DNA-lab dag 2019

Workshop: In ons DNA is heel veel informatie opgeslagen. Tegenwoordig kunnen we door het DNA te sequencen deze informatie aflezen. Met de komst van de commerciële DNA testen is al deze informatie ook nog eens binnen handbereik gekomen.

Met het nieuwe lesmateriaal van Stichting LeveDNA! leren leerlingen welke informatie in de DNA-kluis opgeslagen ligt, maar ook hoe die DNA-informatie zich verhoudt tot eigenschappen van mensen. In dit project leren leerlingen niet alleen de DNA-kluis te openen en de informatie in die kluis te begrijpen, maar ook of ze hun eigen DNA-kluis zouden willen openen.

Tijdens deze workshop maakt u kennis met het lesmateriaal en gaat u daarnaast ook DNA onderzoeken in 3D.

Workshop: In deze workshop willen we de nieuwe leskist onder de aandacht brengen. De leskist Proef je PTC? is ontwikkeld door de Reizende DNA-labs en ABE Nederland. Docenten kunnen naast het bijgeleverde lesmateriaal als de practicumbenodigdheden zelf de les in de klas uitvoeren. Leerlingen leren dat het vermogen om de smaak bitter te proeven genetisch bepaald is. Het gen TAS2R38 codeert voor een smaakreceptor die de organische bittere verbinding PTC (Phenylthiocarbamide) detecteert. Door een polymorfisme van dit gen bestaan er tussen mensen verschillen in het vermogen bitter te proeven. Mensen met twee kopieën van het proever gen zijn meestal superproevers, mensen met één proever gen en één niet-proever gen zijn normale proevers, en mensen met twee niet-proever genen zijn niet-proever. Leerlingen proberen in de les zelf uit te vinden wat voor soort proever ze zijn. Enerzijds door hun eigen DNA te onderzoeken dmv PCR en gel-elektroforese, anderzijds door het doen van een smaaktest met PTC-papier. De resultaten van beide worden met elkaar vergeleken. In de workshop maak je alvast kennis met de smaaktest en voer je bepaalde onderdelen van het DNA-onderzoek uit.

Workshop (English): Polymerase chain reaction (PCR) is a standard protocol in molecular biology to amplify a gene by making billions of copies of a specific DNA sequence through successive rounds of DNA replication. PCR is an important technique that has multiple applications in medicine, forensics, and basic research. The purpose of the colony PCR lab in the Amgen Biotech Experience (ABE), is use the PCR to examine the DNA from the colonies produced in the laboratory of bacteria transformation with recombinant plasmid, and confirm that all the colonies that appear red or pink have been transformed with the plasmid pARA-R carrying the rfp gene for red fluorescent protein. The results from the gel electrophoresis of the PCR products will provide evidence that the transformed bacterial colonies carry the gene of interest.

Interactieve lezing: Eind november 2018 claimde de Chinese wetenschapper Dr. He Jiankui de eerste genetisch gemodificeerde (gg-)mensen te hebben gemaakt. De tweeling-meisjes zouden begin november geboren zijn en een modificatie in hun DNA hebben waarmee resistentie tegen HIV verkregen kan worden. Deze aankondiging heeft de internationale discussie over kiembaanmodificatie bij mensen in een stroomversnelling gebracht. Het nieuws is inmiddels bevestigd door de Chinese autoriteiten.

Met gene editing technieken zoals CRISPR-Cas kunnen sinds enkele jaren snel, eenvoudig en specifiek wijzigingen in het DNA worden aangebracht. Dit biedt ook mogelijkheden voor de ontwikkeling van kiembaanmodificatie, waarbij het DNA van mensen blijvend en in opeenvolgende generaties veranderd kan worden, bijvoorbeeld om erfelijke aandoeningen te voorkomen. Kiembaanmodificatie bij mensen is in de meeste landen, waaronder Nederland, bij wet verboden en roept zowel technische, juridische als ethische vragen op.

