Kinderuniversität Zürich Herbstsemester 2009 Labortage

Transkript

1 Wie benutzt man das Mikroskop beim Forschen an Bakterien? Max M. Wittenbrink, Institut für Veterinärbakteriologie, Vetsuisse-Fakultät Universität Zürich 1 Seit wann benutzt man Mikroskope beim Forschen an Bakterien? Im Jahre 1683 hat der Niederländer Antonie van Leeuwenhoek mit einem selbstgebauten Mikroskop die Bakterien entdeckt (Bild 1). Dieses einfache Gerät hat keine Ähnlichkeit mit den heutigen Mikroskopen (Bild 2). Es war aber so gut konstruiert, dass Leeuwenhoek damit schon die drei wichtigsten Formen von Bakterien, nämlich die Bazillen, Kokken und Spirillen erkennen konnte (Bild 3). Bis zur Erfindung des Mikroskops wussten die Menschen gar nicht, dass es Lebewesen gibt, die man mit blossem Auge nicht sehen kann. Daher waren Mikroskope, mit denen man diese Kleinstlebewesen, die sogenannten Mikroorganismen sichtbar machen konnte, eine grosse Sensation. Durch die ständige Verbesserung der Mikroskope wurde es möglich, die Bakterien systematisch zu erforschen. Scharfsinnige Forscher überlegten, ob sich unter den zahlreichen winzig kleinen Lebewesen nicht auch Krankheitserreger befinden könnten. Vor etwa 150 Jahren hat der Arzt Robert Koch Proben aus der Lunge von kranken Menschen im Mikroskop untersucht. Dabei hat er das Bakterium entdeckt, das die Tuberkulose verursacht. Dieses Bakterium hat den Namen Mycobacterium tuberculosis und ist in der Medizin weltbekannt. Heute kennen wir viele Bakterien, die auch bei Haustieren Krankheiten verursachen können. Dank der wichtigen Forschungen von so berühmten Wissenschaftlern wie Robert Koch können wir solche Bakterien mit dem Mikroskop erforschen. 1 A B 2 3 Bild 1. Antonie van Leeuwenhoek schaut durch sein Mikroskop. Bild 2. A: Mikroskop des Antonie van Leeuwenhoek. B: Modernes Mikroskop für Kinder 1. Bild 3. Häufige Bakterienformen: Kokken (1), Stäbchen (2), Spiralen (3). 8000fache Vergrösserung. 2 Wozu benutzen wir Mikroskope beim Forschen über Tierkrankheiten? Kranke Tiere müssen tierärztlich untersucht werden, um festzustellen, ob die Krankheit durch Bakterien verursacht wurde. Bakterien machen sehr häufig Entzündungen. Dabei entsteht Eiter, den man dann im Mikroskop auf Bakterien untersuchen kann. Bei Durchfall kann man den Kot untersuchen. Bei Entzündungen im Hals oder in den Ohren kann man auch eine Probe für die mikroskopische Untersuchung nehmen. Heute wissen wir sehr gut darüber Bescheid, wie die verschiedenen Krankheitserreger im Mikroskop aussehen. Wenn du nochmals Bild 3 anschaust, dann wirst du verstehen, dass man die Bakterien an ihrer Form recht gut erkennen kann. Das Mikroskop wird gebraucht, damit man untersuchen kann, ob in Proben von kranken Tieren Bakterien vorhanden sind, die für die Krankheit verantwortlich sind. 1

