Mikrobiologische Grundübungen als kitchen lab

Ziele/Motive/Ausgangslage/Problemstellung

Wir bringen Wissenschaft unter die Leute. Einhundertzwanzig Forschungslabors, landauf, landab, werden den innovativen Charakter universitären Lernens in die Wohnungen tragen. Das Format könnte auch mediales Interesse generieren und die Bevölkerung für die Wissenschaft begeistern. Wir sehen die Coronazeit nicht als Krise, sondern als Chance für unser Forschungsgebiet und unsere Lehre. Wir erwarten uns gesteigerten Zuspruch für das Studium der Biologie, und insbesondere der Mikrobiologie.

Kurzzusammenfassung des Projekts

Einfache Methoden der Kultivierung von Mikroorganismen werden in die Küche geholt. Nährböden enthalten statt teurer Nähr- und Spurenstoffe aus dem Chemiekasten des Labors ganz einfach Lebensmittel. Fleischsuppe, Salz und Zucker ist in jeder Küche zu finden, und genügen den Ansprüchen der Mikroorganismen, das sind im Wesentlichen Pilze und Bakterien. Mit sterilen Wattestäbchen werden aus der Umwelt Proben entnommen, das können Oberflächen in der Küche oder im Wohnzimmer sein, oder unterschiedliche Körperstellen. Schmutzige Finger sind hier besser geeignet als sauber gewaschene und desinfizierte. Gar aus der Luft können Keime eingefangen werden, sie sedimentieren einfach auf die Nährbodenplatten. Als Brutschrank dient ein Küchenkastl oder der Backofen auf niederster Stufe. Mit Germ kann man wunderbar Brot backen, aber auch einfache physiologische Experimente machen, die sogar Luftballons zum Platzen bringen können. Die kleinen Experimente in der Küche werden fotografisch Dokumentiert, und ein kleines Laborprotokoll dient der Überprüfung durch die Lehrpersonen.

Kurzzusammenfassung des Projekts in englischer Sprache

We are living in a microbe world. Commonly, working with microbes is taught in a laboratory to teach students how to work under sterile and axenic conditions. Nutrient broth and agar dishes for cultivation are prepared with well defined laboratory chemicals. However, microorganisms do not care about purity of nutrient solutions. As we all know, microorganisms grow well on rotting organic produce, leftovers in the coffee maker, even at low temperatures in the darkness of a refrigerator. Preparing defined media with sugar or chicken broth or whatever nutritious ingredients you find in the kitchen is not a problem, sterilisation can easily be done with a pressure cooker or in the oven, and using sterilized cotton swabs for inoculating the broth or agar plates comes easy, be it for sampled surfaces or liquids. Students can see the bacterial colonies forming, and with the help of the cotton swabs they are even able to isolate pure cultures. Using baker’s yeast, physiological tests can be made to see on which substrates the yeast is growing and thus producing CO2. Care has to be taken that the balloon used for demonstrating the gas production does not explode. Finally, it has to be noted that the kitchen lab may be contagious, in a way that roomates get infested with the idea of studying microbiology.

Nähere Beschreibung des Projekts

Zahlreiche Anleitungen für Kitchen-Labs oder Home-Labs sind im Internet zu finden. In unserem Falle standen wir vor der Herausforderung, ein bestehendes Lehreprogramm für Bachelorstudenten so umzustricken, dass es auch zuhause in der Küche durchgeführt werden konnte.

Die Studierenden hatten die Aufgabe, eine Nährlösung auf Basis von Zucker, Salz und Suppenwürfeln zuzubereiten und damit Agarplatten zur Kultivierung von Mikroorganismen herzustellen. Diese Agarplatten wurden zur Kultivierung von Luftkeimen verwendet, als auch zur Kultivierung von Keimen von verschiedenen Oberflächen. Zu diesem Zweck wurden mittels im Backofen bei 150° C sterilisierte Wattestäbchen verwendet, mit denen zuerst über die zu untersuchenden Oberflächen (Arbeitisplatte, Klodeckel, Abwasch etc.), und dann auf die Oberfläche der Agarplatten gestrichen wurde. Dort sehr schnell wachsende Bakterien- und Pilzkolonien wurden nochmals mit einem Wattestäbchen abgenommen, und in einem Ausstrichverfahren wurden Reinkulturen hergestellt.

Für die Coronazeit höchst aktuell, wurde ein Vergleich verschiedener Desinfektionsmittel durchgeführt, der unten im Detail beschrieben ist.