De Commissie Genetische Modificatie (COGEM) adviseert de Nederlandse overheid over mogelijke risico’s van genetisch gemodificeerde organismen (ggo’s) voor mens en milieu. Daarnaast informeert zij de betrokken ministers over ethisch maatschappelijke aspecten verbonden aan genetische modificatie.

In deze interactieve lezing gaat Ruth Mampuys (wetenschappelijk secretaris van de subcommissie Ethiek en Maatschappelijke Aspecten bij de COGEM) in op de recente wetenschappelijke ontwikkelingen rondom kiembaanmodificatie en de juridische en ethische vragen die hierbij spelen. Samen met de deelnemers / aanwezigen zal vanuit verschillende perspectieven (wetenschap, wensouder, burger) worden verkend welke vragen spelen rondom kiembaanmodificatie.

Een gecombineerde lezing (Engels) van onze ABE collega’s uit Duitsland, Ierland en Frankrijk.  Dr. Patricia Schöppner van ABE Duitsland presenteert een nieuwe nascholing die daar binnenkort wordt gegeven over lactose intolerantie. Alain Bessis van ABE Frankrijk verteld over het ABE practicum dat daar gegeven worden. Elaine Quinn van ABE Ireland vertelt over ‘Genetic Testing & Prediction of Disease’. Zij gebruiken materiaal van miniPCR, net zoals onze nieuwe leskist. Met deze presentaties krijgt u nog meer inzicht wat u zelf met de leskist kunt doen.

Lactose intolerance – Combining DNA-Analytics with Industrial Techniques – Dr. Patricia Schöppner, ABE Germany

Approximately 70% of world’s population suffer from the inability to digest the milk sugar lactose during adulthood (Höffeler, 20091). In 2002 a single nucleotide polymorphism (SNP) was found that highly correlates with the ability to digest lactose in European populations (Enattah et al., 20022). The SNP is located within a regulatory element that influences the expression of Lactase-phlorizin-hydrolase (LPH) and enables people carrying the SNP to continue LPH expression during adulthood (Liebert et al., 20163).

Consumption of milk has many nutritional benefits, e.g. calcium intake, that cannot be easily replaced by alternative products like soymilk. Furthermore, these alternatives can be critical due to allergens (Obermayer-Pietsch et al., 20074). One possible solution against these negative effects is the production of lactose free milk products. Currently a broad range of these products is already available in our supermarkets. How does the food industry fabricate such lactose free milk products, in which normally very expensive enzymes are used during the manufacturing process?

In the first part of the teacher training, biology teachers get the opportunity to identify their own genetically predisposition for lactose intolerance. Initially the teachers extract their own DNA followed by PCR. To distinguish between lactose intolerance and –tolerance the amplified PCR construct is digested via a restriction enzyme and analyzed further by agarose gel electrophoresis. In all steps, the Germany ABE side uses the common ABE Equipment for the classrooms.

Secondly, teachers learn about the standardized manufacturing process of lactose free milk products. For reutilization of high-priced biomolecules, the essential step in food industry is to co-immobilize enzymes in diverse polymer matrices. With self-prepared immobilized lactase within a polymer matrix (Scherr & Werel, 20065) the teachers can reproduce industrial production of lactose free milk products. To promote practicability in biology lessons all experiments were adapted to micro scale.

ABE France is led by the Department of Biology at L’Ecole Normale Supérieure.

As part of the adaptation and implementation of the ABE program in France, professors of biology and biotechnology will attend ABE trainings in DNA manipulation and protein purification experiments at the ENS. They will then borrow the materials and reagents to train the students in their high schools. Through the ABE program, students will use modern biotechnology techniques and tools through genuine experiments, carried out daily in laboratories. They will understand their nature and potentialities, but also, they will discover the pleasure of manipulating, understand that these up-to-date techniques are accessible, and hopefully they may eventually pursue careers in the sciences.

