Hanneke van Leur (studentnr: 9706658)
STAGE ONDERWIJSONTWIKKELING MICROBIËLE ECOLOGIE
Inhoudsopgave
Omschrijving project ............................................................................................................................. 3 Onderdelen: ........................................................................................................................................... 3 Wat was de inhoud van het gedeelte microbiologie van het differentiatievak biotechnologie van plant en micro-organismen in? ..................................................................................................................... 3 Wat is het onderwijsconcept? .............................................................................................................. 3 Overleggen met IOWO en (sub)faculteit over onderwijsconcept......................................................... 3 De nieuwe cursus moet ingebed worden in het omliggende onderwijs ............................................... 3 Prakticum: ............................................................................................................................................ 3 ICT: ...................................................................................................................................................... 3 Te ondernemen stappen: ...................................................................................................................... 4 Cursusdoelstelling vaststellen ............................................................................................................. 4 Inhoud vaststellen ................................................................................................................................ 4 Didactische methoden bepalen ........................................................................................................... 4 Invulling geven ..................................................................................................................................... 4 Gebruiksklaar maken ........................................................................................................................... 4 Planning.................................................................................................................................................. 4 Voorkennis studenten: .......................................................................................................................... 5 Iedereen: .............................................................................................................................................. 5 Propedeuse biologie met daarbinnen de cursus microbiologie I: .................................................... 5 Enkelen: ............................................................................................................................................... 6 Ecologie: ........................................................................................................................................... 6 Fysiologie van Plant en micro-organisme: ....................................................................................... 6 Toegepaste ecologie: ....................................................................................................................... 7 Microbiologie II ................................................................................................................................. 8 Moleculaire biologie van de cel ........................................................................................................ 9 Moleculaire biologie II..................................................................................................................... 10 Vooroordelen van studenten .............................................................................................................. 11 Inventarisatie: Biotechnologie van plant en micro-organismen .................................................... 11 Vaardigheden & kennis gedeelte microbiologie: ............................................................................... 11 Evaluatie: ........................................................................................................................................... 11 Leerdoelen ........................................................................................................................................... 12 Competenties/ vaardigheden: ............................................................................................................ 12 Inhoudelijke kennis: ........................................................................................................................... 14 Onderwijsconcept .............................................................................................................................. 14 Wat wordt de inhoud van het nieuwe vak? ....................................................................................... 15 Wat moet er van de oude cursus terugkomen in de nieuwe? ........................................................... 15 Inhoud van het vak dat gerelateerd is aan het huidig onderzoek op de afdeling microbiologie: ....... 15 Hoe sluit het vak aan op de voorkennis van studenten? ................................................................... 15 Hoe wordt de cursus opgebouwd? ................................................................................................... 16 Welke factoren bepalen inhoud? ....................................................................................................... 16
1
Case ................................................................................................................................................... 16 Groepsverdeling ................................................................................................................................. 16 Planning ............................................................................................................................................. 17 Invulling presentaties: ........................................................................................................................ 18 Onderdeel A: Labelled substrate incorporation ................................................................................. 20 Opzet : ............................................................................................................................................ 20 Benodigdheden: ............................................................................................................................. 21 Onderdeel B: ophopingsreactie ......................................................................................................... 21 Opzet : ............................................................................................................................................ 21 Benodigdheden: ............................................................................................................................. 21 Beoordeling: ....................................................................................................................................... 22 Samenvatting literatuur ...................................................................................................................... 23 1. Verslag van de bevindingen van de tekentafelcommissie tbv. Advisering door de opleidingscommissie aan het bestuurlijk overleg van de subfaculteit biologie: ................................. 23 2. Aansluiting VWO-WO (tweede fase/studiehuis): ........................................................................... 23 3. Probleemanalyse & advies inzake het opstellen van een plan voor invoering van een “digitale propedeuse” Biologie- Medische biologie- Milieukunde- Moleculaire levenswetenschappen. .......... 23 4. Strategie onderwijs innovatie FNWI............................................................................................... 23 5. Project Life Science & Technology ................................................................................................ 24 6. Het biologieprogramma in de 21e eeuw (Boersma, universiteit Utrecht) ...................................... 24 7. Keuzegids Hoger onderwijs Studenten enquête 2001 biologie ..................................................... 24 8. Nitrogen cycle ................................................................................................................................ 24 9. Temperature Gradient Gel Electrophoresis (TGGE) ..................................................................... 25 10. Molecular ecological analysis of methanogens and methanotrophs in blanket bog peat. .......... 25 11. Bacterial diversity and community composition in the chemocline of the meromictic alpine lake cadagno as revealed by 16S rDNA analysis. .................................................................................... 25 12. Paraformaldehyde fixation protocol ............................................................................................. 26 13. In situ hybridization protocol ........................................................................................................ 26 14. Sulfate reducing bacteria ............................................................................................................. 26 15. Stand van zaken tav differentiatiefase onderwijs ecologie (stuk 7.2a OC november 2001) ....... 27 16. Evaluatierapport cursus biotechnologie van plant en microorganismen ..................................... 27 17.Phylogenetic Stains: Ribosomal RNA- based probesfor the identification of single cells. ........... 27 18. Microbiële ecologie aan de RUG ................................................................................................. 27 13 19. C incorporation intoDNA as a means of identifying the active components of ammonia-oxidizer populations ......................................................................................................................................... 27 20. The anammox case - a new experimental manifesto for mcrobiological eco-physiology. .......... 27 Contacten ............................................................................................................................................. 29 Kan cloning zomaar bij een practicum? ......................................................................................... 30 Cursuscoordinator fysiologie van plant en microorganismen: gedeelte plantkunde ...................... 30 Things to do: ........................................................................................................................................ 30
2
Omschrijving project In november 2001 tot in februari 2002 ga ik mij gedurende 12 weken bezig houden met het opzetten van de volgende cursus. Naam: In plaats van:
microbiële ecologie. microbiële gedeelte van het differentiatievak biotechnologie van plant en microorganismen. Wanneer: Najaar 2002 4 studiepunten: 160 studielast uren weken college en practica + 1 week tentamenvoorbereiding. Docent: ?
Onderdelen: Deze opzet valt uiteen in de volgende onderdelen: Wat was de inhoud van het gedeelte microbiologie van het differentiatievak biotechnologie van plant en micro-organismen in? Doelstelling Vaardigheden Onderwijsconcept Hiervoor overleggen met Chris van de Drift (+ eventueel assistenten Peter Steenbakkers +Arjan Pol en Bas) en nagaan wat ik zelf van de cursus heb meegekregen aan de hand van verslagen en cursushandleiding. Hieruit vaststellen wat er terug moet komen in de nieuwe cursus.
Wat is het onderwijsconcept? Inhoudelijke/vaardigheden wensen: Wat is de cursusdoelstelling? Welke vakkennis en vaardigheden/technieken moeten worden geleerd?
Overleggen met IOWO en (sub)faculteit over onderwijsconcept. Als de inhoud van de cursus grofweg vaststaat kan deze worden ingebed in het onderwijsconcept door te overleggen met iemand van het IOWO in van de (sub)faculteit.
De nieuwe cursus moet ingebed worden in het omliggende onderwijs Binnen ecologie ( coördinator = ?) Binnen totaal biologie onderwijs tekentafelcommissie (nieuwe propedeuse, BSc.MSc structuur, O-, C/E- en M-variant) Jan van Groenendaal; zie subsidieaanvraag fase 5.
Prakticum: Wat gaat er gebeuren? Hoe past dit binnen het onderwijsconcept? Praktische uitvoerbaarheid door studenten. Uitproberen technieken.
ICT: Blackboard couseInfo Video conferencing (iemand van bedrijf) Microscopie beelden live op internet
3
Te ondernemen stappen: Cursusdoelstelling vaststellen Plan opstellen rekeninghoudend met: a) Inhoud oude vak b) Onderwijsconcept (universiteit, faculteit, subfaculteit) Welke kennis (geen overlap) en welke vaardigheden krijgen de nadruk. Hiervoor afspraken maken met: - Arjan Pol (eerste week november). - Iemand van het IOWO (onderwijs concept KUN) Pas mee afspreken als al redelijk concrete ideeën zijn gevormd. - Rinus van Herpen (Mercatorproject, onderwijsontwikkeling VU)
Inhoud vaststellen Wat wordt de inhoud van de cursus (theorie / praktijk) a) Vaststellen wat er bekend is aan vaardigheden /kennis (doelgroepanalyse). b) Welke stof/ technieken wil je graag dat de studenten op het einde beheersen
Didactische methoden bepalen Welke didactische methoden gaan we gebruiken om de doelstelling te bereiken (excursie, college, practicum, werkgroep, discussie, vergadering, zelfstudie enz.)
Invulling geven Er moet invulling gegeven worden aan de verschillende cursusonderdelen: Hoe verdeel je de stof /vaardigheden over cursus en in welke volgorde. Wat geef je voor practicum, hoe bouw je lesstof op…enz. Gebruiksklaar maken Deze cursusonderdelen “gebruiksklaar” maken. - Schrijven cursus draaiboek met wat er wanneer verteld gaat worden en wat daarvoor geregeld moet worden - Integreren met ICT - Practicummethode uitproberen en in (assistenten)handleiding noteren.
