‘prenataal’ onderzoek bij planten

“DNA never lies” zeggen ze in de TV-serie Crime Scene Investigation, om vervolgens in een ogenblik de dader via DNA-sporen te identificeren. In werkelijkheid gaat het zo niet, forensisch onderzoek is een vak apart. ‘Puzzelen met pieken’ biedt leerlingen inzicht in de nieuwe ontwikkelingen in forensisch DNA-onderzoek. Door dit aansprekende vakgebied in een realistische context aan te bieden leren leerlingen in te zien dat forensisch DNA-onderzoek in de realiteit anders uitgevoerd

wordt dan in populaire televisieseries als CSI.

In dit DNA-lab gaan leerlingen zelf aan de slag als forensisch DNA-onderzoeker. De opdracht is om een objectieve rapportage te schrijven aan de Officier van Justitie over

het DNA-bewijs in een overvalszaak. Om de rapportage te kunnen schrijven onderzoeken ze een bivakmuts met forensische lichtbronnen en bepalen ze met verschillende testen uit welk celmateriaal de gevonden sporen bestaan. Vervolgens maken ze met behulp van de PCR-techniek en capillaire gelelektroforese echte DNA-profielen. Daarna worden de DNA-profielen geïnterpreteerd en vergeleken. Als laatste wordt de zeldzaamheidswaarde van de DNA-profielen berekend.

Dit DNA-lab is in het bijzonder geschikt voor het vak Natuur, Leven en Technologie (NLT). Dit practicum reist een aantal dagen per week door Nederland. De overige dagen is dit lab te volgen aan de Universiteit van Amsterdam.

De genetische code van vrijwel ieder individu is uniek. De genetische verschillen tussen individuen - of het nu mensen, dieren of plan-ten zijn - kunnen op tal van manieren gebruikt worden. Dit wordt al duizenden jaren gedaan bij het fokken van dieren en veredelen van planten. Tegenwoordig gebruiken we geneti-sche verschillen om bijvoorbeeld misdadigers op te sporen, te onderzoeken of maïs gene-tisch gemodificeerd is of om vast te stellen of een foetus een genetische afwijking heeft.Dit DNA-lab is een kennismaking met de modernste DNA-technieken waarmee we snel kunnen zien of een genetische eigenschap is overgeërfd. Het practicum laat het verschil zien tussen de ‘oude’ klassieke en de ‘nieuwe’ moderne manier van plantenveredeling.

Met het gebruik van klassieke veredelings-technieken kan het jaren duren voordat een nieuwe variëteit geïntroduceerd wordt. Dit proces kan tegenwoordig aanzienlijk versneld worden door gebruik te maken van moleculair genetisch onderzoek.

Tijdens het practicum isoleren de leerlingen DNA en maken ze het klaar voor een PCR-reactie. Het product wordt zichtbaar gemaakt op een DNA-gel (gelelektroforese), waarna ze het patroon analyseren. Tevens gaan ze in op het verband tussen genotype en fenotype aan de hand van tomaten en paprika’s.

De leerlingen werken met zaailingen van aard-appel. Vergelijkbare diagnostiek met menselijk materiaal (bijvoorbeeld vruchtwaterpunctie) roept veel ethische vragen op. Tijdens het practicum voeren we een discussie over deze kwestie.

Kanker is een ziekte van het DNA. Als er fouten in het DNA ontstaan, kan een gezonde cel ontsporen en zich ontwikkelen tot een tumorcel. DNA-onderzoek speelt dan ook een steeds grotere rol bij het bepalen van de juiste behandeling van kankerpatiënten.

In dit practicum gaan leerlingen zelf aan de slag als DNA-onderzoeker. Aan hen de taak te bepalen welke fouten er in het DNA van de tumorcellen van een fictieve patiënt zitten en een advies over de behandeling uit te brengen aan de arts.

Ter illustratie worden twee dierlijke tumoren getoond. Vervolgens isoleren de leerlingen DNA uit weefsel van een kalf. Om de vraag van de arts te beantwoorden, vergelijken ze DNA van tumorcellen met DNA van gezonde cellen met behulp van de PCR-techniek en gelelektroforese.

In dit DNA-lab zien de leerlingen de samenhang tussen begrippen als DNA, eiwitten, cellen en erfelijkheid in relatie tot kanker. Ook wordt duidelijk hoe kennis van deze zaken heeft geleid tot de ontwikkeling van een nieuw medicijn tegen kanker.

Het DNA van de mens (en vele andere orga-nismen) is ontcijferd. Dat geeft ontzettend veel informatie over onze genen, hun eiwitproduc-ten en de samenhang hiertussen.

