Temat: Wykorzystanie badań DNA w nauce

Adresat

Uczniowie liceum ogólnokształcącego i technikum

Podstawa programowa

Wymagania ogólne

V. Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów biologicznych. Uczeń:

1. interpretuje informacje i wyjaśnia związki przyczynowo‑skutkowe między procesami i zjawiskami, formułuje wnioski.

Wymagania szczegółowe

VIII. Biotechnologia. Podstawy inżynierii genetycznej. Uczeń:

3. przedstawia istotę technik stosowanych w inżynierii genetycznej (elektroforeza DNA, metoda PCR, sekwencjonowanie DNA).

Ogólny cel kształcenia

Uczeń zdobywa wiedzę na temat dziedzin nauki, w których wykorzystywane są badania DNA.

Kompetencje kluczowe

• porozumiewanie się w językach obcych;

• kompetencje informatyczne;

• umiejętność uczenia się.

Kryteria sukcesu
Uczeń nauczy się:

• wymieniać i opisywać przykłady wykorzystania badań DNA w nauce;

• oceniać przydatność wiedzy zdobytej w trakcie trwania projektu poznania ludzkiego genomu HGP;

• wyjaśniać związek pomiędzy filogenetyką, a biologią molekularną.

Metody/techniki kształcenia

• podające

  • pogadanka.

• aktywizujące

  • dyskusja.

• programowane

  • z użyciem komputera;

  • z użyciem e‑podręcznika.

• praktyczne

  • ćwiczeń przedmiotowych.

Formy pracy

• praca indywidualna;

• praca w parach;

• praca w grupach;

• praca całego zespołu klasowego.

Środki dydaktyczne

• e‑podręcznik;

• zeszyt i kredki lub pisaki;

• tablica interaktywna, tablety/komputery.

Przebieg lekcji

Przed lekcją

• Uczniowie zapoznają się z treścią abstraktu. Przygotowują się do pracy na lekcji w taki sposób, żeby móc przeczytany materiał streścić własnymi słowami i samodzielnie rozwiązać zadania.

Faza wstępna

• Nauczyciel podaje temat, cele lekcji i kryteria sukcesu sformułowane w języku zrozumiałym dla ucznia.

Faza realizacyjna

• Uczestnicy zajęć zapoznają się z treścią przedstawioną na ilustracji interaktywnej. Następnie nauczyciel omawia z uczniami poznane zagadnienia.

• Nauczyciel wyznacza osoby, które kolejno omówią następujące tematy:

  • badania genomów;

  • projekt poznania ludzkiego genomu;

  • wykorzystanie bioinformatyki w filogenetyce;

  • barkoding DNA

• Uczniowie referują przydzielone zagadnienia. Nauczyciel wraz zresztą klasy uzupełnia w  miarę potrzeby wypowiedzi niewyczerpujące tematu.

• Na podstawie zasobów z lekcji w e‑podręczniku prowadzący demonstruje uczniom instrukcję korzystania z serwera NCBI. Następnie uczniowie pracując w grupach porównują sekwencję nukleotydów albuminy myszy i szczura.

• Uczniowie wykonują kolejne ćwiczenia i polecenia. Nauczyciel sprawdza i uzupełnia odpowiedzi, przedstawiając uczniom niezbędne informacje. Udziela informacji zwrotnej..

Faza podsumowująca

• Nauczyciel krótko przedstawia najważniejsze zagadnienia omówione na zajęciach. Odpowiada na dodatkowe pytania podopiecznych i wyjaśnia wszelkie ich wątpliwości. Uczniowie uzupełniają notatki.

W tej lekcji zostaną użyte m.in. następujące pojęcia oraz nagrania

Pojęcia

Teksty i nagrania

The use of DNA research in science

DNA sequencing is a laboratory technique that plays a crucial part in genetic research, enabling for precise determination of the order of nucleotides—adenine, guanine, thymine, and cytosine—that constitute the genetic code: unique data and guidelines on cell structure and functioning.

Discovering the coding sequences is immensely significant as the functions of specific genes can be determined this way. DNA sequencing is one of the fastest and cheapest methods of understanding the genotype.

The Human Genome Project (HGP) was launched in 1990, with the aim to determine the entire sequence of the human genome and create maps of all chromosomes. The project was sponsored by the US Department of Energy and the National Institutes of Health.

The results have proved that:

• there are around 30,000 human genes, which is less than previously estimated;

• 90% of a DNA strand and DNA strand is so‑called, non‑coding DNA—or contains information undiscovered as of yet;

• a genome is composed of more than 3 billion nucleotide pairs;

• some genetic information is coded RNA, which can carry out many biochemical reactions in organisms;

• our knowledge of the human genome is still poor; it does not resemble a simple recipe for protein formation but rather a complex computer program.

The knowledge obtained from the project will contribute to the development more effective methods of diagnosing genetic diseases and detecting the risk of their occurrence, and perhaps of preventing some of them. The HGP also enabled the link between specific DNA sequences and skills and abilities to be proved, and helped discover new techniques of determining genetic sequences.

Phylogenetics is a subset of evolutionary biology concerned with determining the origin of organisms. Until recently, the origins of and relationships between organisms, also those that are extinct, used to be determined chiefly based on their structural, developmental, and functional similarities. Now, with databases of genetic sequences of many organisms (RNA and DNA sequences) and protein structures as well as advanced bioinformatic tools, the process of describing the history of the living world is both easier and more reliable.

The results of molecular research can sometimes contradict data collected by the anatomists. Differences in evaluating the validity of results obtained using traditional and bioinformatic methods have caused a divide in the scientific community.

Currently the most popular opinion says that it is indeed molecular research that both provides the most reliable results and is easier to carry out. They also enable for more remains to be studied. Anatomists often need bones or other well‑preserved body parts, preferably intact, while just the DNA is enough for genetic testing, and can be acquired from small fragments that are useless to anatomists. The isolated DNA is sequenced, and the strands obtained this way are then compared with the DNA of other organisms. If the similarity is significant, the organisms are closely related. This method also allows for comparing RNA and proteins of different organisms.

A barcode is a common sight in a shop, where it serves to identify items in a database. An analogous function for organisms is performed by the genetic sequence, a unique identifier of every living creature. By determining the sequence of nucleotides, the species of any given specimen can be determined with absolute certainty. Ideas have already been proposed and first attempts made to create a library of the genetic code of all organisms.

The Barcode of Life Data System (BOLD) is already in place. In 2005, it comprised 33,000 barcodes (DNA markers) for 12,700 species. Within eight years, the database grew to more than 2.6 million markers for approximately 190,000 species. Each of them includes the species name, code sequence, date and place of finding the specimen, photographs and other information.

• Modern phylogenetics uses the methods of molecular biology.

• Every organism has its own unique identifier:the nucleotide sequence.