Planning Week 1 en 2
Datum 29 oktober tot 9 november
3 en 4 5, 6 en 7 8 en 9 10 en 11 12
12 tot 23 november 26 november tot 21 december 7 tot 25 januari 28 januari tot 8 februari 11 tot 15 februari
Wat Opdoen inhoudelijke kennis Inbedding Inventariseren oude vak Inhoudelijk plan: variatie, competentie Practicum opzet (+ IOWO) Cursus materiaal, methoden uitproberen Opschrijven methoden, handleiding Verslag schrijven
4
Voorkennis studenten: Iedereen: PROPEDEUSE BIOLOGIE MET DAARBINNEN DE CURSUS MICROBIOLOGIE I: Een eerste kennismaking met microbiële ecologie en basale microbiologische technieken. Cursus van de propedeuse Biologie KUN (4 studiepunten) Datum: van 18-04-2000 t/m 23-05-2000 Samenstelling - 29 uur hoorcollege - 4 uur werkcolleg - 56 uur practicum - 4 uur computerpracticum - 67 uur zelfstudie Docenten dr. H.J.M. Op den Camp Contact secretariaat Microbiologie Telefoon: 3652940 Email:
[email protected] Doel van de cursus De cursus geeft een eerste inleiding in de microbiologie. De samenstelling van de microbiële cel en zijn functies komen daarbij aan de orde. De microbiële groei wordt behandeld, waarbij aandacht geschonken wordt aan de omstandigheden die de groei beïnvloeden. Micro-organismen hebben een interactie met hun omgeving: deze interactie wordt nader toegelicht binnen de onderdelen gastheerparasiet interacties, diagnostische microbiologie en microbiële ecologie. De biodiversiteit van microorganismen komt aan de orde in de onderdelen die betrekking hebben op de microbiële evolutie en moleculaire systematiek, de archaea en de eucaryote micro-organismen. Bij alle onderdelen wordt steeds aandacht geschonken aan de rol van de organismen in de natuur, de relatie met mensen en eventuele toepassingen. Het practicum is erop gericht om via een aantal experimenten 1) het omgaan met micro-organismen te leren: het steriele werk, bereiden van media, tellen van (levensvatbare) cellen, ophopen en isoleren, reincultures, aeroob/anaeroob kweken, kleuringen, identificaties, enz, 2) kennis te maken met een aantal micro-organismen 3) Een aantal toepassingen van de microbiologie in de praktijk te beoefenen: test op faecale verontreiniging, zuivering afvalwater, microbiële conservering, voedingsmiddelen-microbiologie 4) Een eerste inzicht te krijgen in de stofwisseling van micro-organismen. Onderwerpen - Overzicht van de microbiologie - Celbiologie - Groei en de regeling van de groei - Microbiële ecologie - Moleculaire systematiek en microbiële evolutie - Gastheer-parasiet interacties - Klinische en diagnostische microbiologie - Enkele microbiële ziektes
5
Enkelen: ECOLOGIE: algemene kennismaking met ecosystemen en interacties tussen organismen onderling en organisme en milieu FYSIOLOGIE VAN PLANT EN MICRO-ORGANISME: Interacties van micro-organismen met planten en in het kort: welke milieuomstandigheden bepalen hechting /verblijf van micro-organismen op een plaats. Loopt parallel met: Ontwikkelingsfysiologie Datum van 13-03-2000 t/m 31-03-2000 Samenstelling - 28 uur hoorcollege - 60 uur practicum - 72 uur zelfstudie Docenten dr. C. van der Drift dr. M.M.A. van Herpen Contact dr. C. van der Drift Telefoon: 024 3652934 Email:
[email protected] Doel van de cursus De cursus heeft tot doel inzicht te geven in (moleculair-) fysiologische processen, die zich afspelen in planten en micro-organismen. Een centrale plaats is ingeruimd voor een bespreking van processen, die ten grondslag liggen aan de diverse interacties van planten met micro-organismen of van microorganismen met hun omgeving. De fysiologische gevolgen van deze interacties worden besproken.
Onderwerpen 1.Hechting van micro-organismen 2.Functie van hechting 3.Hechtingsproces 4.Glycocalix 5.Lectines 6.Kolonisatie 7.Interacties tussen plant en micro-organismen 8.Afbraak van plantbiopolymeren 9.Plantpathogenen 10.Antinutritionele factoren 11.Bodem microbiologie 12.Parasitaire symbiose 13.Mutualistische symbiose 14.Evolutie Opmerking In deze cursus bouwen we voort op de kennis en inzichten die verworven zijn in diverse cursussen van de algemene fase. Voor deze cursus dient men specifiek kennis te hebben van en inzicht in de fysische en biochemische principes van energietransformatie bij planten en micro-organismen, de opbouw en werking van biochemische routes en cycli en de algemene moleculair-biologische principes.
6
TOEGEPASTE ECOLOGIE: Theoretische kennis van microbiële zuiveringstechnieken. Keuzecursus van het vijfde semester Biologie KUN (4 studiepunten) Loopt parallel met: Neurofarmacologie, Medische biotechnologie en een Researchpracticum. Datum van 29-11-1999 t/m 23-12-1999 Samenstelling - 18 uur hoorcollege - 4 uur gastcollege - 15 uur responsiecollege - 17 uur project - 10 uur computerpracticum - 96 uur zelfstudie Docenten dr. J.G.M. Roelofs (coördinator) dr.R.Bobbink dr. HJ.M. Op den Camp dr. R.C. Lock prof.dr. G.van der Velde Contact dr. J.G.M. Roelofs Telefoon: 024 3652340 Email:
[email protected] Doel van de cursus Hoofdvaardigheid: de student(e) kan een kritische beschouwing geven over de effectiviteit en efficiëntie van biologische milieukwaliteitsbeoordeling en van biologische brongerichte en doelgerichte maatregelen voor natuur- en milieubeheer. Deelvaardigheden: 1) de student(e) kan aan de hand van microbiële afbraakprocessen de (on)mogelijkheden voor biologische verwerking van vaste, vloeibare en gasvormige afvalstromen beredeneren. 2) De student(e) kan voor specifieke situaties relevantie milieukwaliteitsbeoordelingssystemen selecteren en kan de resultaten van deze systemen interpreteren naar de kwalitatieve en/of kwantitatieve toestand van milieufactoren. 3) De student(e) kan in specifieke situaties herstel- en beheersmaatregelen formuleren voor het compenseren van effecten van milieubelasting en kan beargumenteerd kritische factoren benoemen die de kans op succes, dan wel falen, van deze maatregelen bepalen. 4) De student(e) moet in staat zijn om zowel ecologische modellen te ontwerpen als bestaande modellen toe te passen. Onderwerpen - Zuiverings- en saneringstechnieken - Microbiologische zuiveringstechnieken - Microbiologische saneringstechnieken - Zuiveringstechnieken met hogere organismen - Milieukwaliteitsbeoordeling - Biologische waterkwaliteitsbeoordeling - Het Critical loads concept - Biologische bodemkwaliteitsbeoordeling - Oecologische modellering - Herstel- en beheersmaatregelen in natuurgebieden - Herstelbeheer van natuurterreinen - Beheer van water en watergangen - Actief biologisch beheer - Habitatherstel trekvissen - Simulatiemodel herstel- en beheersmaatregelen
7
MICROBIOLOGIE II Biochemie en metabolisme van micro-organismen en moleculaire regulatie van deze processen (competitie, interacties). Keuzecursus van het vijfde semester Biologie KUN (4 studiepunten) Loopt parallel met: Celbiologie van dieren Datum van 04-10-1999 t/m 25-10-1999 Samenstelling - 21 uur hoorcollege - 3 uur werkcollege - 60 uur practicum - 76 uur zelfstudie Docent dr. J.T.M. Keltjens Contact dr. C. v.d. Drift Telefoon: 024 3652934 Email:
[email protected] Doel van de cursus Het doel van deze cursus is een verdieping van de inzichten in de stofwisselingsprocessen van microorganismen en in de regelmechanismen waarover deze organismen beschikken om hun levensfuncties te kunnen aanpassen aan veranderende omgevingscondities. De cursus bouwt hierbij voort op de basiskennis die verworven is in de eerdere curriculumonderdelen (stofstromen, biologie van micro-organismen, fysiologie van planten en micro-organismen). Centraal in de cursus staan de anaerobe micro-organismen. Met deze onderwerpkeuze beoogt de cursus een theoretische en practische aansluiting tot stand te brengen op het onderzoek en onderwijs in de specialisatiefase van de vakgroep Microbiologie en Evolutiebiologie. Onderwerpen - Metabolisme en bio-energetica van anaërobe micro-organismen - Algemene principes van bioenergetisch processen - Fermentaties - Anaerobe ademhaling - Metabolisme van anaerobe eukaryoten: rol hydrogenosomen - Archaea: leven in extreme milieus - Evolutie van metabole processen - Metabole interacties tussen anaerobe micro-organismen: concurrentie en samenwerking - De centrale rol van waterstofgas in anaerobe systemen - Interspecies-substrate transfer" - Toepassingen van anaerobe processen - Regelmechanismen in anaerobe micro-organismen: aanpassing aan veranderende leefomstandigheden - Algemene principes van regelmechanismen in micro-organismen - Regulering van anaerobe metabole processen - Respons op stress situaties
8
MOLECULAIRE BIOLOGIE VAN DE CEL Cursus van de propedeuse Biologie KUN (2 studiepunten) Examencode: P639a Datum van 26-04-2000 t/m 07-06-2000 Samenstelling 22 uur hoorcollege 80 uur zelfstudie Docent mw. dr. N.H. Lubsen Contact secretariaat Moleculaire Biologie Telefoon: 024 3652911 Email:
[email protected] Doel van de cursus De cursus heeft een vierledig doel: Verwerven van gedegen kennis van en inzicht in de grondslagen van de moleculaire biologie met nadruk op de overdracht van DNA -> RNA -> eiwit. Onderwerpen - Structuur van de nucleïnezuren - DNA replicatie en repair - RNA synthese en verwerking - Eiwit synthese - Regulatie van genexpressie in pro- en eukaryoten Leermiddelen Leerboek (verplicht): Principles of Biochemistry, A.L. Lehninger, D.L. Nelson and M.M. Cox, 2e druk, 1993, Worth Publishers Toetsing en beoordeling Door een schriftelijk tentamen. Moleculaire biologie II Keuzecursus van het vierde semester Biologie KUN (4 studiepunten) Loopt parallel met: Systyeemoecologie
9
MOLECULAIRE BIOLOGIE II Datum van 15-05-2000 t/m 19-06-2000 Samenstelling 41 uur hoorcollege 12 uur voorcollege practicum 48 uur practicum 59 uur zelfstudie Docenten Prof.dr. H.G. Stunnenberg Contact Prof. dr. H.G. Stunnenberg Telefoon: 024 3653431 Email:
[email protected] Doel van de cursus Deze cursus beoogt kennis van en inzicht in moleculair biologische processen bij te brengen. Er wordt aandacht besteed aan het mechanisme, de biologische functie, de controle punten en de regulatie. Daarnaast wordt de toepassing van de moleculair biologische processen in recombinant DNA werk behandeld. Onderwerpen DNA structuur, replicatie, modificatie en repair regulatie van de transcriptie bij prokaryoten regulatie van de transcriptie bij eukaryoten transcript verwerking bij eukaryoten recombinant DNA technieken (inclusief cursus "veilig microbiologische technieken") Leermiddelen Leerboek (verplicht) Lodish "Molecular Cell Biology" 3th ed., 1995 Voor het recombinant DNA gedeelte wordt Old en Primrose "Principles of Gene Manipulation" Blackwell Scientific Publ. aangeraden. Practicumhandleiding en collegedictaat VMT cursus worden tijdens de cursus verkocht (prijs ca. fl 10.--) Toetsing en beoordeling Door een schriftelijk tentamen (telt voor 80% mee) en de practicum resultaten (telt voor 20% mee) Opmerking In uitzonderlijke gevallen en in goed overleg met de docenten is het mogelijk om alleen het recombinant DNA gedeelte van de cursus te volgen. Deze mogelijkheid is bedoeld voor studenten die zich specialiseren in de oecologische richting en kennis willen opdoen van recombinant DNA technieken.