Door alle beschikbare biologische kennis is de computer onmisbaar geworden en zo is het vakgebied bioinformatica ontstaan. Door slim gebruik van software worden nieuwe verban-den ontdekt tussen genen en ziektebeelden die ontstaan door mutaties in het bijbehorende eiwit. Maar er is nog veel meer mogelijk in de bioinformatica...

Tijdens dit DNA-lab krijgen de leerlingen de kans om bioinformatica te gebruiken voor het oplossen van een moord en het ontwerpen van een medicijn. In de basisvariant van dit lab verklaren leerlingen aan de hand van mutaties in het DNA een oogziekte. In beide varianten bestuderen leerlingen eiwitten in 3D en doorzoeken ze eiwitdatabanken.

Al het lesmateriaal (en meer) staat op www.bioinformaticaindeklas.nl. Dus u kunt het prac-ticum ook zelf geven! Onze studenten helpen u hier graag bij.

De tijd waarin de brandstoffen onbeperkt leken te zijn, is voorbij. Benzineprijzen stijgen, en gebruik van biobrandstoffen is één van de mogelijk alternatieven. Bio-ethanol is een bio-brandstof die onder meer van suikerriet wordt gemaakt. Bio-ethanol die niet van voedselge-wassen is gemaakt noemen we een biobrand-stof van de ‘tweede generatie’.

Tijdens het practicum maken de leerlingen zelf bio-ethanol met behulp van bakkersgist en wc-papier. Wc-papier bestaat hoofdzakelijk uit cellulose, dat met en-zymen wordt omgezet tot glucose. Als dat ge-beurd is kan bakkersgist zijn werk doen. De leer-lingen krijgen allemaal een andere verhouding wc-papier/ bakkersgist en zullen ontdekken wie het snelste bio-ethanol produceert.

Wat heeft het produceren van bio-ethanol met DNA te maken? Om bio-ethanol sneller te kunnen produceren moeten de eigenschappen van gist en enzy-men veranderd worden. Onderzoekers van de TU Delft veranderen erfelijke eigenschappen van micro-organismen, door wijzigingen te maken in het DNA. De effecten van geneti-sche veranderingen op de ethanolproductie wordt door de studenten behandeld door de onderlinge samenhang tussen DNA, mRNA, eiwit, suiker en ethanol in een gistcel te laten zien. De leerlingen zullen ontdekken dat dit een puzzel voor gevorderden is.

Reizende DNA-labs Reizende DNA-labs Reizende DNA-labs Reizende DNA-labs Reizende DNA-labs Reizende DNA-labs Reizende DNA-labs Reizende DNA-

lees de taal van de tumor racen met Wc-papier

Ons DNA of genoom bevat de gecodeerde informatie voor het maken van eiwitten. Mutaties in een bepaald gen zullen leiden tot veranderingen in het betreffende eiwit en deze kunnen wellicht ziekte tot gevolg hebben. Voor het goed kunnen uitoefenen van zijn werk moet een eiwit zich op een specifieke wijze opvouwen. Mutaties kunnen dit verstoren, waardoor verkeerd gevouwen eiwitten ontstaan. Ziekten als diabetes, cystische fibrose (taaislijmziekte), lactose intolerantie of de ziekte van Alzheimer worden veroorzaakt door verkeerd gevouwen of afwezige eiwitten.

De leerlingen gaan in dit DNA-lab op zoek naar de moleculaire oorzaak van enkele eiwitvouwingsziekten. Ze maken kennis met technieken en demonstraties om “gezonde” en “zieke” eiwitten in cellen op te sporen. Ook passen ze zelf eenvoudige technieken toe die belangrijk zijn voor het bepalen van eiwitstructuren of doen ze een proef die aantoont dat verstoring van de eiwitstructuur leidt tot het verlies van de activiteit van het eiwit.

Dit practicum behandelt een aantal moleculairbiologische vragen in samenhang met het ontstaan van ziekten. Leerlingen gaan dieper in op thema’s als erfelijkheid, eiwitten, DNA en waarom sommige mensen al ziek zijn als ze worden geboren terwijl anderen ziek worden op latere leeftijd. Ook maken ze kennis met de fundamentele biochemische aspecten van vouwing van eiwitten. Maatschappelijke implicaties van genetisch biomedisch onderzoek komen nadrukkelijk aan bod.

