DNA-lab dag DNA-lab dag
vrijdag 11 maart 2011, Hogeschool Domstad (Utrecht)
Programma en informatie
Voorwoord Gewone burgers komen in toenemende mate met de life sciences in aanraking. De groenten in de winkel zijn veredeld met genetische technieken, veel geneesmiddelen zijn langs biotechnologische weg gemaakt en in het televisieprogramma ‘DNA onbekend’ gaan mensen op zoek naar bloedverwanten aan de hand van genetische tests. Daarmee houdt het niet op. Binnen een paar jaar zal iedereen zich een whole genome scan kunnen veroorloven. Wat voor kennis levert dat op? Kun je daar ziekten mee voorkomen? Of kan een verzekeraar je plotseling weigeren? Onderwijs over de life sciences wordt dus steeds belangrijker. Om leerlingen in te laten zien wat DNA is en wat er met genomics allemaal mogelijk is. Maar ook om de toepassingen van de life sciences in de context van alledag te plaatsen, zoals bij de keuzes die burgers en patiënten moeten maken, of bij het werk van professionals als artsen, forensisch onderzoekers en plantenwetenschappers. De Reizende DNA-labs zijn begin 2006 van start gegaan om genomics direct van de universiteit naar het klaslokaal te brengen. Het onderwijs wordt gegeven door getrainde studenten-assistenten die enkele jaren eerder zelf nog in de klas zaten. Ook vandaag kunt u hen aan het werk zien, in de praktische workshops. In de inhoudelijke en didactische workshops kunt u ideeën op doen voor in de klas. Twee prominente onderzoekers praten u plenair bij: Marie-José Goumans over reparatie van het hart met stamcellen en Bas Zwaan over evolutie en veroudering. Ik wens u een fijne en leerzame dag toe!
Frans van Dam, coördinator Reizende DNA-labs 3
Inhoudsopgave Voorwoord
2
Vaker, beter, sneller, meer
5
Basisprogramma
6
Workshopprogramma
7
Beschrijving per onderdeel
10
Vaker, beter, sneller, meer Sinds januari komen ze in schoolklassen door heel Nederland: de Reizende DNA-labs. Vanuit zes universiteiten en UMC’s in Amsterdam, Delft, Leiden, Nijmegen, Utrecht en Wageningen rijden vrijwel dagelijks busjes met studenten om leerlingen op school met actueel genomicsonderzoek in aanraking te brengen. De Reizende DNA-labs zijn een populaire en hoog gewaardeerde toevoeging aan het Nederlandse bètaonderwijs. In 2008 werd besloten om de Reizende DNA-labs een make-over te geven met als doel de labs nog beter aan te laten sluiten op het onderwijs en ze zo in te richten dat ze nog jaren kunnen blijven bestaan. Met dit als leidraad werd een plan van aanpak geschreven en op 1 januari 2009 gepresenteerd. De afgelopen twee jaar is hard gewerkt om de aanbevelingen uit het plan van aanpak uit te voeren. Wat heeft dat opgeleverd? Om te beginnen meer Reizende DNA-labs. De populariteit was en is zo groot dat een eerste aanbeveling was om meer busjes het land in te sturen. Zo gezegd, zo gedaan. Er worden nu veel meer lessen gegeven en de meeste DNA-labs zijn binnen de kortste keren volgeboekt. Hiernaast bleek er behoefte aan een Reizend DNA-lab over forensisch onderzoek en dat is er gekomen. Het lab Forensisch DNA-onderzoek: puzzelen met pieken is de nieuwe loot aan de DNA-labsboom. Aanpassing van de lesmaterialen bij de DNA-labs was om meerdere redenen gewenst. Onder docenten bleek de behoefte aan extra materiaal groot te zijn. De coördinatoren van de labs hoopten docenten, door ze iets meer keuzevrijheid te geven, te kunnen verleiden tot het geven van meer voorbereidende en afsluitende lessen. Er is keihard gewerkt de afgelopen twee jaar, met prachtig resultaat. Vrijwel alle Reizende DNA-labs bieden hun lesmaterialen