This interdisciplinary student lab demonstrates that state of the art science can be brought to every classroom.

ABE Ireland – ‘Genetic Testing & Prediction of Disease’

‘Its is not the strongest of the species that survives, nor the most intelligent that survives. It is the one that is most adaptable to change’ – Charles Darwin.

The biological landscape of 2050 will be different to that which we know. Through advancements in genetics and medical technologies, we know more about the human body than ever before in our history. This enables us to make smarter choices to improve our quality of life. But with enhanced knowledge comes responsibility. There has never been a greater call for our species to exercise wisdom regarding what we can know about our own bodies. In this workshop, we look at the genetic and societal knowledge challenges presented in an age of genetic and medical advancement.
In this workshop, we look at genetic and societal knowledge challenges presented in an age of genetic and medical advancement.

Workshop (Nederlands): De deelnemers duiken in de wereld van de Delft School of Microbiology en bekijken een aantal technieken die in Delft zijn ontwikkeld en/of worden ingezet voor het onderzoek naar micro-organismen. Door gebruik te maken van lichtgevende bacteriën, bewijzen de deelnemers het ontstaan van zuurstof tijdens de fotosynthese. Daarnaast worden er monsters uit de Biovergister genomen en geanalyseerd.

Workshop: In deze workshop gaan we aan de slag met een aantal zogenoemde uitbeeldpractica: werkvormen waarbij leerlingen met tastbaar materiaal zélf biologische structuren en processen uitbeelden. We gaan DNA stempelen en we onderzoeken de werking van het enzym DNA-methyltransferase. Het uitbeelden is natuurlijk geen doel op zich; het gaat erom dat dergelijke werkvormen tot krachtige leerervaringen kunnen leiden. DNA stempelsets zijn hier verkrijgbaar.

iGEM is een jaarlijkse internationale competitie opgezet door Massachusetts Institute of Technology (MIT) waarbij getalenteerde studenten proberen om mondiale problemen op te lossen met synthetische biologie. Het afgelopen jaar heeft iGEM Leiden gewerkt aan nieuwe methoden tegen antibioticaresistentie en daarmee zijn ze ook in de prijzen gevallen, vindt hier het lesmateriaal. Ook dit jaar zal het nieuwe team een oplossing bieden aan een ander mondiaal vraagstuk: duurzame, sterke biomaterialen. Door middel van genetische modificatie zal het team eiwitten uit de ringen van inktvistentakels produceren in E. coli.

In deze workshop geven zij u een inkijkje in hun project, gaat u tekenen (kleuren) met bacteriën en zelf aan de slag met lesmateriaal rondom synthetische biologie.

Interactieve demonstratie: Richard van Groen BiotechEducatie presenteert zijn Bio-reactor voor het onderwijs. De reactor maakt het mogelijk om biotechnologisch onderzoek in de klas (biologie, scheikunde, natuurkunde, wiskunde en NLT) te halen. Aan de hand van een korte presentatie laat Richard zien hoe de reactor bij verschillende vakken kan worden ingezet om theoretische lesstof uitdagende en tastbaar te maken. Daarnaast worden enkele andere biotechnologische technieken gedemonstreerd en kunnen de deelnemers het beschikbare lesmateriaal inzien.

Workshop: Nieuwe methoden van DNA-onderzoek vullen databanken met enorme hoeveelheden gegevens. Met handige software wordt daarin gezocht naar verbanden tussen genen en eigenschappen, of wordt de structuur van een eiwit voorspeld. De data en software die wetenschappers gebruiken staan openbaar op internet. Daarvan kan tijdens de les handig gebruik worden gemaakt!

Tijdens de workshop maakt u kennis met NaviGene. NaviGene helpt u om de weg vinden door de grote bioinformatica-brij aan informatie, software en databanken. Zo kunt u zelf opdrachten maken over DNA en eiwitten. En ervaart u zelf hoe leerlingen in contact kunnen komen met deze kant van de biologie.

