Auteur VO-content Laatst gewijzigd 02 August 2016 Licentie CC Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland licentie Webadres http://maken.wikiwijs.nl/63291 Dit lesmateriaal is gemaakt met Wikiwijs Maken van Kennisnet. Wikiwijs Maken is een onderdeel van Wikiwijsleermiddelenplein, hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, vergelijkt, maakt en deelt.
Inhoudsopgave DNA technologie Intro Vooraf Eindproduct-Beoordeling Doelen-Concepten Kennisbank Werkwijze Verwerking Stap1 Stap2 Stap3 Stap4 Stap5 Stap6 Antwoorden Verwerking Over dit lesmateriaal Pagina 1
DNA technologie Intro Biotechnologie In de modules Eiwitten in orde en Van DNA naar eiwit heb je gezien hoe belangrijk eiwitten zijn voor een cel, en hoe de cel op ieder moment aangezet wordt de juiste eiwitten te produceren. Genen spelen daarbij een sleutelrol. Kunnen genen van de ene soort ook functioneren in cellen van een andere soort? Bekijk in de klas dit filmpje en bespreek daarna de vragen. a. In het filmpje wordt gezegd dat bacteriën iets leren. Wat vind je van dit woordgebruik? b. Beschrijf in woorden of in een tekening wat er in het filmpje wordt uitgelegd. Kun je alle genen zomaar uitwisselen? Tussen alle organismen? Kun je zo van een bacterie een klein eiwitfabriekje maken? Welke eiwitten zou je dan willen produceren? Wetenschappers die zich met deze vragen bezig houden noem je biotechnologen. Misschien heb jij ook wel ambities in die richting! Welke mogelijkheden zijn er dan? Hier zie je twee voorbeelden: Deze module gaat over de mogelijkheden en de grenzen van de biotechnologie. Je gebruikt daarin de kennis uit de twee vorige modules. Pagina 2
Vooraf Eindproduct-Beoordeling Eindproduct Je schrijft een betoog over een toepassing van de moderne biotechnologie. Je legt je onderwerp eerst voor aan de docent. Je overlegt met de docent aan welke voorwaarden het betoog moet voldoen. Mogelijk kun je het ook gebruiken voor het vak Nederlands. Beoordeling Overleg met de docent aan welke eisen het betoog moet voldoen en of je het ook kunt gebruiken voor het vak Nederlands. Doelen-Concepten Aan het eind van deze module Kun je: toelichten hoe in de biotechnologie gebruik gemaakt wordt van het metabolisme van micro- Pagina 3
organismen. uitleggen hoe door de mens gewenste genencombinaties verkregen worden door genetische modificatie. uitleggen waarom sommige groepen mensen liever spreken van genetische manipulatie. een mening vormen over de toepassingen van de biotechnologie. je mening verwerken in een betoog. Deelconcepten Aminozuur, primaire, secundaire, tertiaire en quaternaire structuur, proteïne, peptidebinding, enzymen, nucleïnezuren, helixstructuur, basenparing, nucleotide, enkelstrengs en dubbelstrengs DNA, chromosomen, nucleosomen, histonen, kerndna, mtdna, RNA, genetische code, primer, transcriptie, translatie, mrna, trna, rrna, cytoplasma, ribosoom, golgi-systeem, (ruw) endoplasmatisch reticulum, tripletcode, codon, anticodon, coderende streng, afleesrichting, template/matrijsstreng, DNA-polymerase, startcodon, stopcodon, plasmide, chromosoom, gen, DNA, RNA, eiwit, fenotype, genetische code, startcodon, stopcodon, transcriptiefactor, activator, RNApolymerase, splicing, introns, exons, nucleosomen, niet-coderend DNA, knock-out-gen, genoom, structuurgenen, regulatorgenen, recombinant DNA, proto-oncogenen, virus, irna, promotor, operator, repressor, suppressor, epigenetisch. Kennisbank KB: DNA KB: DNA vergelijken Werkwijze De module 'DNA en technologie' bestaat uit een groot aantal opdrachten. Op bijgaand werkplan kun je invullen welke opdrachten je gedaan hebt. Zo houd je goed overzicht. Download hier het Werkplan 'DNA en technologie'. Werkvorm Je werkt individueel of in tweetallen aan een aantal stappen. Bij deze stappen verzamel je informatie die je kunt gebruiken voor de laatste stap: het schrijven van een betoog. Leg de gevonden informatie dus goed vast. Vraag uitleg als bepaalde informatie niet duidelijk is. Pagina 4