op zowel basis als expertniveau aan en er zijn meer dan dertig lessen ontwikkeld die docenten kunnen geven als de studenten weer weg zijn. Van kruiswoordpuzzels, tot de Reizende DNA-rechter. Een belangrijke aanbeveling in het plan van aanpak was om er voor te zorgen dat de DNA-labs ook na 2012 - het eind van de overheidssubsidie – voortgezet kunnen worden. Op dit moment heeft dat geleid tot het verzorgen van twee DNA-labs op een fysieke locatie. Racen met wc-papier wordt ieder weekend en in de vakanties uitgevoerd in het Science Centre Delft en Forensisch DNA-onderzoek: puzzelen met pieken heeft een vaste plek bij de Its-labs, op de Universiteit van Amsterdam. Met andere verduurzamingsactiviteiten wordt hard geëxperimenteerd. Zo moet voor het nieuwste DNA-lab betaald worden door de school. Of dat een haalbaar model is, zal blijken. Terugkijkend op de afgelopen twee jaar is er veel gebeurd rond de Reizende DNA-labs, met een niet voorzien, maar welkom bijeffect: de DNA-labs zijn intensiever gaan samenwerken. Coördinatoren van de DNA-labs weten elkaar snel te vinden en maken gebruik van elkaars ervaringen. In de nabije toekomst zullen busjes van zes Reizende DNA-labs met twee studenten jaarlijks bijna vijfhonderd keer een school bezoeken. Hoe het op lange termijn zal gaan? Daar is het laatste woord nog niet over gezegd. Aan de behoefte vanuit de scholen zal het zeker niet liggen. Die zijn onverminderd enthousiast. Yuri Matteman is directeur van De Praktijk. Onder zijn voorzitterschap werd het Plan van aanpak voor de vernieuwing van de Reizende DNA-labs geschreven. Hiernaast begeleidde hij de uitvoering van een aantal van de aanbevelingen uit het plan van aanpak.
5
Basisprogramma
6
09.00 – 09.30
ontvangst
09.30 – 09.50
welkomstwoord Frans van Dam (dagvoorzitter)
09.50 – 10.35
openingslezing Dr. Marie-José Goumans (LUMC)
10.45 – 12.15
workshopronde 1
12.15 – 13.20
lunch en markt
13.20 – 14.50
workshopronde 2
15.05 – 15.50
slotlezing Prof. Bas Zwaan (WUR)
15.50 – 15.55
dankwoord Frans van Dam
16.00 – 17.00
borrel
Workshopronde 1 | 10.45 - 12.15
Workshopronde 2 | 13.20 - 14.50
W01. Bioinformatica: leven in de computer (practicum)
W02. Gezond of ziek: een vouwtje verkeerd (practicum)
W02. Gezond of ziek: een vouwtje verkeerd (practicum)
W03. ‘Prenataal’ onderzoek bij planten (practicum)
W03. ‘Prenataal’ onderzoek bij planten (practicum)
W04. Forensisch DNA-onderzoek: puzzelen met pieken
W04. Forensisch DNA-onderzoek: puzzelen met pieken (practicum)
(practicum) W05. Racen met WC-papier (practicum)
W06. Lees de taal van de tumor (practicum)
W06. Lees de taal van de tumor (practicum)
W07. To screen or not to screen? (inhoudelijke workshop)
W10. Battle of the Genes: de strijd tegen aardappelziekte
W08. Naar een persoonlijke behandeling van kanker (inhoudelijke workshop)
(inhoudelijke workshop) W11. NaviGene: een hulpmiddel bij het maken van
W09. Genoom in de war (inhoudelijke workshop)
opdrachten (didactische workshop)
W14. Zelf een DNA-lab organiseren
W12. Topsport als context voor geneticaonderwijs
(didactische workshop)
(didactische workshop) W13. Genomics voor de vmbo-leerling (didactische workshop)
57
L1. Stamcellen helpen bij herstel van het hart. (lezing)
Marie-José Goumans
Na een hartaanval moeten zowel de kapotte hartspieren als de aangetaste bloedvaten worden gerepareerd. Omdat het hart zelf niet in staat is om de schade te herstellen, onderzoeken we hoe uit stamcellen de beste hartspiercellen zijn te maken. Die stamcellen halen we uit zogenaamde hartoortjes, een soort blinde darm van het hart die mensen zonder veel problemen kunnen missen. Op zoek naar de juiste signaalpaden om de differentiatie van deze cellen te sturen kwamen we erachter dat jonge cellen het beter doen dan cellen van een oude donor. We willen graag begrijpen hoe dat komt. Uiteindelijk hopen we in de toekomst hartweefsel ‘in een bakje’ te kunnen kweken. Dat weefsel zou dan gebruikt kunnen worden als bouwsteen voor het repareren van schade aan het hart. Marie-José Goumans is universitair hoofddocent moleculaire celbiologie Universiteit Leiden, onderzoeker aan het Leids Universitair Medisch Centrum (LUMC), lid van De Jonge Akademie (KNAW)
8
L2. Evolutie, genetica en plasticiteit van levensduur: wat kunnen we leren van insecten? (lezing) Bas Zwaan
