DNA-lab dag Vierde landelijke DNA-LAB DAG vrijdag 8 maart 2013, Hogeschool Domstad (Utrecht)
Programma
Meer DNA in de klas Wij heten u hartelijk welkom op de vierde landelijke dag van de Reizende
elektroforese wordt steeds sneller en makkelijker uitvoerbaar in de klas.
DNA-labs. De labs bezochten ruim een jaar geleden de klas met daarin
Daarmee worden de Reizende DNA-labs niet overbodig. De labs bieden
de 100.000e leerling. Inmiddels zijn we de 120.000 leerlingen ruimschoots
de lesstof in samenhang en met nieuwe apparatuur. De vele honderden
voorbij. De zes DNA-labs presenteren zichzelf vandaag in de workshops
schoolbezoeken leveren de labs waardevolle feedback op waarmee we ze
die voor de gelegenheid een nascholingskarakter hebben. Daarnaast kunt
voortdurend kunnen verbeteren.
u een keur aan workshops bezoeken, ontwikkeld door de coördinatoren
2
van de DNA-labs en door experts die hun medewerking aan deze dag
Ook de komende jaren zullen de DNA-labs blijven reizen. Het Centre
hebben verleend.
for BioSystems Genomics in Wageningen, de plaats waar de wieg van de DNA-labs stond, heeft in 2011 een geldprijs gewonnen waarmee de labs
Net als in het dagelijks leven en in de wetenschap spelen DNA-techno-
nog enkele jaren financieel ondersteund worden.
logie en genetica in het voortgezet onderwijs een steeds grotere rol. De term ‘genoom’ is sinds kort eindterm voor havo/vwo. Veel achtergronden
Vandaag geven twee toponderzoekers acte de présence. Geert Kops
vindt u in de NVON-uitgave ‘Genetica in beweging’, 2012, voor zowel
opent de dag met de nieuwste inzichten over celdeling, chromosomen
vmbo, havo als vwo. Ook voor de basisschool worden tegenwoordig
en kanker. Edith Lammerts van Bueren laat ter afsluiting zien hoe DNA-
DNA-lessen gemaakt; zie bijvoorbeeld het boek ‘Wetenschappelijke door-
onderzoek in de biologische aardappelveredeling wordt ingezet.
braken de klas in!’, 2013, van het Wetenschapsknooppunt in Nijmegen. Wij wensen u een prettige en leerzame dag! De practica die de DNA-labs aanbieden zijn deels ook zelf uit te voeren. Zo kunt u het bioinformatica practicum desgewenst downloaden en zelf
Robert Hall, directeur Centre for BioSystems Genomics / Wageningen UR
geven. Een techniek als DNA-isolatie is al eenvoudig uit te voeren en gel-
Frans van Dam, coördinator Reizende DNA-labs
Inhoudsopgave Voorwoord 2 Dagprogramma 4 Workshopprogramma 5 Beschrijving per onderdeel
8
Dagprogramma
4
09.00 – 09.25
ontvangst
09.25 – 09.45
welkomstwoord Frans van Dam (dagvoorzitter)
09.45 – 10.30
openingslezing Geert Kops (UMC Utrecht)
10.30 – 10.50
koffie, thee en markt
10.50 – 12.20
workshopronde 1
12.20 – 13.30
lunch en markt
12.45 – 13.30
lunchworkshop Eurofysica en Edvotek
13.30 – 15.00
workshopronde 2
15.00 – 15.20
koffie, thee en markt
15.20 – 16.05 slotlezing Edith Lammerts van Bueren (Wageningen University) 16.05 – 16.10
dankwoord Frans van Dam
16.10 – 17.00
borrel
Workshopronde 1 | 10.50 - 12.20
Workshopronde 2 | 13.30 - 15.00
W01. Bioinformatica: leven in de computer (practicum)
W02. Forensisch DNA-onderzoek: puzzelen met pieken (practicum)
W02. Forensisch DNA-onderzoek: puzzelen met pieken (practicum)
W03. Gezond of ziek: een vouwtje verkeerd (practicum)
W03. Gezond of ziek: een vouwtje verkeerd (practicum)
W05. ‘Prenataal’ onderzoek bij planten (practicum)
W04. Lees de taal van de tumor (practicum)
W07. Yeast Energy (practicum)
W06. Racen met WC-papier (practicum)
W09. Erfelijke borstkanker
W08. DNA aflezen, gebruiken en delen; hoe ver ga jij? (inhoudelijke/praktische workshop)
W10. Genetische genomica tegen aardappelziekte (inhoudelijke/didactische workshop)
W13. Spelen in de DNA datafontein
(inhoudelijke/praktische workshop)
W11. Honden en katten als stille getuigen (inhoudelijke workshop)
W15. Genetica in beweging, de moeite waard om te leren (praktische/didactische workshop)
W12. Identificatie van plant en dier met DNA barcodes (inhoudelijke/praktische workshop)
W16. Genomics op het vmbo: relevant en haalbaar (inhoudelijke/didactische workshop)
W14. Chaos? Niet meer na een DNA-analyse! (inhoudelijke/didactische workshop)