10
Vooroordelen van studenten Studenten gaan ervan uit dat: Drie weken werken, een week vrij om te leren (met op vrijdag tentamen) Voor middagpauze college, na de middag practicum In koppels werken aan practicum Verslag (evt. Presentatie/poster die gemaakt moet worden)
Inventarisatie: Biotechnologie van plant en micro-organismen Vaardigheden & kennis gedeelte microbiologie: Rekenen, Excel. Grafieken maken, Excel. Inzicht in enzym-kinetiek Interpreteren van formules en kunnen voorspellen wat er gebeurt als er een variabele verandert Kennen van de werking van verschillende reactoren. Praktische ervaring met reactoren, flow-control, analyse producten, Eigen berekeningen toepassen in prakticum Wat komt er allemaal kijken bij een practicum: Zelf glaswerk zoeken, zelf oplossingen maken, voorbereiden. Organisatie: wie werkt wat uit, plannen wanneer resultaten uitwisselen en met elkaar doorspreken Practicum opzet gebaseerd op case. Evaluatie: Practica zijn: slecht voorbereidt, rommelig, onduidelijk, chaotisch, te lange wachttijden, assistenten zijn niet bereid uitleg te geven, gebrek aan hulpvaardigheid, onwetendheid assistenten. Ook zijn docenten /assistenten ontevreden over inzet van studenten: minimale inzet en vragen om kookboekpracticum. Te veel practicum in de tentamenstof (onaangekondigd) Excursie wordt zeer goed beoordeeld.
11
Leerdoelen Competenties/ vaardigheden: Een vraagstelling analyseren en verwoorden tot een werkplan om zo tot een antwoord van zo‟n vraag te komen (proposal schrijven). In een hoogveen gebied zitten veel methanogenen die onder anaërobe condities methaan produceren. Dat gevormde methaan komt niet aan het oppervlakte vrij. Waar blijft het methaan dan? Dat geproduceerde methaan stijgt op. Daar waar het gasvormige methaan in een relatief hoge concentratie een aëroob milieu binnenkomt kunnen methanogene het methaan omzetten in biomassa en koolstofdioxide. In verschillende milieus (zoals rijstvelden) bevindt dat specifieke milieu, waar zowel methaangas als zuurstof aanwezig is, bij de wortels van planten. Deze wortels zorgen namelijk voor de zuurstof toevoer en zitten diep genoeg in de grond om bij het methaan te komen. De vraag is tweeledig: a) Waar komen deze methanogene precies voor in het veen, hoeveel zitten er, hoe groot zijn de kolonies en hoe zijn ze verdeeld? b) Welke methanogene bacteriën vindt je daar die ook werkelijk het gewenste metabolisme uitvoeren? De bedoeling is dat studenten de volgende stappen gaan ondernemen om tot een oplossing te komen: - meer literatuur zoeken over dit onderwerp: wat is een hoogveen, wat voor metabolisme hebben methanogene en wat informatie over de ecologie van methanogene - aan de hand van door student-assistenten gegeven informatie over de technieken die gebruikt kunnen gaan worden en de informatie over deze technieken uit de colleges moeten de studenten twee de technieken uitwerken tot een werkplan waarin het volgende beschreven staat: - de taakverdeling tussen de student en zijn practicumpartner (ze werken twee aan twee) - de technieken uitgeschreven tot protocol; in dit protocol staat ook een tijdsplanning aangegeven (hierbij krijgen ze uiteraard steun van de bestaande planning en dagindeling van de assistent. Sommige protocollen worden van te voren door de practicum assistent gegeven of er worden hints gegeven om ze te kunnen vinden (internet, artikel, referenties binnen een artikel, personen). - De nadruk binnen het proposal moet komen te liggen op de vraagstelling en er moet duidelijk aangegeven worden hoe de technieken die ze gebruiken zorgen voor een antwoord op deze vraagstelling. Dus de validatie van de technieken moet duidelijk naar voren komen. (dit moet eveneens terugkomen in de discussie van een verslag en wordt ondersteund door colleges waarin verschillende mogelijke technieken met elkaar vergeleken worden)
Uit een ingewikkeld systeem (zoals een ecosysteem) de factoren herkennen die voor jouw vraag belangrijk zijn. Uit bovenstaande vraagstelling blijkt al dat er in het ecosysteem meerdere factoren een rol spelen. De studenten moeten juist de factoren die erg belangrijk zijn voor de beantwoording van de vraagstelling extra benadrukken. Zo moet in het proposal duidelijk naar voren komen dat de zuurstofconcentratie een cruciale rol in dit verhaal speelt evenals de vegetatie. Leren de tekortkomingen en voordelen van een bepaalde (praktische) aanpak in te zien. En deze op waarde te schatten. Hiermee hangt ook samen het op waarde schatten van je resultaten. Ook hiervoor geld dat belangrijke informatie voor deze afwegingen kan komen uit hoorcolleges waarin technieken uitgelegd en vergeleken worden. Het is de bedoeling dat de studenten op eigen initiatief deze afwegingen van technieken terug laten komen in de discussie van een eindverslag en het liefste ook in het proposal.
-
Het gebruik van databases op een computer voor DNA –analyse Sequenties kunnen binnenhalen. Aan de hand van het programma ARB sequenties kunnen vergelijken met een database en interpreteren van zoekresultaten. Uitmaken met welk micro-organisme je te maken hebt. Een probe ontwerpen om dat micro-organisme te kunnen identificeren.
12
Voorbeelden vertalen naar algemeen geldende regels (voor zover mogelijk). Een hoogveen is een specifiek milieu maar het geld bijvoorbeeld altijd dat methanotrofe bacteriën alleen voorkomen in aanwezigheid van methaan en zuurstof. Werken in groepsvorm: hierbinnen een bepaalde rol vertegenwoordigen. De hieronder beschreven groepsgesprekken worden gevoerd met 6 studenten en soms een assistent. Om het maximale rendement te verkrijgen moet er structuur in het gesprek aangebracht worden. Dit kan door een rolverdeling binnen zo‟n groep te maken. De bedoeling is dat dit tijdens het eerste gesprek duidelijk wordt en evt. onder begeleiding van de aanwezige assistent toegepast wordt. De bedoeling is dat iedere student ook de verantwoordelijkheid draagt die bij zijn rol hoor en ook anderen op zijn of haar verantwoordelijkheden wijst.. Aan de hand van de resultaten toekomstplannen opstellen voor een betere aanpak/ verder onderzoek. Dit kan de student in een verslag zetten aan de hand van informatie uit het college waarin verschillende technieken worden genoemd. Hierbij kan gedacht worden aan opschaling van de opzuivering naar industrieel niveau, het toevoegen van parameters aan de metingen… Overdragen van kennis: -
Presentatie: Met 6 personen moet een presentatie gehouden worden. Dit houdt niet in dat er 6 mensen voor de groep moeten gaan staan maar wel moeten er 6 mensen aan de inhoud gewerkt worden. De presentatie wordt dan ook niet direct beoordeeld op degene(n) die voor de groep staan presenteren maar wel hoe de presentatie inhoudelijk in elkaar zit. De studenten moeten duidelijk structuur aan brengen in hun presentatie, moeten de goede weergave kiezen (PowerPoint, sheets, bord, of grafieken, tabellen, tekst). Hieraan kunnen alle personen meewerken. De nadruk moet komen te liggen op hoe onderdelen op elkaar volgen. De verloop van het verhaal moet logisch en goed te begrijpen zijn.