Veroudering is een uniek menselijk probleem. Maar wat is de evolutionaire achtergrond ervan? Is het een product van natuurlijke selectie, of juist niet? Wat is het belang van een evolutionair biologische kijk op veroudering, en welke belangrijke boodschappen kunnen we daaruit afleiden om de problemen rond veroudering in menselijke populaties aan te pakken? Deze en andere vragen zullen worden behandeld in deze lezing, waarbij het gebruik van genomics een belangrijke rol speelt. Ik zal laten zien dat de processen van evolutie ook heel belangrijk zijn voor het begrijpen van menselijke gezondheid en ziekten. De transitie van een evolutionaire omgeving naar onze welvarende hedendaagse omgeving maakt de sporen van evolutie zichtbaar en stelt ons de taak de rol van de genen, de omgeving en hun interactie te ontrafelen. Bas Zwaan is hoogleraar Erfelijkheidsleer Wageningen Universiteit, onderzoeker LifeSpan Network of Excellence
9
Workshops Workshops
10
W01. Bioinformatica: leven in de computer (practicum)
W02. Gezond of ziek: een vouwtje verkeerd (practicum)
Vera van Berlo en Lauke Ringens | Radboud Universiteit Nijmegen, in samenwerking met het Netherlands Bioinformatics Centre (NBIC)
Patrick Voskamp en Johan Postema | Universiteit Leiden
Biologisch onderzoek anno 2011. Reageerbuisjes en erlenmeyers worden nog steeds gebruikt, maar inmiddels behoren ook snelle computers en handige software tot het instrumentarium van de bioloog. Wetenschappers over de hele wereld zijn via internet met elkaar verbonden. Enorme databanken vol informatie over genen en eiwitten, 3D-structuren en genomen, zijn het resultaat van deze samenwerking. Zo worden met behulp van de computer allerhande biologische, medische en biochemische problemen opgelost. Wetenschappers ontdekken verbanden tussen genen en ziektebeelden die voorheen verborgen bleven. Kortom, computers zijn niet meer weg te denken, als het gaat om moleculair onderzoek.
Ons DNA, of genoom, bevat gecodeerde informatie voor het maken van eiwitten, in de vorm van genen. Veranderingen (mutaties) in een bepaald gen kunnen leiden tot veranderingen in het betreffende eiwit en deze kunnen ziekte tot gevolg hebben. Voor het goed kunnen uitoefenen van zijn werk moet een eiwit zich namelijk op een specifieke wijze opvouwen. Als gevolg van mutaties worden dikwijls andere aminozuren ingebouwd in de (primaire) eiwitstructuur. Mutaties verstoren daarmee het vouwproces, waardoor verkeerd gevouwen eiwitten ontstaan. Ziekten als cystische fibrose (taaislijmziekte), de ziekte van Alzheimer, maar ook kanker, kunnen veroorzaakt worden door verkeerd gevouwen eiwitten.
Bij het Reizende DNA-lab Bioinformatica: leven in de computer krijgen uw leerlingen de kans om de computer te gebruiken voor het oplossen van biologische problemen. In de basisvariant van het practicum leggen leerlingen het verband tussen mutaties in het DNA en de fysieke consequenties daarvan op een eiwit van het oog. Met (professionele) 3D-modelling software kunnen leerlingen zelf de mutaties uit het DNA invoeren in een eiwit en zien zij waarom het eiwit niet meer kan functioneren. In de expertvariant identificeren leerlingen een mysterieus eiwit met behulp van eiwit databanken. Daarna ‘ontwerpen’ ze zelf een medicijn met behulp van de 3D-modelling software.
U maakt tijdens deze workshop kennis met technieken en demonstraties om ‘gezonde’ en ‘zieke’ eiwitten in cellen op te sporen en van elkaar te onderscheiden. Ook voert u zelf een aantal essentiële stappen uit die aan de orde komen bij de bepaling van eiwitstructuren. Kortom, u volgt het practicum van het Reizende DNA-lab Gezond of ziek: een vouwtje verkeerd, zoals dat momenteel op scholen in het voortgezet onderwijs in heel Nederland wordt gegeven. Ten slotte maakt u kort kennis met de inleidende en afsluitende lessen die bij dit DNA-lab horen.
In deze workshop maakt u kennis met de mogelijkheden van dit DNAlab en de inleidende en afsluitende lessen die daar op aansluiten. U doorloopt zelf (delen van) het practicum, zowel van de basis- als de expertvariant.