W17. Schooltv goes CSI
(inhoudelijke/didactische workshop)
(inhoudelijke/didactische workshop)
W18. Zelf practicum doen met de leskist DNA
(praktische/didactische workshop)
5
L1. Gemene delers: over celdeling, chromosomen en kanker (lezing) Prof. dr. Geert JPL Kops
Foutloze verdeling van chromosomen tijdens celdeling is belangrijk voor het behoud van gezonde weefsels. Maar vanwege de complexiteit van dit proces sluipen er wel eens fouten in. Deze fouten hebben desastreuze gevolgen voor embryonale ontwikkeling en zijn een belangrijke oorzaak van kanker. Ons onderzoek richt zich op de vraag: hoe zorgen cellen er voor dat chromosoomverdeling eerlijk verloopt en wat gaat er precies mis in kankercellen? We bestuderen een surveillance mechanisme (een zogeheten ‘checkpoint’) dat controleert of de chromosomen zich gedragen en dat celdeling uitstelt mocht dat niet zo zijn. Fouten in het checkpoint veroorzaken de chromosomale chaos in kankercellen, maar ons onderzoek heeft ook laten zien dat ze een aanknopingspunt bieden voor een mogelijk nieuwe kankertherapie.
6
Prof. dr. Geert JPL Kops, Dept of Medical Oncology and Dept of Molecular Cancer Research | University Medical Center Utrecht
L2. DNA-onderzoek bij biologische aardappelveredeling (lezing) Prof. dr. Edith Lammerts van Bueren
Hoe bescherm je aardappelen tegen de aardappelziekte phytophthora, een ziekte die wereldwijd de aardappelteelt voor grote problemen stelt en in Nederland de meeste bestrijdingsmiddelen vraagt? Er zijn dringend nieuwe, resistente rassen nodig. Het is een lange weg om resistenties uit wilde soorten in te kruisen, zeker als je dat ook nog wilt combineren met andere belangrijke eigenschappen. Edith Lammerts van Bueren zal dit inzichtelijk maken aan de hand van haar aardappelveredelingsprogramma waarin onderzoek en praktijk samenwerken. Aan bod komt onder meer hoe moderne technieken zoals moleculaire merkers gebruikt kunnen worden om resistenties van verschillende bronnen te ‘stapelen’ om te voorkomen dat resistenties snel doorbroken worden.
7
Edith Lammerts van Bueren is buitengewoon hoogleraar aan Wageningen University als professor Biologische Plantenveredeling en Senior onderzoeker Biologische Plantenveredeling bij het Louis Bolk Instituut.
Workshops 8
Workshops
W01. Bioinformatica: leven in de computer (practicum)
W02. Forensisch DNA-onderzoek: puzzelen met pieken (practicum)
Gitte Bunthof en Vera van Berlo | Radboud Universiteit Nijmegen, i.s.m. het Netherlands Bioinformatics Centre (NBIC)
Melanie Rosenhart | Forensic Genomics Consortium Netherlands/ Its Academy en masterstudenten Forensic Science van de Universiteit van Amsterdam
Biologisch onderzoek anno 2013. 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. 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. In deze workshop maakt u kennis met de mogelijkheden van dit DNAlab en de inleidende en afsluitende lessen die daarop aansluiten. U doorloopt zelf (delen van) het practicum, zowel van de basis- als de expertvariant.
‘Er is een overal gepleegd op een supermarkt. Twee verdachten worden aangehouden en nabij het plaats delict wordt een bivakmuts gevonden. Deze bivakmuts wordt ingestuurd voor biologisch sporenonderzoek.’ In deze workshop bent u forensisch DNA-onderzoeker en ervaart u dat het forensisch onderzoek in de realiteit niet zo makkelijk gaat als in de populaire televisieserie Crime Scene Investigation (CSI). Als forensisch DNA-onderzoekers onderzoekt u de bivakmuts op biologische sporen. Met forensische lichtbronnen en specifieke testen 9 kan worden achterhaald of er biologisch materiaal is achtergebleven op de bivakmuts. Uit de eventuele gevonden sporen wordt vervolgens DNA geïsoleerd. Met het geïsoleerde DNA wordt een PCR uitgevoerd en uiteindelijk worden met behulp van een capillaire gelelektroforese echte 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. De Officier van Justitie verwacht van u een objectieve rapportage van de gevonden resultaten. Dit rapport kan vervolgens worden gebruikt als bewijsstuk in de rechtszaal.