2 3 Wie benutzt man ein Mikroskop? Ein modernes Mikroskop sieht kompliziert aus (Bild 4). Wahrscheinlich weisst du noch nicht, wie man die vielen Rädchen und Hebel richtig bedient. Das macht nichts! Wir werden am Labortag mit dir zusammen am Mikroskop arbeiten. Dabei wirst du recht schnell lernen, wie man mit dem Mikroskop richtig umgeht und du wirst dann auch Bakterien im Mikroskop anschauen können. Weil Bakterien sehr klein sind, müssen wir eine 1000fache Vergrösserung einstellen. Um eine so starke Vergrösserung zu erreichen, braucht man sehr gute Linsen in dem Mikroskop. Diese Linsen sind in den Okularen, wo man in das Mikroskop hineinschaut, und in den Objektiven, von denen meist vier oder fünf vorhanden sind (Bild 4 und Bild 5). Wichtig ist, dass man die Glaslinsen nicht direkt mit den Fingern anfasst. Wir können hier nicht alle Funktionen eines Mikroskops beschreiben. Vielleicht möchtest du dich für den Labortag etwas vorbereiten? Du kannst zum Beispiel im Internet nachschauen. Es gibt dort eine interessante Seite über das Mikroskopieren ( Alle Dinge, die man im Mikroskop anschauen will, werden auf kleine Glasplättchen, die sogenannten Objektträger, aufgebracht (Bild 6). Bakterien werden in einem dünnen Film aufgebracht und dabei abgetötet. Diesen Vorgang nennt man Fixieren. Anschliessend werden die Bakterien mit speziellen Farben gefärbt, so dass man sie besser sehen kann. A B Bild 4. Labormikroskop. A: Okulare. B: Objektive. Bild 5. Beim Mikroskopieren schaut man durch die Okulare. 2 Die Hand liegt am Drehknopf zur Einstellung der Bildschärfe. Bild 6. Objektträger mit einer Schicht aus fixierten Bakterien (O). 3 So wie das Mädchen in Bild 5 werden wir zu Beginn unseres Labortages üben, mit dem Mikroskop richtig zu arbeiten. Dazu untersuchen wir ein Präparat mit sehr grossen Bakterien. Die Ergebnisse unserer Untersuchungen wollen wir beschreiben. Dazu zeichnet man am besten ein Bild von den Bakterien. Das machen wir im Labor auch, weil es einfacher ist, Bakterien zu zeichnen als mit Worten zu beschreiben. Wir verwenden dazu Farbstifte (rot, blau, schwarz), die im Kurs für dich bereitliegen. Auch ein kleines Lineal mit Zentimeter- und Millimeter-Einteilung ist sehr nützlich. 2

3 4 Zu Beginn untersuchen wir sehr grosse Bakterien im Mikroskop Die meisten Bakterien von unseren Haustieren sind zwischen 1 und 3 Mikrometer gross. Ein Mikrometer ist der tausendste Teil von einem Millimeter. Es ist dir sofort klar, dass man Bakterien mit dem blossen Auge gar nicht sehen kann. Auch im Labormikroskop wie in Bild 4 sehen solche Bakterien noch sehr klein aus. Daher untersuchen wir am Anfang Bakterien, die im Mikroskop sehr gross aussehen, weil sie etwa 100mal länger sind als die meisten anderen Bakterien. Es handelt sich um völlig harmlose Bakterien, die zum Beispiel in der Nase von Katzen vorkommen können. Sie tragen den interessanten Namen Simonsiella. Wir haben von diesen Bakterien gefärbte Präparate hergestellt (Bild 6) und mit einer durchsichtigen Folie eingedeckt. Das ist die obere Seite des Präparates. Mit diesem Präparat wollen wir das Mikroskopieren von Bakterien üben. Die wichtigsten Stationen wollen wir protokollieren. 4.1 Wie man das Mikroskop anschaltet 4.2 Wie man die elektrische Beleuchtung richtig einstellt 4.2 Wie man den Objektträger unter das Mikroskop legt und den Objektträger bewegen kann 3

4 4.4 Wie man die Vergrösserung einstellt 4.5 Wie man in das Mikroskop hineinschaut und das Bild einstellt 4.6 Wie man von einer schwachen Vergrösserung auf eine starke Vergrösserung umstellt 4.7 Wie man Bakterien bei 1000facher Vergrösserung anschauen kann 4