Verwerking Stap1 Klassiek of modern? Homerus, dichter van de Ilias en Odyssee, beschreef meer dan zeven eeuwen voor Christus al een interessant biotechnologische waarneming: Als je een vijgentakje kneust en het gekneusde deel door melk roert dan vormt zich in de melk een vaste stof, waaruit een soort zachte kaas te maken is. Nu weten we dat uit het vijgentakje wat sap lekte met daarin het enzym ficine. Dit enzym laat het eiwit caseïne in de melk samenklonteren (stremmen). In de Romeinse tijd is opgetekend "dat melk moet worden gestremd met stremsel dat is verkregen van een lam of een jong geitje, alhoewel men hiervoor eveneens de bloem van de wilde distel of saffloerzaad kan gebruiken, alsook het sap van de vijgenboom, dat vrijkomt door een inkeping te maken in de nog groene schors". Blijkbaar is het recept om kaas te maken al heel oud. Ook onze kaasindustrie gebruikt enzymen. Opdracht 1 Biotechnologie a. Zoek uit hoe uit melk kaas gemaakt wordt. Noteer de achtereenvolgende stappen en schrijf erbij de tijdsduur van elke stap van het proces. Bron: www.food-info.net. b. Vanouds wordt dierlijk stremsel gebruikt. Pagina 5
Zoek uit wat daar precies in zit, welke alternatieven daarvoor zijn en de redenen waarom mensen alternatieven zouden willen gebruiken. c. d. e. f. g. h. De manier waarop Homerus de biotechnologie gebruikte is natuurlijk anders dan de manier waarop wij dat nu doen. Zoek uit wat verstaan wordt onder klassieke biotechnologie en moderne biotechnologie. Wat hoort bij klassieke biotechnologie? En wat bij moderne? Technieken waarbij organismen of delen van organismen gebruikt worden om producten voor de mens te maken. I. Klassieke biotechnologie. II. Moderne biotechnologie. III. Klassieke biotechnologie en moderne biotechnologie. Voor deze productie aanpassen van de eigenschappen van bacteriën, planten en dieren. I. Klassieke biotechnologie. II. Moderne biotechnologie. III. Klassieke biotechnologie en moderne biotechnologie. Welke tak van de biotechnologie wordt gebruikt voor het maken van wijn? I. Klassieke biotechnologie. II. Moderne biotechnologie. III. Klassieke biotechnologie en moderne biotechnologie. Welke tak van de biotechnologie wordt gebruikt voor het maken van wasmiddel? I. Klassieke biotechnologie. II. Moderne biotechnologie. III. Klassieke biotechnologie en moderne biotechnologie. Welke tak van de biotechnologie wordt gebruikt voor het maken van een vaccin tegen baarmoederhalskanker? I. Klassieke biotechnologie. II. Moderne biotechnologie. III. Klassieke biotechnologie en moderne biotechnologie. Welke tak van de biotechnologie wordt gebruikt voor het maken van brood? I. Klassieke biotechnologie. II. Moderne biotechnologie. III. Klassieke biotechnologie en moderne biotechnologie. Pagina 6
Opdracht 2 GloFish In tweetallen. In de animatie die je zag in de introductie, werden lichtgevende bacteriën gemaakt. Lichtgevende dieren maken kan ook echt! Bekijk het verhaal achter lichtgevende sushi. Lees hier een artikel erover en bekijk het filmpje. Beantwoord daarna samen de vragen. a. Welk doel hadden de wetenschappers die de GloFish maakten? b. Wat is de rol van het gen voor GFP (Green Fluorescent Protein)? c. Komt het gen voor GFP altijd tot expressie als het in een ander organisme wordt overgebracht? d. Wat is de bedoeling van het centre for genomics gastronomy? e. Zou jij wel trek hebben in lichtgevende sushi? Bespreek in de klas de bovenstaande vijf vragen. Opdracht 3 Ingrediënten Op een fles slaolie staat: geproduceerd met genetisch gemodificeerde sojabonen en op een blik soep: vervaardigd op basis van moderne biotechnologie. Bron: www.kennislink.nl Onderzoek: in welk opzicht zijn deze sojabonen veranderd? op welke manier is dat gedaan? met welk doel? welke bezwaren zijn er? Vat je gegevens samen in een schematische tekening. Bron: www.naturalis.nl Stap2 Pagina 7