10
W03. Gezond of ziek: een vouwtje verkeerd (practicum)
W04. Lees de taal van de tumor
Patrick Voskamp | Universiteit Leiden Chris Becude en Daniël de Muijnck | Universiteit Leiden
Ragna Senf | UMC Utrecht en Universiteit Utrecht Amber Meijer en Melanie van Berkum | Biomedische Wetenschappen, Universiteit Utrecht
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. 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. Tenslotte maakt u kort kennis met de inleidende en afsluitende lessen die bij dit DNA-lab horen.
(practicum)
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. 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 verschillende 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.
W05. ‘Prenataal’ onderzoek bij planten
W06. Racen met WC-papier
(practicum)
(practicum)
Sven van den Elsen | Laboratorium voor Nematologie, Wageningen University
Richard Groen | Technische Universiteit Delft Studenten | Technische Universiteit Delft
De genetische code van vrijwel ieder individu is uniek. De genetische verschillen tussen individuen, of het nu mensen, dieren of planten 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 genetische verschillen om bijvoorbeeld misdadigers op te sporen, te kijken of maïs genetisch gemodificeerd is of om vast te stellen of een foetus een genetische afwijking heeft.
Er bestaat een micro-organisme waarvan al duizenden jaren bekend is dat het in staat is ethanol uit glucose te maken. Dit organisme, Saccharomyces cerevisiae (bakkersgist), kan daardoor worden ingezet bij de productie van bio-ethanol uit suikers. Momenteel wordt bio-ethanol op grote schaal verkregen door het vergisten van bijvoorbeeld suikerriet, suikerbiet, maïs, tarwe of gerst. Glucose valt vrij gemakkelijk uit deze planten te winnen. We spreken hier van een biobrandstof van de eerste generatie. Biobrandstoffen die niet aan voedsel gerelateerd zijn, worden meestal de tweede generatie genoemd. Deze brandstoffen kunnen worden gewonnen uit bijvoorbeeld wilgen, houtsnippers, stro, afval, et cetera. Kortom: de niet-eetbare delen van plantaardig materiaal. In deze delen van de plant bevinden zich veelal 11 suikersoorten als cellulose, lignine en xylose. Om de ethanolopbrengst uit dergelijk plantenmateriaal te verhogen zou bakkersgist dus ook de andere suikers, zoals bijvoorbeeld xylose, moeten kunnen omzetten. Onderzoekers van de TU Delft is het gelukt om door genetische modificatie een ‘supergist’ te maken dat ook in staat is om xylose in ethanol om te zetten.
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 veredelingstechnieken kan het jaren duren voordat een nieuwe variëteit geïntroduceerd kan worden. Dit proces kan tegenwoordig aanzienlijk versneld worden door gebruik te maken van moleculair genetisch onderzoek. Tijdens het practicum gaan de participanten DNA isoleren en klaarmaken voor een PCR reactie. Het product wordt vervolgens zichtbaar gemaakt op een DNA gel (gelelektroforese) en geanalyseerd. Tevens wordt er ingegaan op de mogelijkheden van DNA-barcoding. Onderdeel van “Reizende DNA-Labs” (Prenataal onderzoek bij planten).
Tijdens het praktische gedeelte van deze workshop maken de deelnemers zelf bio-ethanol uit wc-papier met behulp van een mix van verschillende cellulases en bakkersgist. Bij de fermentatie van glucose ontstaat naast bioethanol ook CO2. Iedere deelnemer krijgt een andere verhouding wc-papier/ gist. De vraag is natuurlijk wie de beste verhouding heeft om snel een grote hoeveelheid bio-ethanol te produceren. 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.
