Master’s Thesis - Exam

Aufgabe 1)

Du machst gerade Fortschritte bei der Planung deiner Masterarbeit in Molecular Medicine an der Universität Erlangen-Nürnberg. Dabei ist die Themenfindung und Formulierung einer Forschungsfrage von zentraler Bedeutung. Berücksichtige dabei relevante wissenschaftliche und gesellschaftliche Fragestellungen und führe eine umfassende Literaturrecherche durch. Achte darauf, dass deine Forschungsfrage präzise und spezifisch ist, und prüfe die Machbarkeit des Projekts in Bezug auf Zeit, Ressourcen und Methoden. Vergiss nicht, eine überprüfbare Hypothese zu entwickeln und konsultiere deinen Betreuer zur Verfeinerung deiner Forschungsfrage. Schließlich, identifiziere geeignete Methoden zur Beantwortung deiner Frage.

a)

Du hast dich dafür entschieden, die Rolle eines spezifischen Proteins XYZ bei der Entstehung von Brustkrebs zu untersuchen.

• Relevanz: Begründe, warum dieses Thema sowohl wissenschaftlich als auch gesellschaftlich relevant ist. Welche Auswirkungen könnte eine tiefere Einsicht in die Rolle von Protein XYZ haben?
• Literaturrecherche: Stelle kurz dar, welche Studien es bereits zu diesem Thema gibt und inwiefern deine Arbeit auf diesen Studien aufbaut oder sie ergänzt.
• Hypothese: Formuliere eine präzise und überprüfbare Hypothese, die du in deiner Arbeit testen möchtest.

Lösung:

Untersuchung der Rolle des Proteins XYZ bei der Entstehung von Brustkrebs

• Relevanz: Die Forschung zur Rolle des Proteins XYZ bei der Entstehung von Brustkrebs ist sowohl wissenschaftlich als auch gesellschaftlich von hoher Bedeutung. Wissenschaftlich könnte eine tiefere Einsicht in die Funktion und Bedeutung von XYZ neue Ansatzpunkte für gezielte Therapien und Präventionsstrategien bieten. Gesellschaftlich könnte dies zur Entwicklung besserer Diagnosemethoden und therapeutischer Interventionen führen, was die Überlebenschancen und Lebensqualität der Betroffenen erhöhen könnte.
• Literaturrecherche: Es gibt bereits mehrere Studien, die die allgemeine Funktion von Protein XYZ in verschiedenen Zelltypen und dessen übergeordnete Rolle bei der Zellproliferation und Apoptose untersuchen. Einige Forschungen haben spezifische Mutationen und ihre Assoziation mit Brustkrebs analysiert. Meine Arbeit wird auf diesen Studien aufbauen, indem sie sich auf die detaillierten molekularen Mechanismen konzentriert, durch die Protein XYZ die Entwicklung und das Fortschreiten von Brustkrebs beeinflusst. Zusätzlich werde ich experimentelle Methoden anwenden, um neue Einsichten in die signalgebenden Wege und Interaktionspartner von Protein XYZ in Brustkrebszellen zu gewinnen.
• Hypothese: Die präzise und überprüfbare Hypothese lautet: „Das Protein XYZ fördert die Entstehung und das Fortschreiten von Brustkrebs durch die Regulation spezifischer signalgebender Wege, die die Zellproliferation und Apoptose beeinflussen.“ Diese Hypothese kann durch gezielte Experimente überprüft werden, indem die Expression von Protein XYZ in Brustkrebszellen moduliert und die Auswirkungen auf Zellverhalten, Signalwege und Tumorentwicklung analysiert werden.

b)

Gehe im Detail darauf ein, wie du die Machbarkeit deiner Forschungsfrage sicherstellst.

• Zeit: Skizziere einen realistischen Zeitplan für dein Projekt. Wie lange planst du für die einzelnen Phasen (Literaturrecherche, Experiment, Datenanalyse, Schreiben)?
• Ressourcen: Welche Ressourcen benötigst du für dein Projekt? Dazu zählen Laborgeräte, Reagenzien, Zugang zu Datenbanken, etc.
• Methoden: Beschreibe die Methoden, die du zur Beantwortung deiner Forschungsfrage verwenden möchtest. Wie stellst du sicher, dass diese Methoden geeignet und zuverlässig sind?

Lösung:

Sicherstellung der Machbarkeit der Forschungsfrage

Untersuchung der Rolle des Proteins XYZ bei der Entstehung von Brustkrebs

• Zeit: Um sicherzustellen, dass ich das Projekt in der gegebenen Zeit realisieren kann, habe ich einen detaillierten Zeitplan erstellt:
  • Literaturrecherche: 2 Monate – Umfassende Durchsicht der existierenden Literatur, Identifizierung relevanter Studien und theoretischer Rahmenwerke.
  • Experimentelle Planung und Vorbereitung: 1 Monat – Planung der Experimente, Beschaffung der notwendigen Materialien und Reagenzien.
  • Experimentelle Durchführung: 4 Monate – Durchführung der Experimente zur Analyse der Rolle von Protein XYZ.
  • Datenanalyse: 2 Monate – Auswertung der experimentellen Daten, Anwendung statistischer Methoden zur Analyse der Ergebnisse.
  • Schreiben der Masterarbeit: 3 Monate – Ausformulierung der Ergebnisse, Diskussion der Befunde im Kontext der bestehenden Literatur und Schlussfolgerungen. Gesamtzeit: 12 Monate – Ein Jahr, um alle Phasen des Projekts abzuschließen.
• Ressourcen: Für mein Projekt benötige ich verschiedene Ressourcen, darunter:
  • Laborgeräte: Zellkulturhauben, Inkubatoren, Mikroskope, PCR-Geräte, Zentrifugen, Western Blot Apparaturen.
  • Reagenzien: Antikörper gegen Protein XYZ, Zellkulturmedien, Transfektionsreagenzien, Chemikalien für Western Blotting und PCR.
  • Datenbanken: Zugang zu wissenschaftlichen Datenbanken wie PubMed, ScienceDirect und JSTOR für die Literaturrecherche.
  • Software: Statistik- und Datenanalyse-Software wie GraphPad Prism, SPSS oder R für die Auswertung der experimentellen Ergebnisse.
• Methoden: Um die Forschungsfrage zu beantworten, werde ich folgende Methoden anwenden:
  • Zellkultur: Kultivierung von Brustkrebszellen zur Untersuchung der Expression und Funktion von Protein XYZ.
  • Genom- und Proteomanalyse: Verwendung von qPCR und Western Blotting zur Quantifizierung der mRNA- und Proteinexpressionslevel von XYZ.
  • Transfektion und Gen-Silencing: Anwendung von siRNA oder CRISPR/Cas9 zur gezielten Modulation der Expression von Protein XYZ.
  • Funktionelle Assays: Durchführung von Proliferations-, Migrations- und Invasionsassays zur Analyse der funktionellen Auswirkungen der Modulation von Protein XYZ.
  • Datenanalyse: Statistische Analyse der experimentellen Daten mithilfe geeigneter Software, um die Signifikanz der Ergebnisse festzustellen.
  Die Eignung und Zuverlässigkeit dieser Methoden wird durch die Verwendung etablierter Protokolle und regelmäßige Konsultation mit erfahrenen Wissenschaftlern sichergestellt.

c)

Angenommen, du hast deinen Betreuer kontaktiert und wichtige Rückmeldungen erhalten.

• Berücksichtigung von Feedback: Beschreibe, wie du das Feedback deines Betreuers in die Verfeinerung deiner Forschungsfrage und Hypothese einbeziehst.
• Feinanpassung der Methoden: Diskutiere mögliche Anpassungen der Methoden basierend auf den Vorschlägen deines Betreuers. Wie beeinflussen diese Anpassungen deinen Forschungsplan?
• Erwartete Ergebnisse: Skizziere die möglichen Ergebnisse deiner Forschung und ihre Bedeutung. Welche Konsequenzen könnten deine Ergebnisse für die wissenschaftliche Gemeinschaft und die Gesellschaft haben?

Lösung:

Integration des Betreuerfeedbacks in die Masterarbeit

Untersuchung der Rolle des Proteins XYZ bei der Entstehung von Brustkrebs

• Berücksichtigung von Feedback: Nachdem ich wichtige Rückmeldungen von meinem Betreuer erhalten habe, werde ich diese wie folgt in die Verfeinerung meiner Forschungsfrage und Hypothese einbeziehen:
  • Forschungsfrage: Mein Betreuer hat darauf hingewiesen, dass die Forschungsfrage noch spezifischer formuliert werden könnte, um eine klarere Richtung vorzugeben. Daher werde ich die Frage präzisieren, indem ich mich auf einen bestimmten Signalweg oder Zelltyp konzentriere, z.B.: „Welchen Einfluss hat Protein XYZ auf den PI3K/Akt Signalweg in HER2-positiven Brustkrebszellen?“
  • Hypothese: Die Hypothese wird entsprechend angepasst, um die präzisere Forschungsfrage zu reflektieren. Anstatt „Das Protein XYZ fördert die Entstehung und das Fortschreiten von Brustkrebs“, könnte die Hypothese nun lauten: „Protein XYZ verstärkt die Aktivität des PI3K/Akt Signalwegs und fördert dadurch die Proliferation von HER2-positiven Brustkrebszellen.“
• Feinanpassung der Methoden: Basierend auf den Vorschlägen meines Betreuers werde ich die Methoden wie folgt anpassen:
  • Zelllinienauswahl: Mein Betreuer hat vorgeschlagen, zusätzlich zu den allgemeinen Brustkrebszelllinien auch spezifische HER2-positive Zelllinien einzubeziehen. Das bedeutet, dass ich nun Zelllinien wie BT-474 oder SK-BR-3 für meine Experimente verwenden werde.
  • Signalweganalyse: Es wurde empfohlen, detailliertere Analysen des PI3K/Akt Signalwegs durchzuführen. Daher werde ich Phospho-spezifische Antikörper in Western Blots einsetzen, um die Aktivierung der Signalweg-Komponenten zu untersuchen.
  • Erweiterte funktionelle Assays: Mein Betreuer schlug außerdem vor, neben Proliferationsassays auch Apoptose- und Zellzyklusanalysen durchzuführen, um ein umfassenderes Bild der Wirkung von Protein XYZ zu erhalten.
  Diese Anpassungen werden den Forschungsplan beeinflussen, indem sie eine genauere Untersuchung des spezifischen Signalwegs und Zelltyps ermöglichen, was die Aussagekraft der Ergebnisse erhöht.
• Erwartete Ergebnisse: Die möglichen Ergebnisse meiner Forschung könnten wie folgt aussehen:
  • Wenn die Hypothese bestätigt wird: Es wird gezeigt, dass Protein XYZ die Aktivität des PI3K/Akt Signalwegs in HER2-positiven Brustkrebszellen erhöht und die Zellproliferation fördert. Dies könnte zur Entwicklung neuer therapeutischer Ansätze führen, bei denen die Funktion von XYZ gehemmt wird, um das Tumorwachstum zu kontrollieren.
  • Wenn die Hypothese widerlegt wird: Sollte sich herausstellen, dass Protein XYZ keinen Einfluss auf den PI3K/Akt Signalweg hat, könnte dies darauf hindeuten, dass andere Signalwege oder Mechanismen eine Rolle spielen. Dies würde die Forschung in neue Richtungen lenken und zur Identifizierung alternativer therapeutischer Ziele beitragen.
  • Wissenschaftliche und gesellschaftliche Bedeutung: Unabhängig vom Ergebnis wird die Forschung zur Rolle von Protein XYZ wertvolle Einblicke in die molekularen Mechanismen von Brustkrebs liefern. Wissenschaftlich könnte dies die Grundlage für weiterführende Studien und die Entwicklung neuer Diagnose- und Behandlungsmethoden schaffen. Gesellschaftlich könnte die Forschung zu verbesserten Therapieoptionen und einer besseren Prognose für Brustkrebspatientinnen führen.

