Der Bio-Leistungskurs von Frau Müller konnte in Begleitung von Herrn Geiger (Praxissemesterstudent) ein Online-Praktikum am NatLab der Freien Universität Berlin belegen. Am 05.01.21 um 9.00 Uhr begann das Praktikum über einen digitalen Meeting-Raum. Dort haben sich die Studierenden der FU Berlin, die uns durch die Veranstaltung begleitet haben, vorgestellt und wir wurden in drei Gruppen aufgeteilt. Zu Beginn haben alle allgemeine Informationen erhalten um anschließend Experimente online durchführen zu können. Zuvor mussten sich die Schüler*innen im Brainlab anmelden. Das Brainlab ist eine Plattform über die wir die Versuche digital durchführen konnten.
Das Thema des Praktikums schloss an unsere Unterrichtsthemen an. Es handelte sich um verschiedene Themen der Neurobiologie. Da die Experimente am Blutegel durchgeführt worden sind, haben wir allgemeine Informationen zu Modellsystemen und zum Nervensystem des Blutegels besprochen. Anschließend führten wir folgende Experimente durch:
Im Experiment der ersten Gruppe wurde der synaptische Kontakt (die Verbindung) zwischen speziellen Neuronen (Nervenzellen) – einem P-Neuron und einem Retzius-Neuron – untersucht. Um zu verstehen, wie Neuronen funktionieren, muss man untersuchen wie sie verbunden sind. Es gibt zwei Formen: die monosynaptische (einfache) oder polysynaptische (mehrfache) Verbindung. Zu Beginn wurde eine Mikroelektrode A in das präsynaptische P-Neuron (vor der Verbindung) sowie die Messelektrode B in das postsynaptische Retzius-Neuron (nach der Verbindung) eingestochen. Die Referenzelektrode C lag im Außenbereich. Mit der Mikroelektrode A wurde Strom in das Neuron „injiziert“ und die Messelektrode B hatte die Aufgabe, das Membranpotential des Retzius-Neurons zu messen. Das Ergebnis zeigt, dass es sich sowohl um eine monosynaptische als auch um eine polysynaptische Verbindung handelt.
Im Experiment der zweiten Gruppe wurde die Retziuszelle eines Blutegels untersucht. Hierbei wurde die Messelektrode in die Retziuszelle gestochen und die Referenzelektrode außerhalb der Zelle platziert. Mithilfe einer weiteren Mikroelektrode wurde der kompetitive Antagonist DNQX (hemmende Substanz, die die Wirkung eines Überträgerstoffs (Neurotransmitters) zwischen den Nervenzellen blockiert) injiziert. Außerdem wurde etwas später Curare (Pfeilgift der Indianer) injiziert und die Messwerte wurden aufgezeichnet. Da DNQX ein spezifischer Hemmstoff für die Glutamat-Rezeptoren ist, wurde die Weiterleitung der Aktionspotentiale (Erregungsweiterleitung) gehemmt. Bei Curare hingegen veränderte sich die Frequenz der Aktionspotentiale nicht, weil es ein spezifischer Antagonist für Acetyl-Rezeptoren ist und somit keine Auswirkung auf Glutamat-Rezeptoren hat.
In Experiment drei wurde untersucht, welche Faktoren bestimmen, ob eine Synapse (Verbindungsstelle zwischen Nervenzellen) erregend oder hemmend ist. Es wurden vier, sich in Position und Größe unterscheidende Zellen (Retzius-, AP-, N- und P-Zelle) untersucht. Als Versuchsmethode wurde eine Badapplikation gewählt und die Zellen wurden demnach in eine mit dem Neurotransmitter Serotonin versetzte Badlösung gelegt. Um zu messen wie die Zellen auf den Neurotransmitter (Botenstoffe, die die Erregung von einer Nervenzelle auf andere Zellen übertragen) reagieren, wurden Elektroden in sie eingeführt und Referenzelektroden im extrazellulären Bereich platziert, die mit einem Oszilloskop verbunden waren. Anschließend wurden die Zellen einem Reiz ausgesetzt und auf dem Oszilloskop war zu erkennen, dass es bei der AP-Zelle und der Retzius-Zelle zu einer Hyperpolarisation (Spannung zwischen Innen- und Außenseite der Membran noch negativer) kam, während das Membranpotential der N-Zelle und der P-Zelle zu einer Depolarisation führte (Verminderung des Membranpotentials). Obwohl bei allen Zellen der gleiche Neurotransmitter verwendet wurde, ist also deutlich zu erkennen, dass die AP-Zelle und die Retzius-Zelle hemmende Synapsen und die N-Zelle und die P-Zelle erregende Synapsen aufweisen. Daraus lässt sich schließen, dass die Funktion einer Synapse nicht von den Neurotransmittern abhängt, sondern von den Kanälen an denen diese in der postsynaptischen Membran binden. Der Neurotransmitter löst also lediglich eine Reaktion aus und die Zusammensetzung der Kanäle in der postsynaptischen Membran bestimmt ob die Synapse hemmend oder erregend ist.
Abschließend wollen wir uns nochmal bei der Freien Universität Berlin und auch den Studierenden bedanken, die uns so freundlich im Rahmen des Online-Praktikums am NatLab betreut haben und die es uns ermöglicht haben, trotz der aktuell etwas schwierigen Situation, so eine Erfahrung zu machen. Diese auf Experimenten aufgebaute Unterrichtserweiterung hat uns wirklich sehr gut gefallen und wir haben alle viel Zusatzwissen erlangt, was uns den Themenkomplex Neurobiologie noch einmal näher gebracht hat. Die digitale Adaption der Experimente war sehr interessant und definitiv etwas, was man nicht jeden Tag erlebt. Es war uns eine große Freude an solch einem zukunftsweisenden Projekt teilhaben zu dürfen.
Lilia, Johanna W., Joshua
Leistungskurs Biologie 2. Semester