W07. Yeast Energy (practicum) Richard Groen | Technische Universiteit Delft In deze workshop maakt u kennis met een aangepaste versie van het Reizende DNA-lab Racen met WC-papier, zoals die in het Science Centre Delft momenteel wordt aangeboden. Dit practicum is zeer geschikt voor onderbouw- en vmbo-leerlingen. Momenteel wordt er wereldwijd op grote schaal bio-ethanol uit plantaardige suikers geproduceerd. Er is alleen één nadeel: het gist dat hiervoor gebruikt wordt, is slechts in staat een klein deel (zo’n 20%) van al die plantaardige suikers om te zetten. In de eetbare delen van de plant worden veel losse glucosemoleculen gevonden. Het is vrij simpel om deze vormen van glucose in water op te lossen. Daartegenover wordt er in niet-eetbare (vaak houtachtige) delen van een plant veelal glucose gevonden in de vorm van cellulose. In deze vorm blijkt glucose vrij lastig op te 12 lossen. Het is echter wel mogelijk om met behulp van het enzym cellulase de cellulosemoleculen af te breken tot losse glucosemoleculen. De grote uitdaging bij de productie van bio-ethanol blijkt het behalen van een hoog rendement bij relatief lage productiekosten. Hierbij is bijvoorbeeld de keuze van de grondstof erg belangrijk. Daarnaast spelen ook andere belangrijke zaken een rol bij de keuze van een grondstof. Is het bijvoorbeeld verantwoord om eetbare delen van de plant te gebruiken om bio-ethanol te maken, terwijl er elders mensen omkomen van de honger? Of is het toch beter om nieteetbare delen van de plant te gebruiken, ondanks dat hiervoor dure enzymen nodig zijn? Zijn er andere mogelijkheden om het rendement te verhogen? Tijdens dit practicum maken deelnemers zelf bio-ethanol uit verschillende grondstoffen. In een spannende race wordt uiteindelijk duidelijk welke grondstoffen het hoogste rendement leveren. Naast een aantal maatschappelijke vraagstukken, komen ook biologische onderwerpen als de structuur van suikers, enzymatische reacties, stofwisseling en genetische modificatie aan bod.
W08. DNA aflezen, gebruiken en delen; hoe ver ga jij? (inhoudelijke/praktische workshop) Roel Hermsen | geneticus, Hubecht Instituut, Utrecht Terry Vrijenhoek | geneticus, UMC Utrecht Ons DNA is ons meest persoonlijke bezit. Ons DNA bepaalt onze identiteit, uiterlijk en gevoeligheid voor ziekte. Met DNA moeten we dus voorzichtig omgaan. Sinds het begin van het Humane Genoom Project is de techniek om DNA af te lezen in een stroomversnelling geraakt. De vraag is niet meer ‘of’ je DNA wordt afgelezen, maar alleen nog ‘wanneer?’. De maatschappelijke discussie over hoe we met ons DNA moeten omgaan wordt daarom steeds belangrijker. Op welke manier gaan artsen en wetenschappers, maar ook burgers, patiënten en bedrijven binnenkort om met de informatie die beschikbaar komt bij het aflezen van DNA? In deze workshop zullen genetici Roel Hermsen en Terry Vrijenhoek kort een update geven over de recente technische ontwikkelingen van het aflezen van DNA. Daarnaast voorspellen deelnemers hun eigen DNA en gaan ze in een officieel debat (Lagerhuisstijl) over het opslaan en delen van DNA-data, gebruik van DNA in gezondheidszorg, en verantwoordelijkheid van burgers, overheid en bedrijven. Naast het zelf ‘ondergaan’ van de workshop zullen er praktische voorbeelden worden gegeven om de kennis direct mee te kunnen nemen naar het klaslokaal.
W09. Erfelijke borstkanker (inhoudelijke/didactische workshop)
W10. Genetische genomica tegen aardappelziekte (inhoudelijke/didactische workshop)
Dirk Jan Boerwinkel | Freudenthal Instituut voor didactiek van wiskunde en natuurwetenschappen (Utrecht) Ragna Senf | UMC Utrecht / Universiteit Utrecht Thessa Wolfswinkel | Science Communication and Education, Universiteit Utrecht
Bert Lotz | teamleider Toegepaste Ecologie bij Plant Research International, Wageningen UR Jan Peter Nap | lector Life Sciences bij Hanzehogeschool Groningen en onderzoeker Toegepaste Bioinformatica bij Plant Research International, Wageningen UR
Borstkanker is bij vrouwen de meest voorkomende kankersoort. Kanker wordt veroorzaakt door meerdere mutaties, die vooral tijdens iemands leven optreden. Soms zijn ouders van een patiënt echter al drager van een gemuteerd gen: er is dan sprake van een erfelijke vorm van kanker. In 5 tot 10% van de gevallen heeft borstkanker een erfelijke oorzaak en is het mogelijk om gemuteerde genen op te sporen voordat er kanker optreedt.
Rond 1845 verwoestte Phytophthora infestans in een rap tempo aardappelvelden en zorgde jaren achtereen voor slechte oogsten. Ook nu nog is het elke zomer ‘strijd’ tussen de boeren en deze ziekte. Wereldwijd loopt de schade in de miljarden euro’s. In de continue strijd voor hogere opbrengst en betere kwaliteit, zijn ‘gene hunters’ aan het werk om met behulp van genomics deze ziekte beter onder controle te krijgen. Met stukken DNA van wilde aardappelen uit de Andes en monitoring van de Phytophthora populatie in aardappelvelden wordt de aardappelziekte 13 binnen afzienbare tijd beheersbaar.