-
Verslag: Per practicum koppel wordt er een verslag ingeleverd. Ook hier is het belangrijk dat uit de materialen & methoden duidelijk te halen is waarom bepaalde stappen zijn ondernomen. Speciale aandacht gaat naar de discussie. Hierin moet niet enkel staan wat er misgegaan is tijdens het experiment en waarom maar vooral wat de resultaten nu wel zeggen. Verder kunnen moet duidelijk uit de discussie blijken in hoeverre de vraagstelling wel en welke gedeelten van de vraagstelling niet (volledig) zijn beantwoord.
-
Groepsgesprekken: Er moeten een aantal groepsgesprekken ingeroosterd worden. Aan deze gesprekken moeten duidelijke eisen worden gesteld zodat iedereen actief meedoet. Het eerste gesprek zal beginnen met aanwezigheid van een assistent. Dan wordt uitgelegd wat de bedoeling is van het gesprek en wordt er een rolverdeling gemaakt. Er moet in ieder geval een voorzitter en een notulist worden benoemd. Wat de precieze taakverdeling is moeten ze in de groep zelf uitzoeken. De bedoeling is dat ze in: Gesprek 1: Op dag 1, meteen na een inleidend college, vindt het eerste gesprek plaats met aanwezigheid van de assistent. In dit gesprek moet de vraagstelling duidelijk geformuleerd worden en uitgewerkt worden in deelvragen. Kan handig zijn als iedereen de door hem of har uitgezochte informatie met referenties op papier zet. Bovendien moet er een taakverdeling komen voor het literatuur onderzoek (in handleiding staan tips/referenties) kort verslag wordt ingeleverd per groep, telt mee in beoordeling. Gesprek 2: ‟s Ochtends op dag twee vindt het tweede gesprek plaats zonder assistent. De rolverdeling kan anders zijn dan vorig gesprek. In dit gesprek wordt de informatie die iedereen verzameld heeft uitgewisseld en samengevat in een kort verslag worden ingeleverd. Na dit gesprek kan dit verslag worden geschreven en kan aan de presentatie worden gewerkt. Verder moet er per practicumgroepje (van twee man) uiterlijk vrijdag aan het einde van dag een werkplan ingeleverd worden. e Gesprek 3: Maandag ochtend van de 4 week komen de groepen weer bij elkaar, worden resultaten uitgewisseld en gaan ze kijken in hoeverre ze de vraagstelling kunnen
13
beantwoorden. Een kort verslag van deze bespreking wordt wederom ingeleverd. Hierna kan iedereen per groepje van 2 gaan werken aan eindverslag. -
Individueel gesprek: De cursus wordt afgerond met een individueel eindgesprek. Tijdens dit gesprek moet de student duidelijk kunnen maken dat hij begrijpt wat hij/zij gedaan heeft en daar ook conclusies uit kunnen trekken. Hierbij mag de student wat blaadjes met schema‟s of figuren gebruiken voor de uitleg. Naast beoordeling op inhoud (argumentatie van antwoorden op vragen) moet wordt ook de mondeling presentatie (duidelijkheid, enthousiasme) beoordeeld.
Inhoudelijke kennis: Ecologisch: in wat voor milieus vind je welke stoffen en wat voor micro-organismen kun je daar dan verwachten (waarom?) - Grofweg kunnen na vertellen hoe de zwavel- fosfor- stikstof en koolstofcycli in elkaar steken. - Metabolisme van methanotrofe kennen. (nog uitwerken) - Voorbeelden kunnen noemen van milieus die specifiek zijn voor bepaalde bacteriën en kunnen verklaren waarom dat micro-organisme zo specifiek daar voorkomt. - Voorbeelden van actuele ecologische/economische vraagstellingen waarbij micro-organisme een belangrijke rol spelen (afvalwaterzuivering………..).
-
Technieken (nog verder uitwerken): Hoe kun je vanuit DNA erachter komen met wat voor organisme je te maken hebt (soort specificiteit, conservatieve regio‟s…enz.) Hoe komt gelabeld substraat tot in het DNA (biomassaopbouw) Hoe werkt een probe Invloed van de eigenschappen van de gebruikte reactor op de bacteriesamenstelling kunnen verklaren.
Onderwijsconcept (landelijk, kun, faculteit, subfaculteit en in vergelijking met andere ecologische vakken) I.t.t. vele andere differentiatiecursussen zullen vaardigheden /technieken meer aandacht krijgen dan inhoudelijke kennis. Dit ook omdat de voorgaande cursus biotechnologie van plant en microorganismen hier veel aandacht aan heeft gegeven. Aangezien bij veel andere differentiatie vakken de beoordeling van de student voornamelijk op beheersing van theorie berust, vult de cursus microbiële ecologie in dat opzicht iets extra‟s toe aan het curriculum van biologie. Om niet hetzelfde negatieve resultaat te krijgen als de cursus biotechnologie van plant en microorganismen moet veel aandacht gegeven worden aan de “logische” opbouw van de cursus. De studenten moeten eenvoudig kunnen inzien dat de praktische werkzaamheden logisch verband houden de grotere algemene vraagstelling waarop de cursus berust. Een mogelijke mannier om dit te bewerkstelligen is om de studenten in groepen (met daarbinnen een rolverdeling) te laten werken met intensieve begeleiding per groep. Deze begeleiding moet het student activerend onderwijs vorm geven. Hiervoor moet in eerste instantie studenten aangezet worden tot het zoeken naar de oplossing van een probleem. Daarbovenop moeten deze wegen tot de oplossing de student ook verbazen (verwondering over biologie /techniek). Om motivatie te behouden moet er een goede afwisseling zijn in didactische vormen en moet er een balans zijn - en nadelen van een techniek zodat er een afweging gemaakt kan worden wanneer welke techniek tussen kennis en praktijk. Een andere mogelijkheid om te motiveren is om het abstractieniveau van het practicum te verlagen. Dit kan door het te verbinden aan een case. Ondanks de grote hoeveelheid praktische werkzaamheden is het niet de bedoeling om studenten een bepaalde techniek volledig bij te brengen. Het draait om het inzien van de voor het beste gebruikt kan
14
Wat wordt de inhoud van het nieuwe vak? Wat moet er van de oude cursus terugkomen in de nieuwe? Cases? Inspelen op maatschappelijke en economische wensen vertalen van fundamenteel onderzoek naar toepassingsgericht onderzoek. Vrijheid van planning Studenten sturen zodanig dat ze zelf inzien wat de volgende stap is die genomen moet worden. Deze stappen zijn echter wel voorbereid. Veel aandacht op praktische vaardigheden.
Inhoud van het vak dat gerelateerd is aan het huidig onderzoek op de afdeling microbiologie: Microbiële ecologie: interacties van het micro-organisme met zijn omgeving (biotische als abiotische factoren). Effect micro-organisme op omgeving Effect omgeving op micro-organisme Interacties tussen micro-organismen onderling??? Stel afvalwater zuivering: verontreiniging in afvalwater bepaalt samenstelling micro-organismen. Aanwezigheid micro-organismen bepaald reinigingsvermogen. Belangrijke termen hierbij zijn strategie, populatiedynamica, competitie, regulatie, timing, signalering, interactie, metabolisme….
Hoe sluit het vak aan op de voorkennis van studenten? a) Cursus microbiologie 1e jaars: Nog grofweg dezelfde opzet als in „ 97? Ja (afgelopen jaar extra MKZ behandelt) Hele hoofdstuk microbiële ecologie uit Brock van Madigan is behandeld Leerdoelen: - Algemene indruk te geven van wat de (on)mogelijkheden van micro organismen zijn - Basistechnieken voor het werken met micro-organismen In differentiatie cursus verdiepen in bepaalde technieken. - Belangrijkheid van micro-organismen aangeven In differentiatiecursus door bijvoorbeeld maatschappelijke relevantie (biotechnologie of bedrijfsleven) te koppelen aan onderzoeksvraag
b) Cursus toegepaste ecologie (differentiatievak): Doelstelling microbieel gedeelte: - inzicht geven in de microbiologische processen die een rol spelen bij bioremediation (lucht, vloeistoffen en vaste afvalstromen). klopt, industrieel (anaeroob) tegenover stadsafvalwaterzuivering (aeroob) - Mogelijke probleem aanpak bediscussiëren (opties verschillende reactoren) Vaardigheden: - M.b.v. bovenstaande kennis een oplossing vinden voor verschillende milieuproblemen. - Werken met modellen In groepjes wordt een verontreinigings-probleem geanalyseerd, een oplossing (remediation) opgesteld en die wordt gepresenteerd.