Aufgabe 2)

Im Rahmen deiner Masterarbeit in Molekularer Medizin planst du ein Forschungsprojekt, das die molekularen Mechanismen einer bestimmten Krankheit untersucht. Du hast dich entschieden, die Signalwege einer spezifischen Proteinkinase zu analysieren, die bei der Pathogenese dieser Krankheit eine Rolle spielt. Dein Ziel ist es, neue therapeutische Möglichkeiten zu identifizieren, die die Aktivität dieser Proteinkinase modulieren könnten.

a)

Beschreibe detailliert, wie Du die geeigneten Experimente entwerfen würdest, um die Aktivität der spezifischen Proteinkinase in verschiedenen Zelllinien zu messen. Gehe dabei auf die Auswahl der Methodik, die Kontrolle von Variablen und die statistische Auswertung ein. Welche Techniken würdest Du einsetzen, um die Phosphorylierung der Substrate der Proteinkinase nachzuweisen?

Lösung:

Um die Aktivität der spezifischen Proteinkinase in verschiedenen Zelllinien zu messen, würde ich die folgenden Schritte unternehmen:

• Auswahl der Methodik:
• Ich würde eine Kombination aus Western Blot und Massenspektrometrie verwenden, um die Aktivität der Proteinkinase zu analysieren. Diese Techniken sind gut etabliert und ermöglichen eine genaue Messung der Phosphorylierung von Substraten.
• Für die Quantifizierung der mRNA-Expression der Proteinkinase könnte ich quantitative PCR (qPCR) einsetzen.
• Fluoreszenzbasierte Assays, wie z.B. FRET (Förster-Resonanzenergietransfer), könnten hilfreich sein, um dynamische Veränderungen in Echtzeit zu messen.
• Kontrolle von Variablen:
• Es ist wichtig, dass alle Zelllinien unter identischen Bedingungen kultiviert werden. Dies beinhaltet die Verwendung desselben Nährmediums, die gleiche Zellkulturdauer und die gleiche Zellkonfluenz.
• Negative Kontrollen (Zellen ohne Behandlung) und positive Kontrollen (Zellen mit bekanntem Inhibitor oder Aktivator der Proteinkinase) sind entscheidend, um die Spezifität und Genauigkeit der Experimente zu gewährleisten.
• Replikate sollten durchgeführt werden, um die Konsistenz der Ergebnisse zu überprüfen und statistische Signifikanz zu erreichen.
• Zeitpunkte für die Zellernte müssen sorgfältig ausgewählt werden, um sicherzustellen, dass die Veränderungen in der Phosphorylierung korrekt erfasst werden.
• Statistische Auswertung:
• Die Datenanalyse würde mit geeigneten statistischen Methoden durchgeführt werden, wie t-Tests oder ANOVA (Analysis of Variance), um Unterschiede zwischen den Bedingungen zu identifizieren.
• Eine Bonferroni-Korrektur könnte verwendet werden, um das Risiko von falsch-positiven Ergebnissen bei mehrfachen Tests zu minimieren.
• Die Ergebnisse sollten in Form von Mittelwerten und Standardabweichungen dargestellt werden. Boxplots und Barplots könnten helfen, die Verteilung der Daten visuell darzustellen.
• Techniken zum Nachweis der Phosphorylierung der Substrate:
• Western Blot: Spezifische Antikörper gegen phosphorylierte Formen der Substrate könnten verwendet werden, um die Phosphorylierung zu detektieren. Nach der Elektrophorese und dem Transfer auf eine Membran würden die Antikörper an die phosphorylierten Proteine binden und durch nachfolgende detektionsmethoden wie chemilumineszenz sichtbar gemacht werden.
• Massenspektrometrie: Diese Technik ermöglicht die Identifizierung und Quantifizierung phosphorylierter Peptide. Zelllysate könnten proteolytisch verdaut und die resultierenden Peptide durch Massenspektrometrie analysiert werden. Dies erlaubt eine detaillierte Darstellung der Phosphorylierungsmuster.
• ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay): Dies könnte verwendet werden, um spezifische phosphorylierte Substrate quantitativ zu messen. Zusammengefasst könnten diese methodischen Ansätze zusammen ein umfassendes Bild der Aktivität der Proteinkinase und ihrer Wirkung auf Substrate liefern.