bioinformatica: leven in de computer

gezond of ziek: een vouWtje verkeerd

forensisch dna-onderzoek: puzzelen met pieken

een gezamenlijk initiatief van universiteiten en genomics centra

‘Prenataal’ onderzoek bij plantenverzorgd door

Wageningen Universiteitnamens

Centre for BioSystems Genomics

Lees de taal van de tumorverzorgd door

Universiteit Utrechtnamens

Cancer Genomics Centre

Bioinformatica: leven in de computer verzorgd door

Radboud Universiteit Nijmegennamens

Netherlands Bioinformatics Centre

Gezond of ziek: een vouwtje verkeerdverzorgd door

Universiteit Leidennamens

Centre for Medical Systems Biology

Racen met wc-papierverzorgd door

Technische Universiteit Delftnamens

Kluyver Centre for Genomics of Industrial Fermentation

Forensisch DNA-onderzoek: Puzzelen met piekenverzorgd door

its-labs / Universiteit van Amsterdamnamens

Forensic Genomics Consortium Netherlands

centre for society and the life sciencescsg

life

-sci

ence

s en

gen

omic

s Genomics en life sciences zijn velden van onderzoek die sterk overlappen. Life scientists doen onderzoek aan de relatie tussen DNA, cellen, organismen en ecologische syste-men. Sinds het tijdperk van het genomicsonderzoek, dat eind jaren negentig begon, zijn wetenschappers door nieuwe technieken steeds beter in staat om de complexe levende cel te ontrafelen. Dat levert kennis op die op allerlei plekken in de maatschappij een grote rol kan spelen; van ziekenhuis tot supermarkt, van natuurgebied tot industrie.

www.dnalabs.nlwww.dnalabs.nl

Als u uw klas aanmeldt voor één van de Reizende DNA-labs, bezoeken twee studenten van de betreffende universiteit uw school en verzorgen het practicum. Het practicum duurt twee aaneengesloten lesuren (het forensisch lab drie uur) en de studenten nemen hiervoor alle benodigde materialen en apparatuur mee. U hoeft dus voor het praktische gedeelte niets voor te bereiden. Wel zijn de docenten die deelnemen verplicht om een les aan voorbereiding te besteden en in een afsluitende les het practicum af te ronden. Leerlingen krijgen zo een introductie in het onderwerp en de technieken die ze gaan gebruiken. In de afsluitende lesmodules wordt ook de maatschappelijke relevantie van kennis over het DNA-onderzoek belicht. Voor beide lessen krijgt u uitgebreid lesmateriaal aangeleverd, zodat u zelf kunt bepalen hoe en wanneer u deze lessen geeft. U kunt vooraf kiezen uit een basis en een expertvariant voor zowel de voorbereidende les als het practicum zelf.

aanmelden

De Reizende DNA-labs slaan een brug tussen het onderwijs en de nieuwste wetenschappelijke inzichten. De zes DNA-labs zijn ontwikkeld door Nederlandse universiteiten en nationale Genomics Centres. Studenten van zes universiteiten, namelijk Delft, Leiden, Nijmegen, Utrecht, Amsterdam en Wageningen, brengen door middel van een practicum modern DNA-onderzoek vanuit verschillende invalshoeken onder de aandacht. De DNA-labs zijn bedoeld voorleerlingen in 4, 5 en 6 havo/vwo. Op www.dnalabs.nl staat voor ieder DNA-lab aangegeven wat de gewenste voorkennis is. De leerlingen gaan tijdens de practica zelf aan de slag met geavanceerde technieken die meestal niet op school voorhanden zijn. De zes verschillende onderwerpen laten stuk voor stuk zien dat kennis van de moleculen in een cel een grote rol speelt in de maatschappij. Wetenschappelijke vooruitgang roept vaak maatschappelijke vragen op; ook die komen aan bod.

reizende d

na

-labsd

na

en

dn

a-o

nder

zoek DNA is in het huidige biologieonderwijs een belangrijk, maar tamelijk op zichzelf

staand thema, dat door leerlingen vaak als abstract wordt ervaren. Toch hebben het DNA en de genen die daarop liggen invloed op het hele organisme en zelfs op hele ecosystemen. De samenhang tussen de moleculen in een cel en het functioneren van een organisme blijkt voor leerlingen vaak erg moeilijk te zijn. Nu we de volledige code van het DNA kunnen lezen, blijkt hoe complex een levend organisme in elkaar zit.

Reizende DNA-labs Reizende DNA-labs Reizende DNA-labs Reizende DNA-labs Reizende DNA-labs Reizende DNA-labs

Wij nodigen u en uw leerlingen van harte uit in de wereld van de life sciences. Bekijk de onderwerpen in deze folder

en boek een DNA-lab via www.dnalabs.nl.Netherlands Genomics Initiative

labs

Welkom in de wereld van de life sciences

Ontwerp: Identim | Fotografie: Sascha Schalkwijk