15
Hoe wordt de cursus opgebouwd?
Welke factoren bepalen inhoud? 1)
2)
Wat wil de student: a. Studenten uit voornamelijk de ecologische richting zullen voor dit vak kiezen. Deze studenten hebben vaak een beperkte interesse in moleculaire en celbiologische technieken. Wil je deze toch aanbod laten komen in de cursus dan zul je de importantie van deze technieken voor het beantwoorden van een microbieel ecologische vraag extra moeten benadrukken. Hiermee koppel je de stof aan datgene waarvoor vaak wel veel interesse is: een probleem rechtstreeks uit het bedrijfsleven of uit de maatschappij. b. Uit de studenten enquête van de keuzegids hoger onderwijs 2001 blijkt dat de Nijmeegse biologiestudenten vinden dat ze weinig zelf met de stof aan het werk kunnen. De studenten kun je zelf aan het werk zetten door i.p.v. veel hoorcolleges de studenten onder begeleiding zelf een probleem te laten oplossen in de vorm van werkcolleges en practica. c. Vaak wordt op het einde van een practicum (bij het schrijven van een verslag) pas duidelijk waar je mee bezig bent geweest. Door aan het begin van de cursus een voorstel te laten opstellen (in vorm van een verslag of poster of presentatie) moet dan al duidelijk worden waar je mee bezig bent. d. Een student wil graag algemeen toepasbare regeltjes horen. Dus bij het geven van voorbeelden moet er zo mogelijk een vertaal stap naar andere toepassingen en fundamentele theorieën gemaakt worden.
Wat wenst de subfaculteit: a. Er moet een duidelijke link aanwezig zijn tussen de cursus en het onderzoek dat aan de universiteit plaatsvindt. b. Meer aandacht voor veldpractica c. Meegaan met de nieuwste ontwikkelingen op je vakgebied d. De opleiding moet aansluiten op het marktperspectief; de toepassing van kennis moet aan bod komen e. Minder frontale colleges, colleges als inspiratiebron, werkcolleges, eigen experimenten, veldwerk/excursies, PGO opdrachten De mening van studenten en van de subfaculteit liggen dicht bij elkaar.
Case Het practicum wordt als case aangeboden. Een probleem uit het bedrijfsleven moet uitgeplozen en opgelost worden. Dit geeft de maatschappelijke relevantie van het geleerde duidelijk aan. Hopelijk wordt hierdoor de ijver gestimuleerd. Als je ervoor kiest om in een case te werken is het heel belangrijk om regelmatig uit het voorbeeld te stappen en het te vertalen naar algemenere theorieën.
Groepsverdeling Voor het practicum maak je (aan de hand van het aantal deelnemers) twee of vier groepen zodat er ongeveer 6 mensen per groep zijn. Er beginnen dan twee groepen met experiment A en twee groepen met experiment B. Voor de tweede helft van de cursus kunnen de groepen worden omgedraaid. Voor experiment A en B moeten ten minste twee variaties worden bedacht zodat de twee parallel groepen niet exact dezelfde keuzes maken. (variatie in pH of temperatuur of waar het monster genomen wordt) Binnen deze groepen wordt zo veel mogelijk twee aan twee gewerkt zodat iedereen redelijk actief mee kan blijven doen en niet alleen maar naar de acties van anderen kan kijken. Voor sommige onderdelen zal dit niet mogelijk zijn. Door deze dubbele acties binnen een groep verhoog je de kans op slagen.
16
Planning Dag
Wie
Wat
Ma
Allen
-
Di
Allen
Woe
Allen
Do
Allen
Vrij
A
Ma
A
Di
A
Woe
A
Do
A
Vrij
B
Ma
B
Di
B
Woe
B
Do
B
Vrij Ma Di Woe Do
Allen Allen Allen Allen Allen
1 uur Inleidend college: a) Vraagstelling b) Toelichting opbouw en werkvormen van de cursus + groepsindeling - 1.5 uur Groepsgesprek 1 (met assistent) - 1 uur schrijven kort verslag groepsgesprek (2 personen?), rest begint met literatuuronderzoek - pauze - uitdelen kort verslag groepsgesprek 1 - 3 uur literatuuronderzoek + op papier zetten wat er gevonden is. - 1.5 uur college over technieken (hoe werken ze, voor en nadelen) - 2 uur Groepsgesprek 2: uitwisselen gevonden informatie + schrijven kort verslag + presentatie voorbereiden - pauze - 3 uur presentatie voorbereiden + werkplan schijven - Presentatie voorbereiden - pauze - Presenteren + discussie - Excursie: samples nemen - pauze - Incubatie samples inzetten - Laatste werk aan werkplan en werkplan inleveren - Spullen klaarzetten in lab + oplossingen maken voor maandag - DNA-extractie - inzetten cesium chloride gradiënt scheiding (overnacht draaien) - DNA zuiveren uit buis - theorie volgende stappen - Sequentieanalyse - probe design (+ bestellen) - fixatie cellen voor FISH - FISH - pauze - interpretatie resultaten (A1 + A2?) - Bouwen opstelling - Nemen monster 1 (weekend doen assistenten wat stappen?) - Meten aan opstelling - Nemen monster 2 - Probe keuze - Werkcollege (hoogveen) - Meten aan opstelling - Nemen monster 3 - pauze - fixeren - probe keuze - FISH (B1 + B2) - pauze - B1 resultaten bekijken + interpreteren - B2 uitwerken resultaten metingen - B2 resultaten bekijken + interpreteren - B1 uitwerken resultaten metingen - pauze - B1 + B2 uitwerken resultaten FiSH - Uitwerken resultaten exp. A + B binnen eigen groepje van 2 (werken aan verslag) - Groepsgesprek 3 - Werken aan verslag - Werken aan verslag - Werkcollege over discussie schrijven
17
Vrij
Allen
- Werken aan verslag - Voorbereiden indvidueel eindgesprek (gezamenlijk) standpunt voor toepassing in bedrijf - Excursie naar bedrijf - Inleveren eindverslag - eigen onderzoek presenteren aan bedrijf
Invulling presentaties: Om veel overlap binnen de presentaties te voorkomen krijgt elke groep een gespecificeerde opdracht. Deze opdracht bestaat uit het presenteren van een theoretisch gedeelte en een gedeelte over een practisch gedeelte.Hierdoor Is het in het belang van alle studenten dat het praatje van jouw groep goed is en is er reden genoeg goed op te letten bij de andere presentaties: Theorie
Technieken
A1
Hoogveen & beleid
Reactoren
A2
Methanotrofen
Sequentie analyse
B1
flora & fauna hoogveen of methanogenen?
Isotoop incorporatie
B2
Hoogveen: abiotische factoren/ geografie
FISH
Hoogveen & beleid (A1): - Gesprek met iemand van aquatische ecologie of stichting bargerveen. Methanotrofen (A2): - Literatuur referenties (Ashna) - Handleiding Keltjens? - Brock Methanogenen (B1) of Flora/fauna hoogveen - Proefschrift?? Hoogveen: abiotische factoren/ geografie (B2): Welke gassen zijn er aanwezig? Bodemlagen. - Internet? Reactoren (A1): - Artikelen? - Handleiding toegepaste ecologie? Sequentie analyse (A2): Eigenschappen van ribosomaal RNA en specifieke kenmerken voor groepen micro-organismen stamboom? - Studieboeken? Isotoop incorporatie (B1): Link tussen metabolisme en DNA - Hint artikelen? - ? FISH (B2): Vragen om verklaring stappen uit protocol.