Lezing: In de laatste jaren zijn zogenoemde ‘biohackers’ herhaaldelijk in de (internationale) nieuwsmedia verschenen. Aanleiding hiervoor was een handvol individuen die publiekelijk ‘doe-het-zelf gentherapie’ hebben verricht, gepaard met recente ontwikkelingen in de gentechnologie. Deze evenementen hebben ook aandacht getrokken naar het geassocieerde fenomeen ‘do-het-zelf biologie’ (DIYbio). Naar aanleiding hiervan heeft de Comissie Genetische Modificatie (COGEM) mij verzocht om (als stageopdracht) dit fenomeen beter in kaart te brengen. Deze presentatie gaat over wat DIYbio nu eigenlijk is, hoe dit fenomeen zich in Nederland heeft ontwikkeld, potentiële valkuilen en potenties van deze ontwikkeling en ten slotte de beleidsimplicaties van deze onderzoeksresulaten.

Workshop: 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 gratis Doe-het-zelf variant van dit lab komt er een student naar de school om met uw hulp het practicum te geven.

In deze workshop leggen we u uit wat er van u verwacht wordt bij de Doe-het-Zelf variant van het practicum. Daarnaast maakt u kennis met dit DNA-lab en de bijbehorende inleidende en afsluitende lessen. Ook doorloopt u zelf (delen van) de basis en expert variant van dit DNA-lab.

Workshop: Wat heeft biobrandstof met DNA te maken? De link zit in de omzetting van plantaardige suikers door gist, een micro-organisme dat suiker consumeert en ethanol produceert. Gist doet dit van nature al, maar om biobrandstoffen betaalbaar te maken moet de opbrengst worden verhoogt. Om dit voor elkaar te krijgen kunnen we de erfelijke eigenschappen van gist veranderen. Om te weten welke genen we precies moeten veranderen, moeten we op zoek naar de relatie tussen het DNA van de gist en de ethanolproductie. Tijdens dit practicum zal zelf bio-ethanol uit wc-papier gemaakt worden van enzymen en het micro-organisme gist. De effecten van enzymen op het totale productieproces en hoe snel de cellen ethanol produceren worden bekeken.

Deze workshop is bedoeld voor docenten en TOA’s die nog niet bekend zijn met dit DNA-lab.

Workshop: 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 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 gel-elektroforese 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.

Deze workshop is bedoeld voor docenten en TOA’s die nog niet bekend zijn met dit DNA-lab.

Workshop: Een wetenschappelijk en praktische benadering van de thema’s erfelijkheid, DNA en eiwitten

Voor het goed uitoefenen van zijn werk moet een eiwit zich op een specifieke wijze opvouwen. Mutaties kunnen dit vouwproces verstoren, waardoor verkeerd gevouwen eiwitten ontstaan met ziektes als diabetes, cystische fibrose (taaislijmziekte) of de ziekte van Alzheimer als gevolg.

U gaat in dit DNA-lab op zoek naar de moleculaire oorzaak van enkele eiwitvouwingsziekten. U krijgt een voorproefje van hoe leerlingen kennis kunnen maken met technieken om “gezonde” en “zieke” eiwitten in cellen op te sporen. U gaat zelf eenvoudige technieken toepassen die belangrijk zijn voor het bepalen van eiwitstructuren (vergelijkbaar met röntgendiffractie) en doet een proef die aantoont dat verstoring van de eiwitstructuur leidt tot het verlies van de activiteit van het eiwit.

Deze workshop is bedoeld voor docenten en TOA’s die nog niet bekend zijn met dit DNA-lab.

Workshop: Een practicum over DNA onderzoek voor de behandeling van kanker. 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 meest optimale 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. Wat is de beste optie, chirurgie, chemotherapie of bestraling? Of is er misschien een behandeling op maat beschikbaar?

Deze workshop is bedoeld voor docenten en TOA’s die nog niet bekend zijn met dit DNA-lab.