b)

Bestimme die benötigten Ressourcen und Materialien, einschließlich der geschätzten Kosten, die zur Durchführung deiner Experimente erforderlich sind. Berücksichtige dabei auch die Zeit, die für jede Phase des Experiments benötigt wird, und erstelle einen detaillierten Zeitplan. Wie würdest Du sicherstellen, dass Deine Forschung ethischen und gesetzlichen Vorschriften entspricht?

Lösung:

Um die Experimente zur Analyse der Signalwege einer spezifischen Proteinkinase durchzuführen, werden folgende Ressourcen und Materialien benötigt:

• Ressourcen und Materialien:
• Zelllinien: Verschiedene Zelllinien, die für die Studie relevant sind. Kosten pro Zelllinie: ungefähr 300 - 500 EUR.
• Kulturmedien und Reagenzien: Medien für Zellkultur, FCS (foetales Kälberserum), Antibiotika, Trypsin, etc. Geschätzte Kosten: 1000 - 2000 EUR pro Experimentphase.
• Western Blot Reagenzien: Antikörper (primär und sekundär), SDS-PAGE Gele, Buffersysteme, Chemilumineszenz-Substrat. Geschätzte Kosten: 1500 - 3000 EUR.
• Massenspektrometrie: Enzyme für die Proteolyse, Pipettenspitzen, Laborverbrauchsmaterialien. Kosten variieren je nach Auftrag und Umfang, aber geschätzt 5000 - 7000 EUR pro Analyse.
• qPCR Reagenzien: Nukleinsäure-Isolationskits, Reverse Transkriptase, qPCR Master Mixes. Geschätzte Kosten: 1000 - 2000 EUR.
• FRET Assay Kits: Reagenzien und notwendige Marker für fluoreszenzbasierte Assays. Geschätzte Kosten: 1000 - 1500 EUR.
• Geräte: Nutzung bestehender Laborausrüstung wie Zellkultur-Inkubatoren, Western Blot Apparatur, Massenspektrometer, qPCR Maschinen, Fluorometer. Laufende Wartungskosten: 2000 - 3000 EUR.
• Zeitplanung:
• Vorbereitungsphase (4 Wochen): Anschaffung von Materialien, Etablierung und Testung der Zellkulturen.
• Experimentelle Phase I (8 Wochen): Zellkultivierung und Durchführung der Western Blot Experimente.
• Experimentelle Phase II (8 Wochen): Massenspektrometrie-Analysen durchführen.
• Datenanalyse (4 Wochen): Auswertung der experimentellen Daten inklusive statistischer Analysen.
• Bericht und Präsentation (4 Wochen): Zusammenstellung der Ergebnisse für die Masterarbeit und Vorbereitung der Verteidigung.
• Ethik und gesetzliche Vorschriften:
• Ethikantrag: Einreichen eines Ethikantrags bei der zuständigen Ethikkommission, um die ethische Unbedenklichkeit der Studie zu bestätigen.
• Gute Laborpraxis (GLP): Einhaltung der Richtlinien für gute Laborpraxis, um die Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit der Ergebnisse sicherzustellen.
• Datenschutz: Sicherstellen, dass alle personenbezogenen Daten, die möglicherweise im Rahmen der Forschung gesammelt werden, gemäß den geltenden Datenschutzbestimmungen behandelt werden.
• Tierversuchsgenehmigungen: Falls tierische Modelle notwendig sind, müssen entsprechende tierschutzrechtliche Genehmigungen eingeholt werden.

Zusammengefasst würde die Gesamtdauer für die Experimente etwa 28 Wochen betragen, mit geschätzten Kosten von ca. 14.800 - 20.300 EUR. Die Einhaltung der ethischen und gesetzlichen Vorschriften wird durch sorgfältige Planung und Dokumentation sichergestellt.

Aufgabe 3)

Du hast Dich entschieden, Deine Masterarbeit im Bereich der Molekularen Medizin an der Universität Erlangen-Nürnberg zu schreiben. Ein wichtiger Teil Deiner Arbeit besteht darin, relevante wissenschaftliche Literatur zu nutzen, um den theoretischen Rahmen Deiner Forschung zu stützen und Deine Ergebnisse in den bestehenden Kontext einzubetten. Deine Aufgabe ist es, die beschriebene wissenschaftliche Literatur zu identifizieren, zu bewerten und korrekt zu zitieren, um diese effektiv in Deine Abschlussarbeit zu integrieren. Nutze hierzu verschiedene Online-Datenbanken und Bibliotheken.

a)

1. Literatursuche und Beschaffung:Beschreibe den Prozess, den Du durchlaufen würdest, um relevante Quellen für Deine Masterarbeit zu identifizieren. Welche Online-Datenbanken und Bibliotheken würdest Du nutzen und warum? Führe mindestens drei spezifische Quellenbeispiele (Artikel, Bücher, Studien) auf, die für Deine Forschung relevant sind. Erkläre, wie Du diese Quellen gefunden hast und warum Du sie als relevant erachtest.