18
-
protocol geven. Literatuur:
19
Invulling practica: Het te bestuderen/ op te sporen metabolisme moet voor beide technieken bruikbaar zijn. In aanmerking komen: a) methanotrofe organisme Als je hiervan de serine-pathway (type II) bestudeerd dan kan als gelabelde substraat CO2 gebruikt worden. Voordeel: snelle groeier Nadeel: onduidelijkere FISH plaatjes Vindplaats o.a. veen (mariapeel?) Methanotrofe bacteriën oxideren methaan (CH4) via methanol (CH3OH), formaldehyde (HCHO), formaat (HCOO ) tot bicarbonaat(HCO3 ) Er zijn vele soorten methanotrofen maar zijn allemaal aëroob. Het formaldehyde reageert samen met een molecuul CO2 via de serine-pathway tot acetylCoA. Hierbij wordt NADH en ATP gebruikt. b) autotrofe zwavel oxideerders Fijner voor ophopingreactie dan bijvoorbeeld de sulfide oxideerders (monosulfiden, pyriet). c) Fototrofen (Groningen) d) Evt. ijzeroxidatie Onderdeel A: Labelled substrate incorporation Zoeken naar een bacterie met een specifiek metabolisme in een monster m.b.v. Labelled substrate incorporation en deze aantonen met FISH OPZET : Iemand uit bedrijfsleven (bijv. Paques) komt met een probleem; een bepaald micro-organisme met een specifiek metabolisme onder bepaalde omstandigheden wordt gevraagd. Studenten zoeken naar ecosysteem waar zo‟n micro-organisme misschien voor komt. Samples halen (excursie). Aan de hand van het gezochte metabolische proces moet een specifiek substraat gezocht worden dat dan (niet-radioactief) gelabeld aangeboden kan worden. Bepaalde microorganismen bouwen het in en komt uiteindelijk in het DNA van die micro-organismen terecht. Na bepaalde incubatie met substraat wordt DNA geïsoleerd van alle in het sample aanwezige micro-organismen. Aan de hand van een kolom met een Cesium Chloride gradiënt kan er een scheiding plaatsvinden van het DNA op dichtheid. (het DNA waar het gelabelde zwaardere C-atomen van het substraat zijn ingebouwd zullen lager in de kolom uitkomen dan het DNA van de rest van de micro-organismen. Isoleer het gelabelde DNA uit de buis Volgende stappen kunnen worden overgeslagen door sequenties te geven: - Door PCR met 16S rDNA specifieke primers kan het 16S rDNA van alle microorganismen worden geamplificeerd. - Dit 16S rDNA hoeft niet uit 1 enkel micro-organisme afkomstig te zijn (Heterogeen mengsel). Echter zijn alle stukken wel even lang (dus geen scheiding door gewone gel electroforese). a)Door DGGE of TTGE kan op een gel aan de hand van andere denaturatie omstandigheden door andere GC –content een scheiding van het 16s DNA uit verschillende micro-organismen plaatsvinden (homogeen) sequencing mogelijk. b)Door cloning en overenten kan ook een scheiding gemaakt worden tussen de 16S DNAmoleculen uit de verschillende bacterien waarna ok sequencing kan plaatsvinden. (omdat je sequenties van te voren bepaald staat het aantal keuzes voor variatie tijdens incubatie vast.) A.d.h.v. Blast of ARB-database kan worden vastgesteld uit welk organisme het afkomstig is Dan kan er een specifieke fluorescent gelabelde probe voor dat micro-organisme worden besteld. (mensen die een goede probe ontworpen hebben geef je voor de in situ een goedd
20
probe, mensen die een verkeerde probegemaakt hebben geef je ook een verkeerde zoals een algemene eubacteriele probe.) Met die probe kan FISH worden uitgevoerd localisatie van microorganisme in oorspronkelijke sample Isolatie /selectie van specifieke micro-organisme vraag uit bedrijfsleven is opgelost.
1)
2)
3)
4)
5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) 12) 13) 14)
BENODIGDHEDEN: Monsters halen….hoe? Vervoer met bus naar locatie Apparatuur om op locatie pH, bodemtemperatuur, vochtigheidsgraad, O2-aanwezigheid e.d. te meten Flesjes om monsters in te vervoeren Kweken: Selectief medium Juiste pH, zuurstof concentratie, temp, schudden enz. Analyse metabolisme (substraat/product meten) GC HPLC ? Substraat labelling: Oorspronkelijk ongelabeled substraat moet weg uit medium (bijv. flushen met gas) Gelabeld substraat moet toegevoegd worden DNA extractie Ultracentrifuge (met buisjes) + TE + EDTA + ethidiumbromide + CsCl Transilluminator (260 nm) Spuit en naald Massaspectrofotometer met alle benodigdheden evt. PCR met 16S rRNA primers Sequenties van microorganismen die er mogelijk in voorkomen en die daar ook substraat ingebouwd hebben. Voldoende computers om mensen een middag te laten stoeien ( TK reserveren) Probes die besteld moeten worden….duur? FISH met alle benodigdheden
Onderdeel B: ophopingsreactie Zoeken naar een bacterie met een specifiek metabolisme in een monster m.b.v. ophopingsculture in reactor en deze aantonen met FISH OPZET : BENODIGDHEDEN: 1) Monsters halen….hoe? Vervoer met bus naar locatie Apparatuur om op locatie pH, bodemtemperatuur, vochtigheidsgraad, O2-aanwezigheid e.d. te meten Flesjes om monsters in te vervoeren 2) Reactor 3) Apparatuur om verschillende parameters te meten GC Electrodes 4) 5) FISH met alle benodigdheden
21
Beoordeling: Er moeten verschillende beoordelingsmomenten zijn. Hierbij moet zowel het praktische als het theoretische gedeelte aanbod komen. Bovendien moet er rekening mee gehouden worden dat er ook een individuele beoordeling is naast het groepswerk. a) Begin: b) c) d) e)
proposal presentatie Mini-verslagjes van de groepsgesprekken met daarin aangegeven de taakverdeling. Inzet bij praticum (deelname excursie) Eind: poster presentatie verslag Eventueel een individueel eindgesprek
22
Samenvatting literatuur 1. Verslag van de bevindingen van de tekentafelcommissie tbv. Advisering door de opleidingscommissie aan het bestuurlijk overleg van de subfaculteit biologie: Onderwijsconcept: leren leren, gerichte zelfstudie inplannen vaardigheden bruikbaar buiten vakgebied competente academische vorming naast kennisoverdracht ICT: Voordelen: bevordering samenwerkend leren. Transparantie Anoniem makkelijk toegankelijk voor studenten. Probleem gestuurd onderwijs??
2. Aansluiting VWO-WO (tweede fase/studiehuis): a) ”Ze komen eraan! En wat nu?” IOWO analyseert mening instromers over: zelfstandig aanpakken studietaken inhoud van de vakken (vereiste kennis en inzicht) plannen studietaken communicatieve vaardigheden (verslagen schrijven, mondeling presenteren, samenwerken) ICT- of computervaardigheden Basale onderzoeksvaardigheden Monitoren opleiding door onderwijsdirecteur ( onderwijscoördinatoren, OC, studieadviseur). c) Een nieuw type student? (Henk Zijlstra) Begin situatie student is anders. Ze kunnen het volgende beter dan “oude” instroom: Ruimer georiënteerd Gewend met planners te werken Dor profielen wordt meer gezocht naar samenhang met andere “vakken” Brede algemene basis voor iedereen Zelfstandig werken Kennis van onderzoeksvaardigheden Kennis van presenteren 3. Probleemanalyse & advies inzake het opstellen van een plan voor invoering van een “digitale propedeuse” Biologie- Medische biologie- Milieukunde- Moleculaire levenswetenschappen. Hoe verwerking van clustering differentiatie? In de opzet voor de nieuwe propedeuse wordt gestreefd naar meer competentiegericht onderwijs t.o.v. kennisgericht onderwijs. Dus studenten moeten actief zoeken naar informatie en toe te passen op een probleem. Om dit te bewerkstelligen moet er op de lerende student afgestemde begeleiding gegeven worden. Mercatorproject: studenten kunnen zelfstandiger, onafhankelijker, aan de slag en hebben betere terugkoppeling/reflectie positief voor een meer competentiegerichte aanpak. Planning: Koppelen mercator-Blackboard intensievere en individuelere begeleiding. Invulling: informatie verzamelen op WWW, exploreren van casussen, opzetten van (virtuele experimenten). Verwachting: betere communicatie tussen studenten en tussen docent en student.
4. Strategie onderwijs innovatie FNWI Vragen op universitair niveau: Samenhang programma
23
Ordeningsprincipes curriculumontwikkeling Samenwerking docenten Welke werkvormen leveren het gewenste actieve studentgedrag op? Flexibiliteit Beroepsrollen docent: expert/onderzoeker, begeleider, ontwikkelaar, teamlid. Meerwaarde van het werken in groepen boven zelfstudie. (Leidt tot betekenisgericht c.q. toepassingsgericht leren) Academische denk en werkniveau: analytisch vermogen, deduceren, en synthetiseren andere combinaties,” nieuwe” kennis en informatie (tegenover sec reproductie)
5. Project Life Science & Technology
6. Het biologieprogramma in de 21e eeuw (Boersma, universiteit Utrecht) Middelbare school: Plannen: Voornamelijk memoriseren: werkt niet, leerling ziet nut van vak niet in. Geleide herontdekking van in de biologie geaccepteerde ideeën, vaardigheden en waarden: motivatie en plaatsen in bredere context. Duidelijk maken van maatschappelijke betekenis. Ontwikkelen van generatieve biologische kennis. Huidige situatie: hoge specificiteit, overladen, onsamenhangend door losse behandeling van verschillende organisatieniveaus misconcepties Competenties: algemeen vormend t.o.v. doorstromend Vorm-functie denken, systeemdenken, evolutionair denken. Empirische begrippen t.o.v. systeembegrippen Inductie van empirische kennis. Objectgerichte en contextgerichte benadering.
7. Keuzegids Hoger onderwijs Studenten enquête 2001 biologie Studenten vinden dat ze weinig zelf met de stof aan het werk kunnen. Nijmegen heeft relatief moeilijke studeerbaarheid.
8. Nitrogen cycle
24
9. Temperature Gradient Gel Electrophoresis (TGGE) TGGE is a universal detection system designed especially for rapid mutation analysis. Mutation screening methods such as SSCP, heteroduplex analysis, DGGE (chemical gradient) or TTGE can be performed with the TGGE-System. Additonally many other applications are possible such as bacterial genotyping, tumor clonality assay and conformational analysis of proteins or viral RNA. The basic idea of TGGE is, to use heat as a source of energy to render the hydrogen bonds thermodynamically unstable. DNA or RNA fragments with point mutations will show a different melting behavior and thus different conformation compared to wild type DNA. By applying a temperature gradient during the electrophoretic separation of DNA and RNA, fragments of identical length but different sequence can be separated. The melting profile of a given DNA stretch can be calculated with a computer program like "Poland". This possibility to simulate a TGGE experiment in the "dry lab" helps to identify virtually 100% of all possible mutations. TGGE allows differentiating alleles by their different melting behaviour. A typical application is a heteroduplex analysis. The DNA of a putative heteroallelic sample which contains both, wild type AA and mutant aa is amplified by means of PCR. An additional denaturation and rehybridization step leads to four different kinds of DNA duplices. Besides the homoduplices AA and aa, two heteroduplices Aa and aA are formed. Both of these heteroduplices contain a mismatched base pair, which lowers the Tm of these DNA strands. When these samples are separated in a parallel TGGE, i.e. the temperature gradient is applied in the running direction, up to four different bands can be visualized. In contrast, the wild type or a homoallelic mutation will result in only one single band. The ideal temperature gradient can be optimized by means of perpendicular TGGE, i.e. the temperature gradient is applied perpendicular to the running direction. For this approach, one single sample is applied to a slot spanning the total temperature gradient. The resulting curved band shows simultaneously all conformations of the DNA strand (see pic.). A sample containing homo- and heteroduplices will result in four different transitions from double stranded to single stranded DNA. The Tm values can be estimated and used to identify the ideal temperature range.