11
W03. ‘Prenataal’ onderzoek bij planten (practicum)
W04. Forensisch DNA-onderzoek: puzzelen met pieken (practicum)
Sven van den Elsen en Paul Mooyman | Laboratorium voor Nematologie, Wageningen University
Brigitte Bruijns, Nihad Achetib, Pauline Goemans en Melanie Rosenhart | Forensic Science, Universiteit van Amsterdam
In dit practicum staan we stil bij de ‘oude’ of klassieke en ‘nieuwe’ of moderne manier van plantenveredeling. Door kruising van planten met bepaalde gewenste eigenschappen kunnen nieuwe planten worden gekweekt die alle gewenste eigenschappen bezitten. Zo worden rassen met de beste kwaliteit, de hoogste opbrengst en de minste gevoeligheid voor ziekten veredeld. Met het gebruik van de klassieke veredelingstechnieken kan het jaren duren voordat een nieuwe soort geïntroduceerd kan worden. Dit proces kan tegenwoordig aanzienlijk versneld worden door gebruik te maken van moleculair genetisch onderzoek. Beide manieren van plantenveredeling komen in dit practicum aan bod.
In deze workshop gaat u zelf aan de slag als forensisch DNA-onderzoeker. Het is de bedoeling dat u aan het eind van de workshop een objectieve rapportage schrijft aan de Officier van Justitie over het DNA-bewijs bij een overval (zie hieronder). Dit rapport kan vervolgens worden gebruikt als bewijsstuk in de rechtszaal.
De ontwikkelaar van het Reizende DNA-lab ‘Prenataal’ onderzoek bij planten laat u kennis maken met de technieken uit dit practicum, waarin zaailingen worden getest op de aanwezigheid van resistentiegenen tegen ziekteverwekkers. Net als bij het practicum zoals dat op school wordt gegeven, wordt DNA geïsoleerd en klaargemaakt voor PCR. Het product wordt vervolgens geanalyseerd op een gel. Ook maakt u kort kennis met de inleidende en afsluitende lessen die bij dit DNA-lab horen.
Om de rapportage te kunnen schrijven moet de gevonden bivakmuts worden onderzocht met forensische lichtbronnen, en moet bepaald worden uit welk celmateriaal de gevonden sporen bestaan. Uit het gevonden celmateriaal wordt vervolgens DNA geïsoleerd. Met het geïsoleerde DNA wordt een PCR-reactie uitgevoerd en uiteindelijk worden, met behulp van (geautomatiseerde) capillair gelelektroforese, DNA-profielen gemaakt. Daarna begint het puzzelen met de pieken van de DNA-profielen. Als de resultaten zijn bekeken wordt een vergelijkend DNA-onderzoek uitgevoerd en zal de zeldzaamheidswaarde van de DNA-profielen worden berekend.
12
“KOOTWIJKERBROEK - 11 november 2009. Woensdag 11 november, rond 08.10 uur, overvallen drie mannen een kleine supermarkt in het Gelderse Kootwijkerbroek. De drie mannen dragen bivakmutsen om niet herkend te worden. Een oplettende medewerker van de supermarkt belt de politie. Twee mannen, vermoedelijk twee van de overvallers, worden kort na de overval aangehouden. De politie vindt een bivakmuts in de buurt van de supermarkt.“
In deze workshop zult u ervaren dat het forensisch onderzoek in werkelijkheid niet zo makkelijk gaat als in de populaire televisieserie Crime Scene Investigation (CSI). Behalve het uitvoeren van het practicum zelf, zullen we ook laten zien op welke manieren Puzzelen met pieken ingezet kan worden binnen uw lessen NLT en/of biologie.
W05. Racen met wc-papier
W06. Lees de taal van de tumor
(practicum)
(practicum)
Briek Starink, Thijs Mimpen en George Alachouzos | Technische Universiteit Delft
Sharif Rahmy, Ilse de Bruin, Arianne Brandsma en Paulien Postma | Biomedische Wetenschappen, Universiteit Utrecht
Bio-ethanol is een biobrandstof van de eerste generatie. Dat wil zeggen dat het wordt gemaakt van suikerriet, suikerbiet, maïs, tarwe of gerst. Biobrandstoffen die niet aan voedsel gerelateerd zijn worden meestal de tweede generatie genoemd. Deze kunnen gemaakt worden uit bijvoorbeeld wilgen, houtsnipper, stro, afval, enz. Er is één micro-organisme waarvan al duizenden jaren bekend is dat het in staat is uit bepaalde plantensuikers ethanol te maken en dat is Saccharomyces cerevisiae, oftewel bakkersgist. Om de ethanolopbrengst uit plantenmateriaal nog hoger te krijgen zou bakkersgist ook de andere suikers moeten gaan omzetten. Een van deze suikers is xylose. Onderzoekers van de TU Delft is het gelukt om door genetische modificatie een supergist te maken dat ook xylose in ethanol om kan zetten.