Gratis vervoer, bestemming bereikt? Hoe krijg je een gen van de ene soort in de andere? Gaat dat gen ter plaatse doen wat het doen moet? In deze stap bekijk je aan de hand van vragen en opdrachten de techniek van genetische modificatie. Maak bij elke stap aantekeningen. Vat de techniek daarna samen in een schema. Bespreek je schema met een klasgenoot. Lees de kennisbank: KB: DNA De overdracht van een DNA-fragment van een organisme naar een ander organisme komt ook in de natuur ook voor. Er zijn bacteriegeslachten die aan hun oppervlak receptoren hebben waarmee ze donor-dna kunnen binden en opnemen, soms zelfs donor DNA van een andere soort. Dat proces heet transformatie. Sommige soorten bacteriën kunnen via een proces dat conjugatie heet DNA-plasmiden uitwisselen, via een conjugatiebuis. Bekijk hier deze beide processen. Virussen kunnen ook een rol spelen bij de overdracht van DNA van de ene bacterie naar de andere. Dat proces heet transductie. Bekijk het hier. Opdracht 1 Genetische modificatie Pagina 8
Vat deze drie processen samen in een schematische tekening. Zet de namen van de processen erbij. Wanneer deze genoverdracht door mensen wordt uitgevoerd, noem je dat genetische modificatie. Plasmiden of virussen kunnen worden gebruikt om bepaald DNA in de cel te brengen, maar er zijn andere technieken ontwikkeld. Opdracht 2 Transgene organismen Bekijk deze technieken op bioplek en beschrijf ze kort. Er is wel een probleem: een gen uit een vis zal niet werken in een tomaat, tenzij er een promotor aan zit die de tomaat herkent. Virussen hebben een sterke promotor ontwikkeld, die de gastheer dwingt om de genen van het virus af te lezen. Daarom plakken onderzoekers aan het in te brengen gen een viruspromotor. Dit geheel wordt een genconstruct genoemd. a. Leg uit waarom virussen zo n sterke promotor moeten hebben. b. Bedenk wat het nadeel is van het inbrengen van een viruspromotor in een cel. Om te kunnen zien of de overdracht gelukt is, wordt niet alleen het gewenste gen ingebouwd, maar ook een merker-gen. Daarvoor werd vaak een gen voor antibiotica resistentie gebruikt, bijvoorbeeld voor neomycine. Planten zonder dit gen gaan dood als ze met neomycine worden behandeld. Antibioticaresistentie-merker-genen zijn in Nederland voor nieuwe toepassingen niet meer toegestaan. Men zoekt naar alternatieven bijvoorbeeld fluorescentie genen, zoals van de Glofish. c. Gebruik de afbeelding om uit te leggen hoe men met behulp van het gen voor antibioticaresistentie die planten kan selecteren waarin de overdracht gelukt is. d. Maak de oefening "Gratis vervoer, bestemming bereikt?" onderaan deze pagina. In Wageningen University werken biotechnologen aan de ontwikkeling van een aardappel die beter bestand is tegen de gevreesde schimmel Phytophtora. Deze durph aardappel wordt ontwikkeld met behulp van cisgene merkervrije modificatie. Opdracht 3 Cisgeen Zoek uit wat cisgeen is en leg uit waarom men daarvoor kiest. Waarom kiest men voor merkervrij? Het nieuwe gen komt op een willekeurige plek in het DNA terecht. Het effect daarvan kan heel wisselend zijn. Het kan het functioneren van een ander gen verstoren. Opdracht 4 Effecten Bekijk hier enkele voorbeelden van onverwachte bijwerkingen in verschillende organismen Pagina 9
(halverwege de pagina, bij 'voorbeelden'). Noteer tenminste twee organismen waarin onverwachte effecten optraden en noteer ook deze effecten. Bekijk de opdrachten 1 t/m 4 van deze stap nog eens en maak een inschatting van de kans dat genetische manipulatie experimenten opbrengen wat de onderzoeker wenst. Gratis vervoer, bestemming bereikt? kn.nu/vqnye 1 Bekijk de afbeelding. Koppel de toepassing aan de juiste letter. 1. A 2. B a. Zonder antibiotica b. Met antibiotica Stap3 Pagina 10