In deze workshop gaan we het hebben over erfelijke borstkanker, aan de hand van een casus. Een vrouw wil meer te weten komen over erfelijke borstkanker, omdat haar zus dit heeft. In haar zoektocht komt ze de genen BRCA1 en BRCA2 tegen. In de workshop vinden we informatie over deze genen via Ensembl. Dit is een database op internet waarin informatie staat over genomen van vertebraten en andere eukaryoten. Iemand kan besluiten een erfelijkheidsonderzoek uit te laten voeren als mogelijk sprake is van een erfelijke vorm van borstkanker. Dan wordt onderzocht of de BRCA genen gemuteerd zijn. Als dit het geval is, volgen vele moeilijke beslissingen die te maken hebben met preventie, informeren van verwanten en kinderwens/embryoselectie. Ook deze beslissingsmomenten worden in de workshop aangekaart. Aan het einde van deze workshop bent u op de hoogte van de BRCA genen en de bijbehorende problematiek en kunt u dit verwerken in uw les.
De laatste jaren is het steeds doenlijker -en betaalbaarder- geworden om DNA te sequencen. In de workshop komt de werking van de modernste DNA sequencing technologieën ter sprake. En wat je vervolgens met al die informatie doet. De combinatie van DNA sequencing met klassieke genetica en andere ‘omics’ bepalingen (transcriptomics, 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. Het komt op een wellicht verrassende manier tegemoet aan de roep van veel onderzoekers om een minder reductionistische, meer ‘systeem-biologische’ benadering van biologisch onderzoek. vervolg op volgende pagina >
Na inleidingen over deze ontwikkelingen in en toepassingen van DNAtechnologie in met name de plantenveredeling, leiden we een interactieve discussie over de ethische aspecten die daaraan verbonden zijn. Ook komt de NLT-module Battle of the Genes aan bod.
W12. Identificatie van plant en dier met DNA barcodes (inhoudelijke/praktische workshop)
W11. Honden en katten als stille getuigen
Sinds 2010 is bij het Naturalis Biodiversity Center het DNA barcoding project gestart, hetgeen onderdeel is van een wereldwijd initiatief om zoveel mogelijk plant- en diersoorten in kaart te brengen met behulp van kleine fragmenten DNA. Zo’n fragmentje vertegenwoordigd slechts 0,00002% van het genoom en is variabel is tussen verschillende dieren plantsoorten, maar juist niet tussen individuen van één soort. Met deze DNA barcode zijn soorten dus te identificeren. Omdat de DNA barcode internationaal gedefinieerd is, kan heel veel data van over de hele wereld eenvoudig vergeleken worden. Naturalis heeft haar focus voornamelijk gelegd op Nederlandse soorten, maar ook exotische exemplaren uit de collectie worden gebruikt in dit project.
(inhoudelijke workshop) Daniëlle Hoogmoed ‘Op een avond worden een echtpaar en hun hond dood aangetroffen in hun woning. De politie heeft direct twee verdachten op het oog, beiden worden aangehouden en hun kleding wordt onderzocht op biologische sporen. Menselijk DNA-onderzoek leidt tot onbruikbare DNA-profielen. Maar de 14 DNA-onderzoekers treffen ook hondenbloed aan op de kleding van beide verdachten, hieruit wordt echter wel een duidelijk DNA-profiel verkregen. Dit DNA-profiel van de kleding van de verdachten matcht met het DNA van de dode hond van de slachtoffers. Dit dierlijke spoor is uiteindelijk het belangrijkste stukje bewijs voor de vervolging van de twee verdachten.’ Forensisch DNA-onderzoek gaat verder dan enkel biologische sporen van mensen (zoals bloed, sperma, speeksel en haren). Biologische sporen van dieren en planten worden ook voor forensisch DNA-onderzoek gebruikt. Bij inbraken, maar ook ernstigere zaken als illegale handel, vermissing en moord kunnen dierlijke en plantaardige sporen van groot belang zijn. Voorbeelden van dierlijke sporen zijn bloed, speeksel en haren waaruit DNA geëxtraheerd kan worden. Hierbij kan mitochondriaal en nucleair DNA onderzocht worden. Daarnaast kunnen ook plantaardige sporen zoals takjes, bladeren en zaadjes gebruikt worden voor forensisch DNA-onderzoek. In deze lezing zal de focus voornamelijk liggen op dierlijk forensisch DNAonderzoek.