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 deze workshop gaat u zelf aan de slag als DNA-onderzoeker. Aan u de taak te bepalen welke fouten er in het DNA van de tumorcellen van de patiënt zitten en een advies over de behandeling uit te brengen aan de arts.
Tijdens het praktische gedeelte van deze workshop maken de deelnemers zelf bio-ethanol uit WC-papier met behulp van cellulase en gist. Bij de fermentatie van glucose ontstaat naast bio-ethanol ook CO2. Iedere deelnemer krijgt een andere verhouding WC-papier/gist, en de vraag is natuurlijk wie het snelste bio-ethanol produceert. Het wordt een spannende race! Het Reizende DNA-lab Racen met WC-papier is inmiddels integraal opgenomen in een module voor het nieuwe scheikundeonderwijs voor 4 vwo. Exemplaren van deze module liggen tijdens de workshop ter inzage.
Ter illustratie worden twee dierlijke tumoren getoond. Vervolgens isoleert u zelf DNA uit weefsel. Om de vraag van de arts te beantwoorden, vergelijkt u DNA van tumorcellen met DNA van gezonde cellen met behulp van de PCR-techniek en gelelektroforese. U onderzoekt drie verschillende genen om erachter te komen welke mutaties de tumor veroorzaakt hebben. Aan de hand van deze mutaties komen de behandelmethoden aan bod. Chirurgie, chemotherapie en bestraling worden besproken, maar daarnaast wordt ook ingegaan op de behandeling van de toekomst. Doelgerichte therapie, ook wel therapie op maat genoemd, zal bij steeds meer patiënten worden toegepast. Aan de hand van de gevonden mutaties kan een specifieke therapie worden ingezet, die effectiever is en minder bijwerkingen heeft.
13
W07. To screen or not to screen? (inhoudelijke workshop)
W08. Naar een persoonlijke behandeling van kanker (inhoudelijke workshop)
Lidewij Henneman | Community Genetics, VU Medisch Centrum Amsterdam
Marco Koudijs | Center for Personalized Cancer Treatment, UMC Utrecht
Genetische screening is medisch onderzoek bij mensen die geen gezondheidsklachten hebben. Genetische screening is meestal gericht op het vinden van een ziekte of een erfelijke aanleg daarvoor. Het meest bekende voorbeeld is de hielprik bij pasgeborenen. Het aanbod van genetische screening wordt steeds verder uitgebreid. Dit komt omdat er aan de ene kant steeds meer vraag is naar screening. Aan de andere kant is er door nieuwe ontwikkelingen een groeiend aanbod van genetische testen, ook via het internet. Deze ontwikkelingen bieden voordelen, zoals gezondheidswinst door vroege opsporing van ziekten, maar ook nadelen, zoals het creëren van valse zekerheid of onnodige ongerustheid. Zowel individuen als maatschappelijke instellingen komen hierdoor voor nieuwe keuzes te staan, en het is goed dat het onderwijs leerlingen daarop voorbereidt.
Genomics onderzoek beloofde gouden bergen, maar hoe staat het er nu eigenlijk echt voor? In deze workshop laten we zien wat de huidige stand van zaken is op het gebied van kankeronderzoek.
Deze workshop besteedt aandacht aan verschillende vormen van genetische screening, zoals een internetaanbod van een test op dragerschap voor autosomaal recessieve aandoeningen, de recente uitbreiding van de hielprik van 3 naar 17 aandoeningen en prenatale kansbepalende testen. Na afloop van de workshop bent u als docent in staat om de afwegingen bij het invoeren van nieuwe screenende testen te beredeneren èn te berekenen aan de hand van criteria voor screening. De behandelde voorbeelden uit de dagelijkse praktijk zijn bruikbaar om leerlingen ervan bewust te maken dat informatie uit screening ook nadelige effecten kan hebben en dat daardoor zowel individuen als de overheid en zorgaanbieders goed moeten nadenken welke informatie ze willen en voor welk doel.