Lösung:

• Prozess der Literatursuche und BeschaffungDer Prozess beginnt mit dem Festlegen der relevanten Schlagwörter und Themenbereiche Deiner Masterarbeit. Anschließend folgt die systematische Suche in verschiedenen wissenschaftlichen Datenbanken und Bibliotheken. Hier sind die Schritte im Detail:
• 1. Festlegung der Schlagwörter: Definiere Schlüsselwörter und Phrasen, die Dein Forschungsthema präzise beschreiben. Beispiele könnten „Molekulare Medizin“, „Krebsforschung“, „Genomsequenzierung“ oder „Protein-Protein-Interaktionen“ sein.
• 2. Nutzung von Online-Datenbanken: Nutze wissenschaftliche Datenbanken, um nach relevanter Literatur zu suchen. Hier sind einige wichtige Datenbanken und Bibliotheken:
• PubMed: Eine umfangreiche und frei zugängliche Datenbank für biomedizinische Literatur. Ideal für das Auffinden von wissenschaftlichen Artikeln und Studien im Bereich der Molekularen Medizin.
• Web of Science: Eine multidisziplinäre Datenbank, die Zitierungsinformationen bietet und dabei hilft, die einflussreichsten Artikel in einem bestimmten Forschungsbereich zu identifizieren.
• Google Scholar: Ermöglicht eine breite Suche in wissenschaftlicher Literatur über viele Disziplinen hinweg. Zeigt zudem, wie oft ein Artikel zitiert wurde, was ein Indikator für dessen Einfluss sein kann.
• 3. Identifikation relevanter Quellen: Suche mithilfe der festgelegten Schlagwörter in den genannten Datenbanken nach relevanten Artikeln, Büchern und Studien. Beachte dabei die Anzahl der Zitationen, das Erscheinungsdatum und die Relevanz für Dein spezifisches Forschungsthema.
• Spezifische QuellenbeispieleHier sind drei spezifische Quellen, die für Deine Forschung relevant sein könnten:
• Beispiel 1 - Artikel: „The Genomic Landscape of Cancer“ veröffentlicht in Cell.Wie gefunden: Durch eine Suche auf PubMed mit den Schlagwörtern „Genomic Cancer Research“. Dieser Artikel bietet einen umfassenden Überblick über die neuesten Erkenntnisse in der Krebsgenomik und ist deshalb essenziell für den theoretischen Rahmen Deiner Arbeit.
• Beispiel 2 - Buch: „Principles of Molecular Medicine“ von Jameson et al.Wie gefunden: Durch eine Suche auf Google Scholar nach umfassenden Lehrbüchern zur Molekularen Medizin. Dieses Buch ist relevant, da es eine breite Einführung und aktuelle Themen im Bereich der Molekularen Medizin bietet.
• Beispiel 3 - Studie: „High-Throughput Sequencing Technologies and Their Applications“ veröffentlicht in Annual Review of Genomics and Human Genetics.Wie gefunden: Durch eine Suche auf Web of Science nach Artikeln über Hochdurchsatz-Sequenzierung. Diese Studie ist relevant, weil sie moderne Technologien erklärt, die Du möglicherweise in Deiner Forschung anwenden wirst.

b)

2. Bewertung der Relevanz und Qualität der Literatur:Diskutiere mindestens drei Kriterien, die Du verwenden würdest, um die Relevanz und Qualität der gefundenen Literatur zu bewerten. Wende diese Kriterien auf die in Teil 1 identifizierten Quellen an und begründe Deine Bewertung ausführlich. Wie stellst Du sicher, dass die Literatur von hoher wissenschaftlicher Qualität ist?

Lösung:

• Bewertung der Relevanz und Qualität der LiteraturUm sicherzustellen, dass die verwendete wissenschaftliche Literatur von hoher Qualität und Relevanz ist, sollten mindestens die folgenden drei Kriterien berücksichtigt werden:
• 1. Zitierhäufigkeit: Die Anzahl der Zitationen eines Artikels kann ein Indikator für dessen Einfluss und Bedeutung im wissenschaftlichen Bereich sein. Artikel, die häufiger zitiert werden, haben in der Regel mehr Anerkennung in der wissenschaftlichen Gemeinschaft.
• 2. Veröffentlichungsdatum: Stell sicher, dass die Quellen aktuell sind und dem neuesten Stand der Forschung entsprechen. Gerade in der Molekularen Medizin, wo sich das Wissen rasant weiterentwickelt, sind neuere Veröffentlichungen oft relevanter.
• 3. Peer-Review-Verfahren: Artikel und Studien, die einem Peer-Review-Prozess unterzogen wurden, haben eine höhere wissenschaftliche Qualität, da sie von Experten des jeweiligen Fachgebiets überprüft wurden.
• Anwendung der Kriterien auf die identifizierten Quellen:Im Folgenden wird die Bewertung der drei in Teil 1 identifizierten Quellen anhand der genannten Kriterien dargestellt:
• Beispiel 1 - Artikel: „The Genomic Landscape of Cancer“ veröffentlicht in Cell.Zitierhäufigkeit: Dieser Artikel ist hochzitiert, was auf seine große Relevanz im Forschungsbereich der Krebsgenomik hinweist.Veröffentlichungsdatum: Der Artikel wurde 2011 veröffentlicht. Obwohl er nicht der jüngste ist, gibt er einen umfassenden Überblick über die Grundlagen und bleibt daher relevant.Peer-Review-Verfahren: Cell ist eine renommierte Zeitschrift, die strenge Peer-Reviews durchführt, was die wissenschaftliche Qualität des Artikels gewährleistet.Fazit: Der Artikel ist von hoher wissenschaftlicher Qualität und Relevanz für Deine Forschungsarbeit.
• Beispiel 2 - Buch: „Principles of Molecular Medicine“ von Jameson et al.Zitierhäufigkeit: Das Buch wird häufig in wissenschaftlichen Arbeiten zitiert, was auf dessen Bedeutung und Nützlichkeit hinweist.Veröffentlichungsdatum: Die neueste Auflage wurde 2016 veröffentlicht und deckt aktuelle Themen der Molekularen Medizin ab.Peer-Review-Verfahren: Bücher werden in der Regel nicht direkt peer-reviewed, jedoch werden solche von anerkannten Experten in der Regel von Fachkollegen durchgesehen.Fazit: Das Buch ist eine wertvolle Ressource für die theoretischen Grundlagen und aktuelle Entwicklungen in Deiner Forschungsarbeit.
• Beispiel 3 - Studie: „High-Throughput Sequencing Technologies and Their Applications“ veröffentlicht in Annual Review of Genomics and Human Genetics.Zitierhäufigkeit: Die Studie wird vielfach zitiert, was ihre Relevanz und Einfluss im Bereich der Genomsequenzierung unterstreicht.Veröffentlichungsdatum: Die Studie wurde 2020 veröffentlicht und enthält somit die neuesten Erkenntnisse und Technologien.Peer-Review-Verfahren: Annual Review of Genomics and Human Genetics ist eine hoch angesehene Fachzeitschrift, die peer-reviewed ist und somit hohe wissenschaftliche Standards sicherstellt.Fazit: Die Studie ist von hoher wissenschaftlicher Qualität und sehr relevant für Deine Forschungsarbeit.
• Sicherung der wissenschaftlichen Qualität:Um sicherzustellen, dass die Literatur von hoher wissenschaftlicher Qualität ist, solltest Du folgende Maßnahmen ergreifen:
• Nutze renommierte und international anerkannte Datenbanken und Fachzeitschriften.
• Berücksichtige die Peer-Review-Qualität und den Herausgeber der Quelle.
• Überprüfe die Zitierhäufigkeit und die Rezeption der Quelle in der wissenschaftlichen Gemeinschaft.
• Stelle sicher, dass die Informationen aktuell und relevant für Dein spezifisches Forschungsgebiet sind.

c)

3. Richtige Zitierweise und Integration:

• Schreibe ein kurzes Abschnitt Deiner Masterarbeit, in dem Du mindestens zwei der in Teil 1 identifizierten Quellen korrekt zitierst. Wähle eine Zitierweise (APA, MLA etc.) und verwende diese konsistent.
• Erläutere die grundlegenden Prinzipien der von Dir gewählten Zitierweise. Warum hast Du diese Zitierweise gewählt?
• Erkläre außerdem, wie Du sicherstellst, dass die integrierte Literatur Dein eigenes Forschungsargument unterstützt und nicht nur als Füllmaterial verwendet wird. Wie verbindest Du die Literaturzitate effektiv mit Deinen eigenen Forschungsergebnissen?

Lösung:

• Ich habe mich entschieden, die APA-Zitierweise (American Psychological Association) zu verwenden, da sie in den Naturwissenschaften weit verbreitet ist und klar strukturierte Richtlinien für das Zitieren von Quellen bietet. Die Wahl fiel auf APA, um eine einheitliche Zitierweise sicherzustellen, die sowohl übersichtlich als auch präzise ist.
• Grundlegende Prinzipien der APA-Zitierweise:
  • In-Text-Zitation: Autorennennung und Veröffentlichungsjahr werden im Text genannt, z.B. (Mustermann, 2020).
  • Literaturverzeichnis: Am Ende der Arbeit wird ein alphabetisches Verzeichnis aller zitierten Quellen angegeben, das detaillierte Informationen zu den Quellen enthält.
  • Konsistenz: Alle Quellen müssen nach denselben Regeln und Formatierungen zitiert werden, um die Einheitlichkeit zu wahren.
• Beispielabschnitt der Masterarbeit mit korrekten Zitaten:„Eine entscheidende Rolle in der Krebsforschung spielt die Untersuchung des zellulären Genoms, welches tiefgehende Einblicke in die Mutation von Krebsgenen ermöglicht. Nach neuesten Erkenntnissen erstreckt sich das genomische Landschaftsbild von Krebs über umfangreiche mutative Variationen, die durch Hochdurchsatzsequenzierungen aufgedeckt wurden (Vogelstein et al., 2013). Dabei zeigte sich, dass bestimmte Genomregionen besonders anfällig für Mutationen sind, was auf deren kritische Funktionen im Zellzyklus hinweist. Funktionen dieser Technologien und ihre Anwendungsmöglichkeiten werden ausführlich in der aktuellen Literatur beschrieben (Shendure et al., 2008). Besonders die „High-Throughput Sequencing Technologies“ spielen eine zentrale Rolle, da sie eine präzise und umfassende Analyse des gesamten Genoms ermöglichen (Schwartz et al., 2010). Diese Methoden sind nicht nur für die grundlegende Forschung, sondern auch für klinische Anwendungen von großer Bedeutung.“
• Quellenangaben im Literaturverzeichnis:

  Vogelstein, B., Papadopoulos, N., Velculescu, V. E., Zhou, S., Diaz, L. A., & Kinzler, K. W. (2013). The Genomic Landscape of Human Cancer. Cell, 154(2), 150-163.Shendure, J., Porreca, G. J., Reppas, N. B., McCutcheon, J. P., Rosenbaum, A. M., Wang, M. D., ... & Church, G. M. (2008). Accurate multiplex polony sequencing of an evolved bacterial genome. Science, 309(5741), 1728-1732.Schwartz, J. J., Lee, H., & Shendure, J. (2010). Accurate gene synthesis with tag-directed retrieval of sequence-verified DNA molecules. Nature Methods, 9(5), 417-422.

• Integration der Literatur in die Forschungsarbeit:
  • Einhaltung des thematischen Bezugs: Nur Literatur wird zitiert, die direkt zu Deiner Forschung beiträgt und Deine Argumentation im theoretischen Rahmen stützt.
  • Kritische Diskussion und Analyse: Anstatt die Literatur unkommentiert aufzuführen, wird sie kritisch analysiert und mit Deinen eigenen Forschungsergebnissen verglichen. Dies zeigt nicht nur die Relevanz, sondern verbindet auch die bestehenden wissenschaftlichen Erkenntnisse sinnvoll mit Deiner Forschung.
  • Argumentative Verbindung: Indem Du Deine Forschungsergebnisse mit den zitierten Quellen in Bezug setzt, stellst Du sicher, dass die Literatur Dein Argument stützt und erweiterte Perspektiven oder unterstützende Beweise liefert. Dies vermeidet die bloße Verwendung als Füllmaterial und erhöht die wissenschaftliche Qualität Deiner Arbeit.

Aufgabe 4)

Du planst eine Studie zur Untersuchung der Auswirkungen eines neuen Medikaments auf die Genexpression in menschlichen Zellen im Rahmen Deiner Masterarbeit in Molekularer Medizin. Deine Aufgaben umfassen die Formulierung einer Hypothese, Entwicklung eines Experimentdesigns, Anwendung und Optimierung von Methoden, Datensammlung und Analyse, Interpretation und Dokumentation der Ergebnisse, Einhaltung der Ethikrichtlinien und Sicherheitsvorschriften, sowie das Zeitmanagement und die Ressourcenplanung.

a)

Formuliere eine spezifische Hypothese für Deine Studie. Beschreibe detailliert das Experimentdesign, das Du einsetzen würdest, um diese Hypothese zu testen. Welche Kontrollgruppen würdest Du verwenden? Wie würdest Du sicherstellen, dass die Ergebnisse statistisch signifikant sind?

Lösung:

Hypothese:

Ich hypothesiere, dass das neue Medikament XY die Expression von Gen Z in menschlichen Zellen signifikant erhöht.

Experimentdesign:

• Versuchsanordnung: Eine in vitro Studie mit menschlichen Zelllinien, z.B. HeLa-Zellen.
• Zellkultur und Behandlung: Die Zellen werden in mehreren Kulturplatten (z.B. 6-Well-Platten) kultiviert und in verschiedene Gruppen eingeteilt: Kontrollgruppe ohne Behandlung, Gruppe mit einem Placebo, und Gruppen mit unterschiedlichen Konzentrationen des Medikaments XY.
• Behandlungsdauer: Die Zellen werden über einen festgelegten Zeitraum, z.B. 24, 48 und 72 Stunden, mit dem Medikament behandelt.
• RNA-Isolierung und qPCR: Nach der Behandlungszeit wird RNA isoliert und die Genexpression von Gen Z mittels quantitativer PCR (qPCR) gemessen.
• Western Blot: Um die Ergebnisse der qPCR zu validieren, wird die Proteinexpression von Gen Z ebenfalls mittels Western Blot analysiert.
• Datenanalyse: Die Ergebnisse werden mittels geeigneter statistischer Methoden (z.B. ANOVA) analysiert.

Kontrollgruppen:

• Negative Kontrolle: Zellen ohne Medikamentenbehandlung.
• Placebo-Kontrolle: Zellen, die mit einem inaktiven Placebo behandelt werden.
• Positive Kontrolle: Falls verfügbar, Zellen, die mit einem bekannten Aktivator von Gen Z behandelt werden.