Kevin Beentjes | Naturalis Biodiversity Center Berry van der Hoorn | Naturalis Biodiversity Center
Het uiteindelijke doel is een grote database van DNA barcodes. Deze kan dan gebruikt worden als referentie om onbekende monsters tegen te vergelijken en zo soortnamen toe te kennen aan specimens waar de morfologische determinatie niet (meer) mogelijk is. Denk bijvoorbeeld aan bloedresten van een vogel in een vliegtuigmotor, of resten van insecten en planten in de maaginhoud van dieren. Om leerlingen van het voortgezet onderwijs meer bekend te maken in de moleculaire genetica is een lessenreeks ontwikkeld voor in de biologieklas (bovenbouw havo/vwo), deze zal bij de workshop ook uitgevoerd worden.
Kwaliteit zit niet alleen in onze genen
Als u werkt in het onderwijs zijn de kwaliteitseisen hoog. Bij Eurofysica weten we dat als geen ander. Daarom werken en innoveren we alleen samen met de beste leveranciers, zoals Edvotek. We gaan zelfs zover dat we workshops en cursussen aanbieden om u zo optimaal mogelijk gebruik te laten maken van onze producten. Kwaliteit is onderdeel van ons DNA en onderwijs zit al bijna 60 jaar in ons bloed. Kijk voor onze website vol kwaliteit op www.eurofysica.nl. EurofysicaEurofysica B.V. | Stadionlaan B.V. | Stadionlaan 161 | 161 5246 | 5246 JT Rosmalen JT Rosmalen | Postbus | Postbus 3435 3435 5203 5203 DK DK ’s-Hertogenbosch ’s-Hertogenbosch || tel.: +31(0)73 +31(0)73 623 62326 262222 | |fax:fax: +31(0)73 +31(0)73 621621 97 21 97 21
W13. Spelen in de DNA datafontein (inhoudelijke/praktische workshop)
Ken Kraaijeveld | Stichting LeveDNA! en Humane Genetica, Leids Universitair Medisch Centrum Leiden Bo Blanckenburg | Bioinformatica, Hogeschool Leiden Nieuwe DNA technieken veranderen biologie in een razend tempo. Het aflezen van het genoom van een mens of ander organisme is tegenwoordig een koud kunstje. Van erfelijke aandoeningen tot bacteriën in de sloot, we kunnen van alles bestuderen. De mogelijkheden die dit biedt voor onderzoek zijn eindeloos. Ook in diagnostiek, forensisch werk en landbouw wordt DNA onderzoek op steeds grotere schaal toegepast. Met de komst van deze technieken verschuift het zwaartepunt van biologisch onderzoek van het verzamelen van gegevens naar het analyseren daarvan. Bioinformatica is dan ook een snel groeiend 16 vakgebied met goede toekomstmogelijkheden. In deze workshop geven we een overzicht van de nieuwste DNA technieken en voorbeelden van wat je er mee kan. Vervolgens kunnen de deelnemers zelf achter de computer aan de slag met genoomdata.
W14. Chaos? Niet meer na een DNAanalyse! (inhoudelijke/didactische workshop) Eveline Schaeffer en Iris Bakker | docenten van het Kandinsky college Nijmegen i.s.m. het Netherlands Bioinformatics Centre (NBIC) en Stichting LeveDNA! Het krioelt van het leven. In de bodem, in het water, in de lucht, op de huid, in de darmen, totale chaos, overal! Roos en Inge wilden voor hun
profielwerkstuk ‘iets met DNA’ gaan doen en kwamen uit bij stichting LeveDNA!. Vlak voor de zomervakantie konden de twee leerlingen van het Kandinsky college in Nijmegen aan de slag: watermonsters nemen uit de Waal. De buisjes zijn vervolgens naar het Leiden Genomics Technology Centre van het Leiden Universitair Medisch Centrum gestuurd voor de volgende verwerkingsstap: DNA isolatie en het achterhalen van de code die het water herbergt. Door al het DNA uit een monster te bekijken, valt niet alleen te bepalen welke bacteriën en micro-organismen in het water leven, maar ook welke plantenpollen of uitwerpselen van dieren in het water terechtkomen. Doordat de monsters met interval van twee maanden zijn genomen, kan men bekijken of er verandering in de soortensamenstelling plaatsvindt. Zo is bijvoorbeeld te onderzoeken of een specifiek micro-organisme vooral voorkomt in een bepaald seizoen. Tijdens deze workshop vertellen de docenten van Roos en Inge hoe de leerlingen te werk zijn gegaan en welke eye-openers dit onderzoek hen bood. Daarna gaat u zelf aan de slag met de data van de leerlingen. Omdat we het hier hebben over enorme datasets, werkt u met een computer en slimme software om informatie te halen uit de chaos van A, C, T en G’s. Door deze informatie te koppelen aan de omstandigheden waarin het monster is genomen, kan men uitspraken doen over de relaties tussen soorten en hun leefomgeving. Stichting LeveDNA! heeft in samenwerking met het Netherlands Bioinformatics Centre lesmateriaal over dit leerlingenproject ontwikkeld wat u kunt gebruiken in uw biologielessen. Na afloop van de workshop krijgt u dit materiaal mee naar huis.