Tot op heden is de keuze van therapie voornamelijk gebaseerd op een genetische analyse van één enkel gen. Nu blijkt dat kanker veel complexer is en dat niet, op basis van één mutatie, voor elke patiënt de juiste behandeling gevonden kan worden. De snelle vooruitgang in DNA-sequencing technieken stelt ons in staat om voor grote groepen patiënten een overzicht te krijgen van alle relevante genetische veranderingen in een tumor: het mutatieprofiel. Door middel van dat profiel proberen wij te voorspellen welke therapie het beste past bij welke patiënt. Daarnaast hopen we ook te kunnen voorspellen welke patiënten wel of niet baat hebben bij een chemotherapie. Om dit alles mogelijk te maken, onderzoeken wij op dit moment hoe we met de inzet van robots en andere geavanceerde apparatuur bij
14
We weten tegenwoordig ongelooflijk veel over het ontstaan van kanker, maar helaas heeft dat nog steeds niet geleid tot grote verbeteringen in de manier waarop we kanker behandelen. Op dit moment is voor veel soorten kanker wel een mutatie bekend die deze kanker veroorzaakt, maar daar hebben patiënten tot nog toe weinig baat bij. Dat komt doordat elke tumor ontstaat door een unieke combinatie van gemuteerde genen, die uiteindelijk zal bepalen of een therapie gaat werken of niet. Door middel van de nieuwste technieken voor DNA-analyse proberen wij op basis van alle aanwezige genetische veranderingen een effectieve kankertherapie op maat aan te bieden.
W09. Genoom in de war (inhoudelijke workshop) een aantal patiënten uit één enkel biopt een mutatieprofiel kunnen verkrijgen.
Wigard Kloosterman | Medische Genetica, UMC Utrecht
In deze workshop laten we zien welke successen er reeds geboekt zijn en hoe die tot stand zijn gekomen. Natuurlijk werpen we ook een blik in de toekomst.
Aangeboren afwijkingen ontstaan vaak door fouten in het DNA van een pasgeborene. Deze fouten zijn vaak niet aanwezig bij de (gezonde) ouders en waarschijnlijk ontstaan ze in de geslachtcellen van één van beide ouders of tijdens de eerste celdelingen van het zich ontwikkelende embryo. We screenen in ons lab regelmatig patiënten met aangeboren afwijkingen op fouten in het DNA. Met één sequencing technologie – mate-pair sequencing – kunnen we naar structurele afwijkingen in het genoom kijken, bijvoorbeeld deleties of translocaties. Bij deze workshop duiken we in het genoom van een patiënt met een aangeboren afwijking. We zullen stap voor stap de sequencing data analyseren en op basis daarvan fouten in het DNA van de patiënt opsporen. We maken hierbij gebruik van genoom databases zoals Ensembl en van alignment tools (BLAST). U krijgt inzicht in het ontstaan van structurele genoomafwijkingen, en ook leert u ruwe sequencing data te interpreteren.
15
W10. Battle of the Genes: de strijd tegen aardappelziekte (inhoudelijke workshop) Bert Lotz en Jan-Peter Nap | Plant Research International, Wageningen Universiteit. Bert Lotz is één van de auteurs van de NLT-module ‘Battle of the Genes’ Niet eens zo heel lang geleden kende Noordwest Europa hongersnood. Rond 1845 verwoestte Phytophthora infestans in een rap tempo aardappelvelden, met jaren van slechte oogsten als gevolg. Vooral Ierland werd zwaar getroffen door deze aardappelziekte. Ruim 1,5 miljoen Ieren emigreerden naar de Verenigde Staten om de honger te ontvluchten. Maar ook nu nog is het elke zomer ‘strijd’ tussen de boeren en deze ziekte. Wereldwijd loopt de schade, in termen van oogstverliezen en kosten voor bestrijding, in de miljarden euro’s. Daarom zijn ‘gene hunters’ aan het werk om met behulp van genomics de aardappelziekte beter onder controle te krijgen. In het DNA van de aardappel proberen ze de stukken DNA aan te wijzen die de plant kunnen helpen bij de strijd tegen de aardappelziekte. Met resistentiegenen uit wilde aardappelen uit de Andes, en monitoring van de Phytophthora populatie in aardappelvelden, wordt de aardappelziekte waarschijnlijk binnen afzienbare tijd beheersbaar. De laatste jaren is het steeds meer doenlijk – en beter betaalbaar – geworden om het DNA van organismen als aardappel, Phytophthora of tomaat te sequencen met technologie die nano(bio)technologie combineert met grootschalige parallelle bepalingen. Voor de bioloog betekent dat wennen aan immens grote getallen. In de workshop komt de werking van de modernste DNA-sequencing technologieën ter sprake. De combinatie van DNA-sequencing met klassieke genetica en andere ‘omics’ bepalingen (transcriptomics,
16
proteomics, metabolomics) heeft geresulteerd in een benadering die ‘genetische genomica’ wordt genoemd. De workshop geeft een kijkje in de keuken van deze hypermoderne, en tegelijk meer geïntegreerde manier van analyseren van een biologisch systeem. Deze aanpak komt op een verrassende manier tegemoet aan de roep van veel onderzoekers om een minder reductionistische, meer ‘systeembiologische’ benadering van biologisch onderzoek. Na inleidingen over de hierboven beschreven ontwikkelingen in (en toepassingen van) DNA-technologie in met name de plantenveredeling, zullen Bert Lotz en Jan Peter Nap een interactieve discussie leiden over de ethische aspecten die daaraan verbonden zijn. Deze discussie is tevens een demonstratie van de meningsvormende component van de NLT-module Battle of the Genes.