Zielsetzung

Das Ziel des Versuches war der Nachweis von Mikroorganismen auf der Hand. Weiters sollte beurteilt werden, ob und in welchem Ausmaß das Händewaschen mit Wasser und Seife bzw. eine Desinfektion die Keimdichte der Hand beeinflusst.

Theoretischer Hintergrund

Hände werden fortlaufend durch Berührung von Oberflächen (z.B. Türklinken, Haltegriffe, etc.) mit Mikroorganismen (darunter Fäkalkeime und pathogene Mikroorganismen) kontaminiert. Ein Teil der Organismen überlebt in den Poren der Haut bzw. in Fett- und Eiweißbelägen auf der Haut. Händewaschen kann zwar die Keimdichte reduzieren, ist jedoch keine Garantie für Keimfreiheit. Eine Desinfektion bewirkt eine weitere Reduktion der Keimdichte auf der Hand. Mit der vorgestellten Methode können nur die Keime nachgewiesen werden, die unter den gewählten Kulturbedingungen Kolonien bilden. Es ist auch klar, dass nicht alle an den Oberflächen haftenden Mikroorganismen beim „Abklatsch“ auf die Oberfläche des Agarmediums übertragen werden.

Material

Drei Agarplatten mit selbst hergestelltem Vollmedium, sterilisierte Wattestäbchen.

Durchführung

• Abdruck der Hand vor dem Händewaschen zuerst auf einer Agarplatte mit Vollmedium.

• Abdruck derselben Hand nach einminütigem Händewaschen mit Wasser und Seife auf einer Agarplatte mit Vollmedium.

• Abdruck derselben Hand nach einminütiger Einwirkung von 70% Ethanol zuerst auf einer Agarplatte mit Vollmedium.

• Danach Petrischalen schließen und bei Zimmertemperatur (22°C) inkubieren (bebrüten).

• Bestimmung der Keimzahl durch Auszählen der Kolonien nach 24 h und nach 3 Tagen Inkubation.

Erstellung des Laborreportes

Die Ergebnisse der Auszählung mussten in eine Tabelle eingetragen werden (Ergebnisse nach Auszählung (KBE, koloniebildende Einheiten) nach 24 h und 3 Tagen) und einige Fragen beantwortet werden:

Behandlung der Hand Anzahl der koloniebildenden Einheiten:

Nach 24 h bzw. Nach 3 Tagen:

Dreckig wie sie ist

Waschen mit Wasser und Seife

Desinfizieren mit 70% Ethanol

Wie unterscheiden sich die Ergebnisse nach 24 h und 3 Tagen? …………………………………..

Wie unterscheiden sich die Kolonien auf den verschiedenen Medien? ………………………………………

Welche Schlussfolgerungen ziehen Sie aus den Ergebnissen?

1) ……………………………………………………………………………………………….

2) …………………………………………………………………………………………..

3) ………………………………………………………………………………………………..

Ähnliche tabellarische Auswertungen wurden auch für die anderen Aufgabenstellungen verwendet.

Der Versuch mit Bäckerhefe zeigte den Studierenden, welche Substrate Saccharomyces cerevisiae nutzen kann. Es wurde auf eine genaue Quantifizierung verzichtet, die unterschiedliche Dimension der durch das gebildete CO2 aufgeblähten oder weniger aufgeblähten Luftballons veranschaulichte die Ergebnisse jedoch eindrucksvoll.

Wir glauben, mit diesen kitchen-Labs die Allgegenwärtigkeit von Mikroorganismen und einige ihrer Fähigkeiten, zu überleben, den Studierenden nähergebracht zu haben. Im kommenden Sommersemester wird das Labor im gleicher Art und Weise wieder durchgeführt werden Es ist sogar überlegenswert, das Format teilweise beizubehalten. Mikrobiologie kann auf diese Art und Weise gut unter die Leute gebracht werden, und die knappen Laborressourcen für andere Praktika genutzt werden.

Nutzen und Mehrwert

Reduktion der Präsenzzeit im Labor, Wissenschaftsvermittlung, Sensibilisierung für Mikroorganismen im Alltag

Nachhaltigkeit

Ja, das Konzept kann als Beispiel für andere Lehrveranstaltungen dienen, die aufgrund der vielen TeilnehmerInnen, möglicher Verhinderung von Präsenzteilnahme oder Raummangels auf diese Alternative zurückgreifen können.

Aufwand

Vor allem die Vorbereitung und Neuüberlegungen haben einen Mehraufwand verursacht. Dies entstand jedoch auch durch die erstmalige Durchführung in dieser Form.