Insuline kweken In deze stap gaan we wat dieper in op één bepaalde toepassing van moderne biotechnologie. Herhaal daarvoor eerst enkele delen uit de Kennisbank: KB: Bouw en functie van nucleïnezuren KB: Transcriptie in detail KB: Translatie in detail KB: Reguleren van genexpressie In 1982 is het eerste product dat met behulp van gerecombineerde cellen gemaakt is dit humaan (= menselijk) insuline, op de markt gekomen. Het gen voor menselijk insuline werd ingebouwd in de bacterie E. coli. Deze bacterie werd later ook gebruikt voor de productie van andere menselijk eiwitten, bijvoorbeeld groeihormoon (1987). Tot die tijd gebruikte men voor mensen met diabetes insuline van varkens of koeien. Bestudeer het onderdeel: KB: DNA Opdracht 1 Insuline Zoek uit hoe het molecuul insuline eruit ziet welke taak insuline in je lichaam heeft in welke menselijke cellen de insuline wordt geproduceerd en door welke factor(en) de productie aan of uit wordt geschakeld wat de verschillen zijn tussen menselijk insuline en insuline van varkens en koeien, hoe deze verschillen ontstaan en welk effect deze zouden kunnen hebben voor een patiënt. hoe de bacterie E.coli het vermogen krijgt menselijk insuline te maken Verwerk je gegevens in een schema. Vergelijk je schema met dat van een klasgenoot. Stap4 Pagina 11
Farmacogenetica Lees de tekst ' Pillen op maat '. Mensen verschillen niet alleen in uiterlijk, maar ook in de onderlinge verhoudingen van de eiwitten in hun cellen. Er wordt wel gesteld dat veel medicijnen slechts bij een derde van de patiënten tot het gewenste resultaat leiden. Opdracht 1 Medicijnen a. Welke oorzaken kun je bedenken waardoor een medicijn in een bepaalde patiënt mogelijk niet werkt? Allerlei mutaties, maar ook alternatieve vormen van splicing en epigenetische effecten kunnen leiden tot variaties in eiwitsamenstelling. Opdracht 2 SNP a. Laat met een tekening zien dat alternatieve vormen van splicing kunnen leiden tot allerlei variaties in eiwitsamenstelling. Klik hier om je schema te vergelijken en eventueel te verbeteren. b. Leg uit hoe epigenetische effecten kunnen leiden tot variaties in eiwitsamenstelling. Pagina 12
Variaties in het menselijk genoom zijn ondergebracht in een gegevensbank. Deze bevat al meer dan drie miljoen variaties. Grotendeels bestaan deze varianten uit een verschil in één enkele base, de zogenaamde single nucleotide polymorphisms of afgekort SNP s (spreek uit snips). Bekijk de animatie over SNP s. Een SNP kan in een gen zitten, maar ook buiten een gen. Als er een SNP dicht in de buurt zit van een gen, dan zal het telkens meegaan in de overerving. We kunnen dus vaststellen dat bij een bepaald fenotype (b.v. ziek of 'reageert niet op geneesmiddel') een bepaalde serie SNPs hoort. Dat hoeft niet te betekenen dat de SNP de oorzaak is van de ziekte! Opdracht 3 Geneesmiddelenonderzoek a. Bedenk met deze gegevens hoe een geneesmiddelenonderzoek opgezet zou moeten worden om te bepalen voor welke groep patiënten dit bepaalde geneesmiddel wel of niet geschikt is. Biometrie Er zijn steeds meer instellingen die mensen willen identificeren aan de hand van unieke lichaanmskenmerken. Dat heet biometrie. Wist je dat je zelfs een HBO-opleiding biometrie kunt volgen?om overeenkomst in DNA vast te stellen, kunnen onderzoekers ook gebruik maken van een DNA chip. Lees Kennisbank: KB: DNA vergelijken Opdracht 4 DNA chip Hoe werkt een DNA chip? Noteer de achtereenvolgende stappen. Welke voordelen heeft het gebruik ervan? Zijn er ook nadelen aan het gebruik van de DNA chip? Beantwoord deze drie vragen met behulp van de volgende bronnen. Bespreek de voor- en nadelen van de DNA chip in de klas. bcs.whfreeman.com biometrie.weebly.com Opdracht 5 Biobanken Biologische gegevens kunnen worden opgeslagen in databanken. Denk bijvoorbeeld aan medische of forensische databanken. Voor verschillende doeleinden is dat heel handig. Maar het levert ook discussie op. Er zijn mensen Pagina 13