W11. NaviGene: een hulpmiddel bij het maken van computeropdrachten over DNA en eiwitten (didactische workshop) Hienke Sminia | Netherlands Bioinformatics Centre (NBIC), coördinator ‘bioinformatics@school’ Nieuwe methoden van DNA-onderzoek vullen databanken met enorme hoeveelheden gegevens. Met handige software wordt daarin gezocht naar verbanden tussen genen en eigenschappen, of wordt de structuur van een eiwit voorspeld. De data en software die wetenschappers gebruiken staan openbaar op internet. Daarvan kan tijdens de les handig gebruik worden gemaakt! Tijdens de workshop maakt u kennis met NaviGene. NaviGene helpt u om de weg vinden door de grote bioinformatica-brij aan informatie, software en databanken. Zo kunt u zelf opdrachten maken over DNA en eiwitten. En ervaart u zelf hoe leerlingen in contact kunnen komen met deze kant van de biologie.
W12. Topsport als context voor geneticaonderwijs (didactische workshop) Dirk Jan Boerwinkel, Milou Vermeulen en Thom Gubbels | Freudenthal Instituut, Universiteit Utrecht In deze workshop komen twee toepassingen van nieuwe genetica binnen topsport aan bod: genetische screening en gendoping. Beide toepassingen staan heftig ter discussie en bieden interessante vakinhoudelijke elementen binnen een aansprekende context. Beide toepassingen leveren ook prikkelende vragen op die in de workshop worden besproken. Bijvoorbeeld: mag een voetbalclub een genetische test eisen voorafgaand aan het kopen van een speler? En: is het eerlijk als een atleet die van nature een extra werkend EPO-gen heeft, meedoet aan de Olympische Spelen? Voor het onderdeel genetische screening is lesmateriaal ontwikkeld, en met succes getest in bovenbouw vmbo, havo en vwo. Voor het onderdeel gendoping wordt nog gewerkt aan een definitieve versie van het lesmateriaal, maar de aangeleverde voorbeelden bieden al veel ingangen voor gebruik in de klas. Uit ervaringen met het lesmateriaal zijn veel argumenten die leerlingen aanvoeren al bekend, zodat u zich als docent goed kunt voorbereiden op de discussie. Daarnaast biedt het materiaal aanknopingspunten met bijvoorbeeld inspanningsfysiologie en virologie.
17
W13. Genomics voor de vmbo-leerling
W14. Zelf een DNA-lab organiseren
(didactische workshop)
(didactische workshop)
Gerrianne van der Velde | Cancer Genomics Centre, UMC Utrecht Tanja Klop | Biotechnology & Society, TU Delft
Saskia van Soestbergen, Rodger Kuhlman, Niels Koert en Khalil Boutaga | Bio-Rad
In deze workshop maakt u kennis met twee verschillende lessenseries die speciaal ontwikkeld zijn voor leerlingen in de bovenbouw van het vmbo (sector Zorg en Welzijn).
De ontwikkelingen in het moleculair biologisch onderzoek gaan snel. Aan docenten en TOA’s de uitdaging om het (natuur)wetenschappelijk onderwijs actueel en up-to-date te houden. Bio-Rad probeert met haar Biotechnology Explorer programma de modernste DNA technieken voor onderwijsdoeleinden toegankelijk te maken. In deze workshop maakt u kennis met een aantal gebruiksklare, complete kits van BioRad. Deze kits omvatten alle benodigde reagentia en verbruiksmaterialen, maar ook een besprijving van het DNA-practicum, een gebruikshandleiding en een theoretische uitleg. De bedoeling is dat met deze kits zowel de beginnende als de meer gevorderde docent, TOA en student uit de voeten kunnen.