10. Molecular ecological analysis of methanogens and methanotrophs in blanket bog peat. I.R. McDonald et. Al, Microbial ecology (1999) vol. 38 225-233, Gebruik van 16S rRNA specifieke primers en gen specifieke primers voor PCR en sequencing om verschillende methanotrophe bacteriën verschillende diepte lagen in een meer aan te tonen.
11. Bacterial diversity and community composition in the chemocline of the meromictic alpine lake cadagno as revealed by 16S rDNA analysis. P. P. Bosshard et. Al, FEMS microbiology ecology. Geeft verschil tussen technieken Fluorescent in situ hybridization, temporal temperature gradient gel electrophoreses and cloning and swquencing weer voor characterization of naturally occurring organisms aan de hand van 16S rDNA.
25
12. Paraformaldehyde fixation protocol 13. In situ hybridization protocol
14. Sulfate reducing bacteria Why does stagnant water smell? Why do pipelines in natural gas fields corrode so quickly? Where did many of Canada's richest deposits of heavy metal ores come from? The answer to all of these questions is that sulfate)reducing bacteria were responsible. Most of the organisms that we meet in everyday life: plants, animals, ourselves, have in common that we require oxygen from the atmosphere. This oxygen is used to convert the fuel we use (that is, food) to carbon dioxide, and the oxygen is simultaneously changed to water. This is an energy)releasing process, and we make use of that energy to keep our bodies running. In just the same way a car is kept running by using the energy released when gasoline is converted, again with oxygen, into carbon dioxide. In both cases, the oxygen is termed an oxidizing agent, and as it does its oxidizing, it is changed (reduced, as it is called technically) to water. Oxygen is not the only oxidizing agent which biological organisms can make use of. There are organisms which convert nitrates to gaseous nitrogen, and some which change carbon dioxide into methane (natural gas). Finally, there are some organisms which use sulfate as their oxidizing agent, the sulfate being reduced in this process to sulfide. Although there are countless individual biological organisms which utilize the alternatives to atmospheric oxygen, they are less familiar to us in everyday life because they are all microorganisms. Some of them exist only in places where oxygen cannot penetrate, because they die upon exposure to air. Others, like the sulfate reducers are able to function in the presence of air. Oxygen does not kill them, but they tend to thrive better in its absence because there are no aerobic organisms in competition with them. Sulfate is a very common natural component of the Earth's environment. Gypsum, from which wallboard and plaster of Paris are made, is the natural rock calcium sulfate. Calcium sulfate is slightly soluble in water. Many rivers and lakes contain small quantities of sulfate as a result, and the oceans are quite abundant in sulfate. Consequently, there are plenty of ecological riches that can be explored by sulfate reducing bacteria. Chemically, sulfate consists of one sulfur atom surrounded by four oxygen atoms. Sulfate)reducing bacteria strip away the four oxygen atoms leaving the sulfur atom in a form known chemically as sulfide. The four oxygen atoms are used to change carbon containing "foods" or "fuels" into carbon dioxide. Rarely, the oxygen atoms may be used to convert hydrogen into water. Sulfur in the form of sulfide will always be associated either with metals or with hydrogen. In the case of metals, these are most commonly iron, copper, nickel, zinc, and lead. These are the forms of some of the most valuable ores of these metals. It is likely, though not certain, that sulfate reducing bacteria may have been responsible for producing the sulfide needed to form these ore deposits. In some parts of the world, sulfur occurs in the elemental form, a yellow powder. Texas and Louisiana have the world's largest known deposits beneath their surfaces. Almost certainly these deposits were formed when marien waters dried up; sulfate in the seawater was reduced to sulfide by sulfate)reducing bacteria, and the resulting sulfide was then partly oxidized to elemental sulfur, perhaps by other bacteria. If the waters in which the sulfate)reducers lacks suitable metals, or if it is at all acidic, the sulfide will associate itself with hydrogen, yielding hydrogen sulfide. This substance has the characteristic and very disagreeable odour of rotten eggs. This odour tends to be noticed either if water is stagnant, and the air is not mixing into it rapidly, or if the water contains so much organic matter *for example, sewage ) that all the oxygen gets used up. Under these conditions, the aerobic organisms have little oxygen for respiration; they compete poorly, and the sulfate reducers take over. Because hydrogen sulfide is very poisonous to most other organisms, the sulfate reducers compete even better. The canal cities of Venice, and Bruges in Belgium, are notorious for the stink of their beautiful canals in the summertime. The canals are slow)moving, rather stagnant, and get a great deal of sewage dumped in them: ideal conditions for the sulfate reducers.
26
Finally, what about those corroded pipes? Natural gas always contains sulfur compounds, and sulfate reducing bacteria abound in the water around the pipes in these fields. Iron and steel pipes tend to carry a tightly held film of hydrogen on their surfaces. The sulfate reducers pick this off, use it as fuel, and leave the pipes susceptible to accelerated rates of corrosion.
15. Stand van zaken tav differentiatiefase onderwijs ecologie (stuk 7.2a OC november 2001) De ecologie stof van biologie wordt verdeeld over 4 vakken. Daarnaast komt nog de cursus microbiële ecologie. Er is een plan opgesteld om te zorgen dat er weinig overlap van stof plaatsvindt en toch iedereen de vakken kan volgen. Als opzet voor die vier vakken klaar is wordt er ook afgestemd met de cursus microbiële ecologie. 16. Evaluatierapport cursus biotechnologie van plant en microorganismen Wederzijdse ontevredenheid tussen student en docent. Onaangekondigd veel practicumstof in het tentamen. 17.Phylogenetic Stains: Ribosomal RNA- based probesfor the identification of single cells. Een van de eerste artikelen over FISH techniek 18. Microbiële ecologie aan de RUG L.A. Huisman heeft alle informatie van een soortgelijke cursus aan de universiteit van Groningen doorgestuurd. Het blijkt daar meer de vorm te hebben van een researchpracticum. Dit is een leerzame en goede opzet maar voor ons niet haalbaar omdat er misschien wel 30 studenten deelnemen aan de cursus. 13
19. C incorporation intoDNA as a means of identifying the active components of ammoniaoxidizer populations In dit artikel wordt de techniek beschreven die we in blok A willen behandelen bij het praktikum namelijk het onderscheid kunnen maken tussen bacteriën met een bepaald metabolisme (t.o.v. van de rest van de aanwezige micro-organismen) door analyse van het inbouwen van een gelabeld substraat door DNA isolatie en cesium chloride gradiënt scheiding. 20. The anammox case - a new experimental manifesto for mcrobiological eco-physiology.
21. Volkskrant van 24-06-2000 Door René Didde In de Mariapeel probeert Staatsbosbeheer de hoogveenvorming weer op gang te krijgen. De eerste aanzetten lijken hoopgevend de driftillen komen al boven water. Maar de wetenschappelijk begeleiders twijfelen nog. Misschien is natte heide wel het hoogst haalbare. Kijk Toch Eens' wijst Flip Bossenbroek enthousiast. Na een lange wandeling door een zompige Mariapeel houdt de ecoloog en hoogveendeskundige van Staatsbosbeheer halt bij een diepe turfafgraving die een paar jaar geleden onder water is gezet. In de felle zon dobberen een serie groene eilandjes op het open water. 'Ze zijn nog meer gegroeid dan ik had gedacht', zegt Bossenbroek haast liefkozend. Zijn geestdrift geldt de eerste afzettingen van waterveenmos, dat samengeklonterd drijvende eilandjes vormt. Veel sneller dan gedacht steekt het waterveenmos de kop op in dit verdronken landschap. De kleine plantjes, die zich helemaal volzuigen met water, worden gezien als een teken dat herstel van hoogveenvegetatie mogelijk is. Want daar is het Staatsbosbeheer, samen met andere natuurorganisaties en waterschappen, om te doen in dit grootschalige vernattingsproject in de Mariapeel, op de grens tussen Limburg en NoordBrabant.