W15. Genetica in beweging, de moeite waard om te leren (praktische/didactische workshop) Mieke Kapteijn | docent voorbereidend jaar anderstalige studenten (VASVU) Vrije Universiteit Amsterdam, auteur Genetica in Beweging Marijke Domis | redacteur biologie NVOX, auteur Genetica in Beweging Voor veel leerlingen is het een lastige opgave om erfelijkheid op organismeniveau te leren verklaren vanuit processen op het cellulaire en moleculaire niveau. De belangrijkste oorzaken daarvan zijn de grote hoeveelheid samenhangende begrippen op allerlei organisatieniveaus die ze moeten kunnen gebruiken, de abstractie van die begrippen en de ideeën die leerlingen zelf meebrengen in de klas. Leerlingen moeten op een of andere manier interne beelden ontwikkelen over bijvoorbeeld cellen, celdeling, bevruchting, chromosomen, genen, DNA, replicatie en genexpressie. Ze moeten die beelden en bijbehorende begrippen bovendien in verband kunnen brengen met abstracte symbolen maar ook met hoe mensen, dieren en planten eruit zien. In de workshop gaan we oefenen met verschillende opdrachten die aan de beeldvorming van met het oog onzichtbare structuren en processen in de genetica een bijdrage kunnen leveren, zoals werken met Concept Cartoons, het maken en werken met modellen van chromosomen en DNA, en het werken met fictieve beestjes om het verband tussen uiterlijk, meiose, bevruchting, de symbolen voor genen en allelen en dominantie en recessiviteit te oefenen. Alle opdrachten kunnen, met kleine aanpassingen, op verschillende niveaus in het onderwijs gebruikt worden. Deze en nog veel meer opdrachten komen uit het boek ‘Genetica in beweging, de moeite waard om te leren’ nummer 9 uit de NVON reeks. Wanneer er tijd is kunnen ook nog andere opdrachten uit het boek besproken worden.
W16. Genomics op het vmbo: relevant en haalbaar (inhoudelijke/didactische workshop) Horst Wolter | ontwikkelaar ‘genomics op het vmbo’, Freudenthal Instituut (Universiteit Utrecht) i.o.v. Centre for Society and the Life Sciences en Cancer Genomics Centre Een paar vragen: Zou je willen testen of je risico op kaalheid hebt? Of dat je drager bent van taaislijmziekte? Of dat je genen je een verhoogde kans op een vorm van borstkanker opleveren? Dit zijn voorbeelden van genetische tests die voor iedereen beschikbaar zijn. En ze kunnen knap lastig zijn om mee om te gaan. Genetisch testen is door genomics-onderzoek in een stroomversnelling geraakt: steeds meer, steeds sneller en steeds toegankelijker. Daarom stelden we de volgende vraag: hoe kun je vmbo-leerlingen 17 voorbereiden op een toekomst met genetisch testen? In deze workshop beantwoorden we de volgende vragen: 1. Waarom is genomics voor iedereen relevant? 2. Welke inzichten in genetica heeft genomics-onderzoek opgeleverd? 3. Wat zou een vmbo-leerling hiervan moeten weten? 4. Hoe sluiten het biologieboek en examenprogramma hierop aan? 5. Hoe kun je inzichten vanuit genomics aanbieden aan vmbo-leerlingen? Voor de laatste vraag hebben we lesmateriaal ontwikkeld en uitgetest. Dit materiaal bieden we ook aan. (Op de vorige DNA-lab dag is de eerste versie van dit vmbo-materiaal aangeboden). Dit materiaal bestaat uit verschillende werkvormen en een klein practicum. Dit laatste zullen we in de workshop ook uitvoeren.
W17. Schooltv goes CSI
W18. Zelf practicum doen met de leskist DNA (praktische/didactische workshop)
Ellian van Strien | Sr redacteur NTR: schooltv
Caspar Geraedts | De Praktijk (Amsterdam) / Universitaire Lerarenopleiding (VU, Amsterdam)
(inhoudelijke/didactische workshop)
Een spannend verhaal over erfelijkheid, dat begint met sporenonderzoek door de recherche. NTR: schooltv heeft twee projecten waarin uw leerlingen zelf op zoek kunnen naar de dader en daarbij leren over erfelijkheid, cellen en bloedgroepen. In Bio-Bits erfelijkheid gaat Julia (Yolanthe Cabau van Kasbergen) op onderzoek in Villa Genetica. De moeder van de verwende Julia wordt dood aangetroffen en de recherche onderzoekt de moord. In elke aflevering komt Julia een stapje dichter bij de waarheid. De uitkomsten van het DNA-onderzoek zijn hoogst merkwaardig en leiden tot een onverwachte ontknoping. In Wie is de dader? wordt in het Allard Pierson museum een misdrijf gepleegd. Een jonge bewaker wordt beschuldigd van moord op een collega. Hij beweert onschuldig te zijn. Misdaadverslaggever John van den Heuvel neemt de zaak hoog op en gaat op zoek naar de waarheid. Wie is de dader? is een educatieve integratie van een online game, een tvserie en een bijbehorende handleiding. In de workshop laten we u zien op welke manieren de projecten in de les ingezet kunnen worden, afhankelijk van het niveau van de leerlingen en de beschikbare tijd. En onderzoekt u sporen in een virtueel lab.