Supervoedsel Tijdens de lessenserie ‘supervoedsel’ komen onderwerpen aan bod die zich bevinden op het raakvlak tussen voeding en genomics, het zogeheten nutrigenomics-onderzoek. Bij deze module komen vmbo-leerlingen in aanraking met een actueel wetenschappelijk thema, waarvan de resultaten steeds maatschappelijk relevanter worden. De lessenserie bestaat uit een proeflab, een kennisquiz, interactieve opdrachten en een presentatie. De module wordt afgesloten met keuzeopdrachten. DNA: eerste hulp bij opsporing In dit interactieve practicum over forensisch DNA-onderzoek gaan leerlingen vooral zelf aan de slag. Aan de hand van een fictieve casus leveren ze een bijdrage aan het oplossen van een overval. Met een forensische lichtbron wordt een bivakmuts onderzocht op sporen en vervolgens wordt er met verschillende testen bepaald uit welk celmateriaal de gevonden sporen bestaan. Daarna zullen de leerlingen zelf DNA isoleren en krijgen ze verdiepende informatie over DNA. De leerlingen bouwen zelf DNA-codes met behulp van lego-stenen, om zo een idee te krijgen hoe DNA-profielen worden gemaakt. En uiteraard zullen er DNA-profielen vergeleken moeten worden om een uitspraak te kunnen doen over de (fictieve) casus. In deze workshop zult u kennis maken met een aantal praktische onderdelen van dit practicum.
18
In de workshop zullen in ieder geval de volgende Biotechnology Explorer kits aan de orde komen: Genes in a Bottle Kit Introduceer uw leerlingen in de moleculaire biologie door middel van isolatie van hun eigen DNA uit wangslijmvliescellen. Forensic DNA Fingerprinting Kit en CSI PCR Basics Kit Met het gebruik van DNA technieken (PCR, elektroforese), kruipen uw leerlingen in de rol van Crime Scene Investigator (denk CSI). Diverse monsters worden met elkaar vergeleken: wie is de dader? GMO Investigator Kit Toon in verschillende voedingswaren de aanwezigheid van genetisch gemodificeerde voedingscomponenten (GMO) aan.
Colofon Organisatie DNA-lab dag
Verder werkten mee
Caspar Geraedts, Mark Deckers en Alex Verkade (De Praktijk, natuurwetenschappelijk onderwijs)
Marie-José Goumans (Leids Universitair Medisch Centrum) Bas Zwaan (Wageningen University) Lidewij Henneman (VU Medisch Centrum) Marco Koudijs (UMC Utrecht) Wigard Kloosterman (UMC Utrecht) Bert Lotz (Wageningen University) Jan-Peter Nap (Wageningen University) Dirk Jan Boerwinkel (Freudenthal Instituut) Milou Vermeulen (Universiteit Utrecht) Thom Gubbels (Universiteit Utrecht) Tanja Klop (Technische Universiteit Delft) Saskia van Soestbergen (Bio-Rad) Yuri Matteman (De Praktijk, natuurwetenschappelijk onderwijs)
De Reizende DNA-labs Bioinformatica: leven in de computer: Hienke Sminia, Vera van Berlo, en Lauke Ringens (Radboud Universiteit Nijmegen) Gezond of ziek: een vouwtje verkeerd: Patrick Voskamp en Johan Postema (Universiteit Leiden) ‘Prenataal’ onderzoek bij planten: Sven van den Elsen, Paul Mooyman en Bram Lokker (Wageningen University) Forensisch DNA-onderzoek: puzzelen met pieken: Gerrianne van der Velde, Brigitte Bruijns, Nihad Achetib, Pauline Goemans en Melanie Rosenhart (Universiteit van Amsterdam) Racen met WC-papier: Briek Starink, Thijs Mimpen, George Alachouzos en Gwen Kuiper (Technische Universiteit Delft)
Coördinatie Reizende DNA-labs Frans van Dam (Centre for Society and Genomics) Webmaster dnalabs.nl Roquin, Nijmegen De Reizende DNA-labs zijn geïnitieerd en worden gesubsidieerd door het Netherlands Genomics Initiative
Lees de taal van de tumor: Carin Cruijsen, Sharif Rahmy, Ilse de Bruin, Arianne Brandsma, Paulien Postma en Robert Tatsis (Universiteit Utrecht)
19
Ontdek de wereld van het DNA