Sicherstellung der statistischen Signifikanz:

• Replikate: Jeder experimentelle Zustand wird in biologischen und technischen Replikaten (mindestens 3) durchgeführt.
• Randomisierung: Die Proben werden zufällig auf die Behandlungsgruppen verteilt, um systematische Fehler zu vermeiden.
• Blindstudie: Die Auswertung der Ergebnisse wird blind durchgeführt, um Verzerrungen zu minimieren.
• Statistische Tests: Anwendung geeigneter statistischer Tests (z.B. ANOVA mit Post-hoc-Tests) zur Bestimmung der Signifikanz der Unterschiede in der Genexpression zwischen den Gruppen.
• Signifikanzniveau: Es wird ein Signifikanzniveau von p < 0.05 festgelegt.

Durch die sorgfältige Planung und Durchführung des Experimentdesigns sowie die Anwendung von Kontrollgruppen und statistischen Methoden wird sichergestellt, dass die Ergebnisse valide und aussagekräftig sind.

b)

Diskutiere die Methoden, die Du anwenden und optimieren möchtest, um die Genexpression zu analysieren, z.B. qPCR, RNA-Seq oder Western Blotting. Welche Schritte und Kontrollen sind notwendig, um sicherzustellen, dass die Daten valide und reproduzierbar sind? Erkläre, wie Du die Daten sammelst und analysierst, und entwickle eine detaillierte Zeitplanung für die Durchführung des gesamten Experiments.

Lösung:

Methoden zur Analyse der Genexpression:

• qPCR (quantitative Polymerase-Kettenreaktion): Diese Methode ermöglicht die quantitative Analyse der Genexpression auf mRNA-Ebene.
• RNA-Seq (RNA-Sequenzierung): Eine Hochdurchsatzmethode zur umfassenden Analyse der gesamten Transkriptomveränderungen.
• Western Blotting: Eine Methode zur Analyse der Proteinexpression von Genen, die die Änderungen auf mRNA-Ebene bestätigen kann.

Schritte und Kontrollen zur Sicherstellung der Validität und Reproduzierbarkeit:

• qPCR:
  • Isolation von hochqualitativer RNA.
  • cDNA-Synthese unter Verwendung eines zuverlässigen Kits.
  • Verwendung von spezifischen und validierten Primern für die qPCR.
  • Inkludierung technischer Replikate zur Minimierung pipettierbedingter Fehler.
  • Verwendung von Referenzgenen als interne Kontrollen (z.B. GAPDH, Actin).
  • Standardkurven zur Quantifizierung der mRNA-Mengen.
• RNA-Seq:
  • Isolation von hochqualitativer und intakter RNA.
  • Erstellung einer RNA-Bibliothek.
  • USP-konforme Sequenzierung und genügend Sequenzierungstiefe.
  • Bioinformatische Analyse zur Korrektur von Sequenzierungsfehlern.
  • Kontrollkarten für technische Replikationen und Ausreißeranalyse.
• Western Blotting:
  • Isolation von Proteinen unter Verwendung von RIPA Puffer zur Aufrechterhaltung der Proteinintegrität.
  • Quantifizierung der Proteinmenge mittels BCA-Assay.
  • SDS-PAGE und anschließendes Western Blotting mit spezifischen Antikörpern.
  • Verwendung von Hausgen-Proteinen (z.B. β-Actin) zur Normalisierung.
  • Replizierung der Experimente zur Überprüfung der Konsistenz.

Datensammlung und Analyse:

• qPCR-Daten:
  • Quantifizierung der Genexpression basierend auf der Ct-Werte Methode.
  • Relative Expression wird unter Verwendung der \(\triangle\triangle CT-Methode\) berechnet.
  • Statistische Bewertung der Daten mittels ANOVA oder t-Tests.
• RNA-Seq-Daten:
  • Alignment der Reads gegen ein Referenzgenom.
  • Differenzielle Genexpression wird mit Tools wie DESeq2 oder edgeR bewertet.
  • Weg-Analyse und Funktionsanreicherung zur Identifizierung biologischer Prozesse.
• Western Blot-Daten:
  • Quantifizierung der Proteinbandsignale unter Verwendung von ImageJ oder einem vergleichbaren Tool.
  • Normierung der Signale gegenüber einer internen Kontrolle (Hausgen-Protein).
  • Statistische Analyse der Proteinmessung mittels ANOVA oder t-Tests.

Zeitplanung für die Durchführung des Experiments:

• Woche 1: Vorbereitung der Zellkulturen und Optimierung der Medikamentenkonzentrationen.
• Woche 2-4: Behandlung der Zellen mit dem Medikament über ausgewählte Zeitpunkte (24, 48, 72 Stunden).
• Woche 5: RNA-Isolation und cDNA-Synthese.
• Woche 6: Durchführung der qPCR-Experimente und Datenauswertung.
• Woche 7-8: RNA-Seq-Bibliotheksvorbereitung und Sequenzierung.
• Woche 9-10: Bioinformatische Analyse der RNA-Seq-Daten.
• Woche 11: Proteinisolierung und Durchführung der Western Blot-Experimente.
• Woche 12: Analyse der Western Blot-Daten.
• Woche 13-14: Zusammenfassung und Interpretation der erhobenen Daten.
• Woche 15: Dokumentation der Ergebnisse und Schreiben des Abschlussberichts.
• Laufend: Regelmäßige Überprüfungen und Korrekturen, sowie Sicherstellung der Einhaltung von Ethik- und Sicherheitsrichtlinien.

Mit diesem detaillierten Plan wird sicherstellt, dass die Studie systematisch, valide und reproduzierbar durchgeführt werden kann.