De leskist DNA is één van de nieuwe leskisten van Its Academy (www. itsacademy.nl). De kisten bevatten een schat aan practicummateriaal waarmee je leerlingen zelfstandig practica kunt laten doen met DNA en eiwit. De hele set omvat onder andere een PCR-apparaat, centrifuges, horizontale en verticale gelelektroforesebakken, een schudplatform en pipetten. Kortom, allerlei materialen waar de meeste scholen niet over beschikken, maar waar je leerlingen met een beetje begeleiding best mee kan laten werken. Een tweetal uitgewerkte practica wordt met de leskist meegeleverd: een DNA-practicum met een forensische context en een eiwitpracticum rondom genexpressie. Zelf een practicum ontwerpen kan ook. In aanvulling op het practicummateriaal is in de leskist ook een unieke stempelset opgenomen. Met deze stempelset kunnen leerlingen zelf DNA en eiwitmoleculen stempelen, en daarmee een aantal cruciale processen zoals DNA-replicatie en eiwitsynthese simuleren. Leerlingen kennen deze processen voornamelijk van de kleurrijke (maar abstracte) plaatjes uit het boek. Door zelf te stempelen worden de leerlingen gedwongen om over elke stap goed na te denken. Net als de andere leskisten van Its Academy zijn deze kisten door scholen kosteloos te reserveren en te gebruiken. De verbruiksmaterialen (DNA, eiwit en chemicaliën) voor de meegeleverde practica kunnen bij Bio-Rad worden aangeschaft. De workshop is te kort (of de leskist te uitgebreid) om alle practica uit te voeren, maar we gaan natuurlijk wel aan de slag met delen van het materiaal.
Colofon Organisatie DNA-lab dag
Verder werkten mee
Miranda Jansen en Yuri Matteman (De Praktijk, natuurwetenschappelijk onderwijs)
Iris Bakker (Kandinsky college Nijmegen) Bo Blanckenburg (Hogeschool Leiden) Kevin Beentjes (Naturalis Biodiversity Center) Marijke Domis (NVON) Caspar Geraedts (Vrije Universiteit) Roel Hermsen (Hubrecht Instituut) Daniëlle Hoogmoed Berry van der Hoorn (Naturalis Biodiversity Center) Mieke Kapteijn (Vrije Universiteit Amsterdam) Geert Kops (UMC Utrecht) Ken Kraaijeveld (LUMC Leiden) Edith Lammerts van Bueren (Wageningen University) Eveline Schaeffer (Kandinsky college Nijmegen) Hienke Sminia (NBIC Nijmegen) Ellian van Strien (NTR:schooltv) Terry Vrijenhoek (UMC Utrecht) Horst Wolter (Freudenthal Instituut)
Marjolein Schrauwen, communicatie (CSG Centre for Society and the Life Sciences) De Reizende DNA-labs Bioinformatica: leven in de computer Hienke Sminia (Radboud Universiteit Nijmegen) Gezond of ziek: een vouwtje verkeerd Patrick Voskamp (Universiteit Leiden) Forensisch DNA-onderzoek: puzzelen met pieken Melanie Rosenhart (Universiteit van Amsterdam) Lees de taal van de tumor Ragna Senf (Universiteit Utrecht) ‘Prenataal’ onderzoek bij planten Sven van den Elsen en Paul Mooyman (Wageningen University) Racen met WC-papier Richard Groen (Technische Universiteit Delft)
Coördinatie Reizende DNA-labs Frans van Dam (CSG Centre for Society and the Life Sciences) Webmaster dnalabs.nl Roquin, Nijmegen
De Reizende DNA-labs zijn geïnitieerd en worden gesubsidieerd door het Netherlands Genomics Initiative. De vierde Landelijke DNA-lab dag kwam tot stand in opdracht en met financiële ondersteuning van het Centre for BioSystems Genomics.
19
Ontdek de wereld van het DNA