die hierin handel zien. Ze zouden deze bestanden graag aan allerlei andere koppelen: lidmaatschappen, telefoonbestanden, politiebestanden, gegevens over browsergedrag, koopgedrag, reisgedrag, financiële gegevens, verzekeringen enzovoort. a. Stel dat je de aanleg voor obesitas meet. Welke organisaties zouden die gegevens wel willen hebben? Met welk doel? b. Welke biobanken zijn er in Nederland? Bron: www.biobanken.org c. Er is op dit moment nog geen specifieke wetgeving voor biobanken. Hoe belangrijk is het voor jou dat zo n wetgeving er komt? Stap5 Transgene planten, wat heb je eraan? In viertallen. In stap 1 heb je gekeken naar transgene visjes. Experimenten met transgene dieren spreken tot de verbeelding. Transgene planten zijn minder bekend. Er zijn er veel, voor allerlei doeleinden. Organismen die genetisch gemodificeerd zijn worden ggo s of gmo s genoemd (genetically modified organisms). In 1994 werd in de VS het eerste genetisch gemodificeerd voedsel op de markt gebracht: een beter houdbare tomaat. Sindsdien is er veel ontwikkeld. Zo is er de Gouden rijst, een rijstsoort die beta-caroteen aanmaakt. Mensen kunnen dat omzetten in pro-vitamine A. Verder kennen we katoen dat giftig is voor insecten, soja die bestand tegen de bestrijdingsmiddelen waarmee het onkruid op de akkers wordt bestreden en een aardappelras waaruit het zetmeel voor de zetmeelindustrie makkelijker geïsoleerd kan worden. In deze stap verdiep je je in de argumenten voor en tegen het gebruik van gmo s. Opdracht 1 Transgenen en cisgene planten Verzamel zoveel mogelijk argumenten voor en tegen het gebruik van transgene en cisgene planten. Je kunt daarbij de volgende bronnen gebruiken. Verdeel de bronnen over de leden van de groep. Maak een poster waarin de standpunten en argumenten zichtbaar worden. Gebruik de posters van de verschillende groepen bij het schrijven van je betoog in stap 6. Bronnen: Transgene planten als medicijnfabriekjes - www.kennislink.nl Gentech in de landbouw is onomkeerbaar - www.kennislink.nl Gentech, hoe Greenpeace Monsanto helpt - edepot.wur.nl Pagina 14
Transgene planten tot aan risicoanalyses - www.biosafety.be Stap6 Afronding Schrijf een betoog over het gebruik van de moderne biotechnologie. Kies daarvoor één bepaald onderwerp daaruit en leg dat ter goedkeuring voor aan je docent. Gebruik je aantekeningen die je tijdens deze module hebt gemaakt. Gebruik bij het schrijven van het betoog de richtlijnen die je bij het vak Nederlands hebt geleerd of kijk hier. Pagina 15
Antwoorden Verwerking Stap 1 Opdracht 1 Biotechnologie c. d. e. f. g. h. III. II. I. II. II. I. Klassieke biotechnologie en moderne biotechnologie. Moderne biotechnologie. Klassieke biotechnologie. Moderne biotechnologie. Moderne biotechnologie. Klassieke biotechnologie. Stap 2 Opdracht 2 Transgene organismen a. Voor het overleven van virussen is het noodzakelijk dat allerlei genen van de bacterie worden aangezet. b. Zo n promotor kan ook allerlei andere genen aanzetten en zo b.v. leiden tot kanker. d. Alleen bij planten die kunnen groeien op een voedingsbodem met antibiotica is de overdracht van het gen gelukt. Stap 4 Opdracht 1 Medicijnen a. Het medicijn wordt b.v niet opgenomen, niet vervoerd, wordt afgebroken in het lichaam of juist niet, wordt geblokkeerd door een ander eiwit, wordt omgezet in een giftige stof. Opdracht 3 Geneesmiddelenonderzoek a. We bepalen van zoveel mogelijk proefpersonen in een klinisch onderzoek een SNP profiel en noteren hoe goed een bepaald geneesmiddel werkte en of er bijwerkingen waren (en zo ja welke). Als een latere patiënt van hetzelfde hetzelfde SNP profiel heeft zal deze waarschijnlijk op dezelfde manier reageren op het geneesmiddel. Pagina 16
Over dit lesmateriaal Colofon Auteur VO-content Laatst gewijzigd 02 August 2016 om 13:48 Licentie Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding en publicatie onder dezelfde licentie vrij bent om: het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden. Meer informatie over de CC Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland licentie Aanvullende informatie over dit lesmateriaal Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar: Leerniveau VWO 4; Leerinhoud en Eiwitsynthese; Biologische eenheid; Biologie; Instandhouding; Transcriptie en doelen translatie; DNA; DNA als universele drager van genetische informatie; Eindgebruiker leerling/student Moeilijkheidsgraad gemiddeld Studiebelasting 5 uur en 0 minuten Trefwoorden rearrangeerbare Pagina 17