantwortlich? Es sind die Proteine, die beispielsweise normale Körperzellen zu Tumorzellen machen. (Min. 5 03) Für das Wachstum der Tumorzellen sind Proteine verantwortlich, die zu viele Wachstumssignale an die Zellen weitergeben. (Min ) 6. Welche neuen Therapieansätze gegen Krebs werden in der Dokumentation vorgestellt? Es sind die Proteine, die beispielsweise normale Körperzellen zu Tumorzellen machen und damit sind sie der Ansatzpunkt für Therapien und Medikamente. (Min. 5 03) Mithilfe der Bioinformatik und rechnergestützten Modellen versucht man das Verhalten und die Struktur von Proteinen vorherzusagen und so neue Waffen im Kampf gegen Krebs zu entwickeln. (Min. 6 11, zusammengefasst) Der erste Schritt ist zu versuchen, die dreidimensionale Struktur des Proteins, das für die Krebsentwicklung zuständig ist, zu erfassen und dann mit einem Medikament zu treffen. In manchen Fällen kann das zehn Jahre dauern. Im schnellsten Fall sind es drei Monate. (Rost, Min. 6 33, zusammengefasst) Bei dieser neuen Therapie behandelt man mit einem spezifischen Medikament, das gezielt die betroffenen Krebszellen angreifen soll ganz ohne Chemotherapie. (Min. 7 00, zusammengefasst) Für das Wachstum der Tumorzellen sind Proteine verantwortlich, die zu viele Wachstumssignale an die Zellen weitergeben. Hier setzen viele der neuentwickelten Medikamente an. Sie stoppen die Wachstumssignale und der Tumor kann sich so zurückbilden. Nahezu alle Tumormedikamente richten sich gegen Proteine der Zelle. (Min ) 7. Welche neuen Möglichkeiten eröffnen Computersimulationen und Big Data in der Therapie und Forschung? Wie wird Krebsforschung in Zukunft aussehen? Zusammengefasst: Eine Symbiose von Proteinforschung und Big Data. Es gibt die Möglichkeit der Simulation von neuen Therapiemodellen auf der Basis von Computerdaten und Erkenntnissen aus der Bioinformatik. Man kann die Behandlungsmöglichkeit im Computermodell ausprobieren. Während man an einem Patienten, nur sehr wenige verschiedene Medikamente ausprobieren kann, kann man an einem Computermodell des Patienten zehntausende verschiedene Medikamente und Medikamentenkombinationen testen, ohne den Patienten zu schaden und ohne hohe Kosten zu verursachen. (Lehrach, Min )

11 4 Quellen- und Abbildungsverzeichnis 4.1 Link- und Quellenverzeichnis Quelle Der Proteom Code. Dem Geheimnis des Lebens auf der Spur, Gesamtmanuskript, Schulversion 22 Minuten, Prounen Film & epo-film in Kooperation mit MDR, ORF, BMB, Links Alle Links zuletzt am aufgerufen. Biologie-Schule.de: Protein (Eiweiß). Link ( Deutsche Krebs Gesellschaft Onko Internetportal: Zielgerichtete Krebstherapien. Link ( Netdoktor: Wirkung und Nebenwirkungen der Chemotherapie. Link ( ) Österreichische Krebshilfe: Chemotherapie bei Krebs. S. 6. Link zum PDF ( Wikipedia: Onkologie. Link ( Wikipedia: Protein. Link ( 3. Medizinische Abteilung, Zentrum für Onkologie und Hämatologie, Ludwig Boltzmann Institut für Angewandte Krebsforschung Kaiser Franz Josef-Spital der Stadt Wien: Medikamentöse Krebstherapie. S. 11. Link zum PDF( 4.2 Abbildungen Deckblatt / Coverbild: Screenshot aus der Dokumentation Der Proteom Code. Dem Geheimnis des Lebens auf der Spur, Prounen Film & epo-film in Kooperation mit MDR, ORF, BMB, Letzte Seite: Porträtfoto der Autorin: Mag. Ute Schacherl-Huspeka, eigenes Werk,

12 Informationen zur Autorin Mag. a Ute Schacherl-Huspeka, geb in Kufstein, absolvierte zunächst das Diplomstudium der Biologie, Zoologie und Humanbiologie in Salzburg und Wien (1989) und anschließend das Lehramtsstudium Biologie und Erdwissenschaften in Wien (1992). Nach zahlreichen Auslandsreisen sowie weiteren Aus- und Fortbildungen in diesen Bereichen war und ist sie als Natur- und Wissensvermittlerin für verschiedenste Institutionen tätig, wie unter anderem als Lehrerin für die AHS / BHS in Wien und Niederösterreich, als Museumspädagogin im Naturhistorische Museum Wien und im Niederösterreichischen Landesmuseum sowie als Ökopädagogin im Nationalpark Donau-Auen und Nationalpark Neusiedlersee-Seewinkel. uteschacherl@hotmail.com Medieninhaber und Herausgeber: BUNDESMINISTERIUM FÜR BILDUNG, WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG Medienservice 1010 Wien, Minoritenplatz 5 Tel.: , FAX medienservice@bmbwf.gv.at Ausgearbeitet von: Mag. a Ute Schacherl-Huspeka In Zusammenarbeit mit: Universität Wien Bibliotheks- und Archivwesen Arbeitsgruppe audiovisuelle Medien im Unterricht 1010 Wien, Universitätsring 1 Tel.: ag_av-medien.ub@univie.ac.at Download unter: Link Ein wichtiger Hinweis zur Barrierefreiheit: Dieses medienbegleitende Arbeits- und Informationsheft dient ausschließlich als Handreichung für die Vorbereitung und Durchführung von Unterrichtseinheiten mit Medieneinsatz durch Studierende, durch Pädagoginnen und Pädagogen. Es ist zum Ausdrucken bestimmt und nicht als elektronisches Unterrichtsmaterial erarbeitet. Aus diesem Grund erfüllt es die Erfordernisse der Barrierefreiheit nicht. Bestellungen: AMEDIA Servicebüro 1030 Wien, Faradaygasse 6 Tel.: , Fax office@amedia.co.at Verlags- und Herstellungsort: Wien