27
De drijvende eilandjes zijn zogeheten drijftillen, onder water gevormde veenmospakketten die als één geheel loslaten van de zwarte ondergrond, oprijzen en gaan drijven. 'Het 'drijfgas' voor dit transport bestaat, naast koolzuurgas, vooral uit methaan, dat vrijkomt in de waterbodem door rottend blad en riet.' Nu nog zijn het solitaire eilandjes, waarop, getuige de pluisjes, een enkele vogel zich voorzichtig waagt. Veel drijftillen zijn gekoloniseerd door een dominant gras: pijpestrooije. 'Die soort hebben we liever niet', zegt Bossenbroek, 'maar gezien de vele voedingsstoffen in het water hebben we er toch mee te maken.' Uiteindelijk moeten de drijvende plakkaten samengroeien tot dikke lagen veenmos die het water aan het zicht onttrekken. Het is bedoeling dat zich op dit veenmostapijt vervolgens andere veenmossen afzetten, die karakteristieke veenbulten vormen. Het is niet zeker of dit ook gebeurt. 'Hoogveen is een complex systeem, waar we niet veel van weten', zegt Bossenbroek. 'Als alles echter optimaal verloopt, gedijen bier straks planten als het karakteristieke eenarig wollegras, keren snavelzegge en zomprus terug en kunnen we veenpluis aanschouwen.' Bossenbroek hoopt nog voor zijn pensioen -'dat is in 2012'- het bultvormige veen te zien. Ook soorten als ronde zonnedauw, veenbes en lavendelhei zijn welkom, maar tegen die tijd zijn zelfs Bossenbroeks kinderen met pensioen. 'Mooi zou zijn als ook de veenbesparelmoervlinder en het veenhooibeestje komen rondfladderen, de grauwe klauwier zich nestelt en in de overgang tussen moerasbos en hoogveen blauwborst, roodborsttapuit en ook gladde slangen zich vestigen', zegt Bossenbroek, terwijl hij door zijn verrekijker tuurt naar een boomvalk die op de jke libellen jaagt. De hoogveenregeneratie wordt intensief gevolgd door de afdeling Aquatische Oecologie en Milieubiologie van de Katholieke Universiteit Nijmegen, die zuurgraad, voedingsstoffen- en methaangehalte nauwlettend in de peiling houden. Eén drijftil is doorboord met een eenzaam buisje, dat regelmatig wordt afgetapt. Het waterveenmos zet zich niet alleen af op de drijftillen. Het ontstaat ook op de vete pollen van pitrus en pijpenstrootje in de ondiepe, kleinschaliger geëxploiteerde delen. 'Dat waren de turfontginningen van boertjes die precies in één dag een kuil met turf konden afgraven', zegt Bossenbroek bij een serie grillige gaten. 'Aan het eind van de dag stonden ze hier tot hun middel in het water. Ze worden daarom eendagsputten of boerenturfkuilen genoemd, en ook daar zie je nu al waterveenmos.' Met een paraplu vist hij een vuist vol veermos uit de plomp. Het zachte spul laat zich uitwringen als een spons. Op meer plaatsen in Nederland trachten ecologen het fragiele hoogveensysteem van weleer terug te krijgen. Duizenden jaren geleden bestond driekwart van Nederland uit hoogveen. Plantjes die afstierven, zakten van de onderkant van het sponzige agglomeraat naar beneden. Hun slecht verteerde resten werden op de bodem in elkaar gedrukt, en zo ontstond veen. Gedroogd als turf vormde dit de belangrijkste verwarmingsbron tot 1900. In de Mariapeel zijn de natuurbeschermers nog maar kort (begin 1998) aan de slag met het herstel. Ook aan de Brabantse zijde van de Helenavaart gelegen Deurnese Peel zijn ze bezig, net als in de bekende Grote Peel. Bekende pioniersgebieden zijn ook het Fochteloërveen in Friesland en de Engbertsdijksvenen in Overijssel. In Twente wordt al twintig jaar gewerkt aan herstel in het Haaksbergerveen, en in Drenthe aan het Bargerveen. 'Hier vlakbij, in de Deurnese Peel, bestaan nog enkele tientallen vierkante meters hoogveen', zegt Bossenbroek. Het is een van de laatste postzegels gaaf hoogveen in Nederland. De kaalslag in de Peel is het gevolg van de grootschalige turfwinning die plaatsvond onder aanvoering van de familie Van der Griendt. Aan die tijd herinnert nog Griendtsveen, een stille enclave met een aantal fraai gerestaureerde arbeiders- en opzichterswoningen. Het dorp ligt aan de rand van het cultuurlandschap vol karakteristieke turfgaten, afvoerslootjes en vaarten die hier 'wijken' heten. 'Na de turfwinning vestigden zich hier tuinbouwers, aspergetelers en melkveehouders', zegt Bossenbroek. Door de wateronttrekking van de landbouw is het resterende veenpakket flink
28
verdroogd en door bemesting verzuurd en vermest waarbij het kwetsbare hoogveen verschrompelde en het onderliggende veen inklonk en verschroeide. Op de grens van natuurgebied Mariapeel is dat goed te zien. Door de actuele vernatting zakt de bioloog aan de ene kant van het pad weg in de blubber, maar aan gene zijde heeft de aspergeboer behoefte aan droge voeten. in de broeierige zon steken landarbeiders de laatste asperges uit de grond. 'Deze boeren aan de rand van het gebied, en vooral een stuk of twintig van hun collega's op een areaal van 350 hectare in een voor de natuur cruciaal middengebied, proberen we uit te kopen. Degenen die blijven, moeten we ervan overtuigen landbouwactiviteiten als de aspergeteelt wat verder van het reservaat voort te zetten. Rondom het hoogveenreservaat zie ik liever drassige weiden, waar desnoods nog wat koeien rondlopen.' Om hoogveen van enig formaat terug te krijgen in de Peel moeten de natuurbeschermers flinke hydrologische toeren uithalen. In de Mariapeel, die 1000 hectare beslaat, is 750 hectare vernat en deels onder water gezet. 'Ik zou zeer tevreden zijn als dat 75 hectare hoogveen zou opleveren', zegt Bossenbroek, terwijl hij door het drassige landschap van pol naar pol springt. Voorlopig is het nat genoeg. Zover het oog reikt, staat verdronken bos. Grote hoeveelheden berken, een aantal dennetjes en eikenbosjes verdragen de hoge grondwaterstand niet, en leggen het loodje. Na een uur of wat bekruipt de wandelaar het unheimische gevoel in een film van Tarkovsky terecht te zijn gekomen, of toch minstens te zijn beland in de bekende ontsnappingsscene van Down by law van Jim Jarmush, waarin het trio ontsnapte gevangenen een uitweg zoekt in een spookachtige waterlandschap. In de Peel is de ruigte en de wildernis van hoogveen het uiteindelijke doel, maar daarvoor dienen de natuurontwikkelaars de waterstand met een pijnlijke precisie te regisseren. Bewust wordt in dit sawalandschap gespeeld met hoogteverschillen. 'De verzopen bomen zijn de prijs, die we moeten betalen', zegt Bossenbroek. Niet iedereen in de omgeving - en niet alleen de boeren - is daarvan overtuigd, zo blijkt. 'Ik vind deze ruigte wel mooi, maar het moet niet te ver gaan', zegt een van de vier fietsers die zich op een onverhard fietspad van Griendtsveen naar Helenaveen worstelen. Ze houden halt bij een weide, waar vroeger tuinbonen werden gekweekt, maar waar nu het water in kreekachtige geulen klotst. 'De Mariapeel en de Deurnese Peel vormen samen een badkuip', zegt Bossenbroek tegen de fietsers. Oostelijk en zuidelijk is dat bad door waterscheidingen op natuurlijke wijze afgedicht, en westelijk vormt de Peelrandbreuk een ondoordringbare barrière. Ook de bodem van het bad is redelijk intact door een dikke veen- en leemlaag.' Bossenbroeks toehoorders knikken. Aan de noordzijde van de Mariapeel stroomt water weg, maar met stuwen en waterbouwkundige ingrepen houdt het waterschap het water in de kuip. Verzetten de boeren in het middengebied zich met hand en tand tegen de veenvorming, aan de oostzijde werken de boeren mee. 'Dat komt mede doordat ze vanwege de verdroging in de zomer ook behoefte hebben aan een hoger waterpeil. 'Waterschap Peel en Maasvallei heeft een soort damwanden van zand aangebracht, waar zich stilaan allerlei organisch materiaal tegen afzet, die de gaatjes in de vergiet dicht. 'Jullie moeten niet alles onder water zetten', vinden de fietsers na Bossenbroeks hoorcollege. 'De turfwinning behoort ook tot de geschiedenis van de streek, en bovendien trekt al dat water maar muggen aan.' Geduldig legt Bossenbroek uit, dat vooral rond Griendtsveen, de turfgaten en wijken zichtbaar zullen blijven. We willen zowel hoogveen terugkrijgen als het cultuurlandschap behouden, terwijl aan de randen nog ruimte resteert voor boeren.'
Contacten Contactpersoon microbiële ecologie RUG:
29
L.A. Huisman Kerklaan 30 9751 NN Haren 050-3632165 e-mai: L.a.huisman2biol.rug.nl
Kan cloning zomaar bij een practicum? Arbo en milieudienst Dhr. F. Heessen Kamernr. 157b M509 Tel: 19660 / *811940
[email protected] Cursuscoordinator fysiologie van plant en microorganismen: gedeelte plantkunde dr. M.M.A. van Herpen Toernooiveld 1 U109 024-3652757
[email protected] Faculteit der Natuurwetenschappen, Wiskunde en Informatica Experimentele Plantkunde
Things to do: Rinus van Herpen mailen over mercator, cursus fysiologie van microorganismen gedaan, wachten op reactie Later: met Hans de Kroon overleggen over afstemming met zijn cursus(sen) doet MArc Afspraak maken met iemand van het IOWO doet marc
30
