Temat: Mikroorganizmy zmodyfikowane genetycznie w służbie człowieka

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

XV. Biotechnologia. Podstawy inżynierii genetycznej. Uczeń:

7. przedstawia potencjalne korzyści i zagrożenia wynikające z zastosowania organizmów modyfikowanych genetycznie w rolnictwie, przemyśle, medycynie i badaniach naukowych; podaje przykłady produktów otrzymanych z wykorzystaniem modyfikowanych genetycznie organizmów;

Ogólny cel kształcenia

Poznasz metody wykorzystywane do genetycznej modyfikacji mikroorganizmów

Kompetencje kluczowe

• porozumiewanie się w językach obcych;

• kompetencje informatyczne;

• umiejętność uczenia się.

Kryteria sukcesu
Uczeń nauczy się:

• opisywać metody modyfikacji genetycznej mikroorganizmów;

• określać znaczenie organizmów modyfikowanych genetycznie;

• oceniać przydatność dla człowieka organizmów modyfikowanych genetycznie.

Metody/techniki kształcenia

• podające

  • pogadanka.

• aktywizujące

  • dyskusja.

• eksponujące

  • pokaz.

• 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.

• Nauczyciel prosi jednego z uczniów o wyjaśnienie czym jest wektor w ujęciu biologicznym oraz wymienienie wszystkich skojarzeń z transformacją. Dostosowuje dyskusję w kierunku transformacji genetycznej.

Faza realizacyjna

• Prowadzący wyznacza osoby, które kolejno omówią następujące zagadnienia: umieszczanie obcego DNA w komórce przy pomocy wektorów genetycznych; transformacji z użyciem wektorów genetycznych; umieszczanie obcego DNA w komórce metodą elektroporacji; umieszczanie obcego DNA w komórce metodą mikrowstrzeliwania; zmodyfikowane genetycznie mikroorganizmy a produkcja leków.

• Uczniowie kolejno referują przydzielone tematy..

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

• Tłumaczy uczniom zagadnienia związanie z transformacją. Informuje, że to wprowadzenie (transfer) obcego DNA do komórki lub całego organizmu roślinnego i zwierzęcego w celu otrzymania organizmów transgenicznych. Wykonuje się ją z użyciem wektorów (bakteryjnych‑plazmidy, wirusy) lub bezwektorowo (mikrowstrzeliwanie, mikroinfekcja). Do transformacji roślin powszechnie stosuje się wektory bakteryjne z rodzaju Agrobacterium, co często nazywane jest agroinfekcją i występuje również w środowisku naturalnym, w glebie..

• Nauczyciel wyjaśnia , że modyfikować można również genom organizmów wielokomórkowych. Prowadzący jako ciekawostkę przytacza przykład wykorzystania jako wyświetlacza genetycznie zmodyfikowanych bakterii zawierających gen odpowiedzialny za produkcję fluorescencyjnego białka. Następnie inicjuje dyskusję na temat potencjalnych korzyści z wykorzystania mikroorganizmów zmodyfikowanych genetycznie.

• Uczniowie samodzielnie wykonują zamieszczone w abstrakcie ćwiczenia interaktywne sprawdzające stopień opanowania wiadomości poznanych w czasie lekcji. Nauczyciel inicjuje dyskusję, w trakcie której omówione zostają prawidłowe rozwiązania wszystkich ćwiczeń samodzielnie wykonanych przez uczniów.

Faza podsumowująca

• Nauczyciel prosi chętnego ucznia o podsumowanie lekcji z jego punktu widzenia. Pyta pozostałych uczniów, czy chcieliby coś dodać do wypowiedzi kolegi na temat wiedzy i umiejętności opanowanych na lekcji.

• Na zakończenie zajęć nauczyciel pyta: Gdyby z przedstawionego na lekcji materiału miałaby odbyć się kartkówka, jakie pytania waszym zdaniem powinny zostać zadane? Gdyby uczniowie nie wyczerpali najistotniejszych zagadnień, nauczyciel może uzupełnić ich propozycje.

Praca domowa

• Wyobraź sobie, że masz okazję przeprowadzić wywiad z naukowcem - specjalistą w dziedzinie, której dotyczyła dzisiejsza lekcja. Jakie pytania chciałbyś mu zadać? Zapisz je.

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

Pojęcia

Teksty i nagrania

Genetically modified organisms in the service of mankind

In order to genetically modify an organism (e.g. make bacteria produce insuline), first from the organism that produces this hormone, a fragment which codes the right protein needs to be cut out. The cut out DNA fragment is then placed in the genetic vector, which can be a virus or a plasmid. Plasmids are nucleic acid molecules that occur in a bacterial cell outside its „chromosome” and are capable of self‑replication. Such a vector is introduced into a recipient organism (e.g. bacterial cell) that synthesizes proteins encoded in the introduced DNA.

Another possibility of introducing foreign DNA into a cell is electroporation. This method uses a series of electrical impulses which create pores in the cell membrane through which the foreign DNA can penetrate the cell intended for the genetic modification. Electroporation is also used in cancer treatment, when the medicine cannot penetrate the tumor.

Biolistic transfromation is a method involving introduction of small balls (usually gold or tungsten) coated in DNA, which serve as bullets. These balls accelerated to high speeds (up to several m/s) by the so‑called gene gun penetrate the cell membrane and enter the cell, introducing the foreign DNA material. These bombed cells are being grown. After a certain period of time, it is checked if the DNA has been built into the genome. Unfortunately, the biolistic transfromation is a flawed method –gene guns are expensive and the method itself is not effective, as it causes mechanical damage to the cells.

Biotechnology uses microorganisms to produce proteins, hormones and vitamins. Currently, yeasts which have the gene responsible for the production of insulin (obtained by genetic engineering) are used to produce one of the human hormones – insulin, which regulates the blood sugar level.

The human growth hormone is another example of a substance produced using genetically modified microorganisms. This hormone is administered to children suffering from dwarfism, whose pituitary gland does not produce enough of the hormone. This prevents the development of the disease or reduces its effects.

Another substance which is produced thanks to the genetic modification is hirudin – a substance produced by leeches, which reduces blood clotting. It is used when patients suffer from thrombosis or vascular embolism. It prevents platelets from sticking together and eliminates clots that block the blood flow and cause oedema. The possibility of transferring the gene responsible for production of hirudin from leeches to microorganisms allowed the industrial production of this medicine.

The ability to create vaccines is one of the most important use of the genetically modified organisms. In 2013 first influenza vaccine was created which contains proteins derived from insect cells. The time needed to produce such a vaccine was much shorter than that needed for previous methods, which is immensly important when the influenza virus undergoes numerous mutations. Professor Andrzej Legocki bred in Poland lettuce, which contained the vaccine against Hepatitis B (HBV). In order to obtain it, he used the bacteria causing plant diseases, which enables the insertion of foreign DNA into a plant genome. Using this bacteria, he inserted the genes coding the proteins, which appear on the surface of the Hepatitis B virus, in the lettuce genome. The first phase of the research was carried out on mice, which ate the genetically modified lettuce. This way the mice received substance which helped them fight the infection caused by the HBV and avoid it.

• In order to insert foreign genes into cells, various cloning‑based and non‑cloning methods are used.

• by using microorganisms it is possible to produce useful substances (e.g. medicine)