5 Wir untersuchen das Präparat der Simonsiella-Bakterien bei 450facher und 1000facher Vergrösserung. Die Bakterien, die wir dabei im Mikroskop sehen, wollen wir zeichnen. Dazu haben wir unten zwei Kreise vorgegeben, die das Blickfeld im Mikroskop darstellen. Dort hinein kannst du die Bakterien in der Grösse zeichnen, wie du sie im Mikroskop siehst. Das ist nicht ganz einfach, aber mit unserer Hilfe wirst du das schaffen. Achte doch bitte genau auf die Form dieser Bakterien und auf ihre Farbe. Was denkst du: können wir etwas darüber sagen, wie gross diese Bakterien in Wirklichkeit sind? Simonsiella bei 450facher Vergrösserung Simonsiella bei 1000facher Vergrösserung 5

6 Nachdem wir die Simonsiella-Bakterien untersucht und gezeichnet haben, wollen wir prüfen, ob unsere Befunde tatsächlich richtig sind. Dazu haben wir Fotografien der Bakterien vorbereitet, die wir dir im Kurs austeilen und die du in die vorgegebenen Felder kleben kannst. Bild 7. Simonsiella aus der Nase einer Katze. Gram- Färbung, Hellfeldmikroskop, 1000fache Vergrösserung. Bild 8. Simonsiella aus der Nase einer Katze. Elektronenmikroskop, fache Vergrösserung. Im Elektronenmikroskop macht man Bakterien mit einem Elektronenstrahl sichtbar. Daher die starke Vergrösserung. 5 Wir untersuchen die Farbe und Form von drei verschiedenen Bakterien im Mikroskop Nachdem du gelernt hast, wie man Bakterien im Mikroskop untersucht, wollen wir drei verschiedene Bakterien miteinander vergleichen. Es handelt sich um Bakterien, die bei Tieren vorkommen. An deinem Arbeitsplatz liegen drei Objekträger mit den Nummern 1-3. Wir wollen herausfinden, welche Form die Bakterien haben. Es wäre auch wichtig, etwas über die Grösse der Bakterien herauszufinden. Das machen wir wieder gemeinsam. Du musst wissen, dass diese Bakterien sehr viel kleiner sind als Simonsiella. Deshalb müssen wir sehr genau mikroskopieren. Wir helfen dir natürlich dabei. Die Ergebnisse deiner Untersuchung kannst du unten in der Beschreibung einfügen. Bakterien im Präparat 1 Zeichnung Farbe Beschreibung Form Grösse Bei den Bakterien im Präparat 1 handelt es sich um 6

7 Bakterien im Präparat 2 Zeichnung Farbe Beschreibung Form Grösse Bei den Bakterien im Präparat 2 handelt es sich um Bakterien im Präparat 3 Zeichnung Farbe Beschreibung Form Grösse Bei den Bakterien im Präparat 3 handelt es sich um Wenn du die Untersuchung beendet hast, überprüfen wir gemeinsam die Ergebnisse. Dazu haben wir wieder Fotografien von den Bakterien angefertigt, die du nun in die entsprechenden Felder auf der nächsten Seite einkleben und beschriften kannst. 7

8 Fotografien der Bakterien, die wir im Mikroskop untersucht haben. Bild 9. Bakterien im Präparat 1. Meine Notizen dazu: Bild 10. Bakterien im Präparat 2. Meine Notizen dazu: Bild 11. Bakterien im Präparat 3. Meine Notizen dazu: 8

9 6 Wir fassen die Ergebnisse unserer Arbeit zusammen Wenn du Fragen hast, so kannst du sie hier notieren und bei der Besprechung stellen. Interessante Bücher Bruno P. Kremer: Mikroskopieren leicht gemacht. Entdeckungen in der Mikrowelt. Franckh Kosmos-Verlag Stuttgart. Rainer Köthe, Frank Kliemt, Arno Kolb: Was ist was?, Bd.8, Das Mikroskop. Tessloff Verlag Nürnberg. Links Mikrobiologischer Garten Bilder aus dem Mikrokosmos Prof. Dr. Max M. Wittenbrink ( ): Quellen 1, 2, 2, 3, 9