1. Ο μαγικός καθρέπτης: μια απλή ιστορία για την εισαγωγή της έννοιας των μικροσυστοιχιών στην τάξη

Transcript

1 ΣΤΗΝ ΤΑΞΗ 1. Ο μαγικός καθρέπτης: μια απλή ιστορία για την εισαγωγή της έννοιας των μικροσυστοιχιών στην τάξη 2. Η ροή της πληροφορίας από το DNA στις πρωτεΐνες. 3. Ανάλυση γονιδιακής έκφρασης 4. Πως να εξηγήσετε την υβριδοποίηση 5. Πρακτικές συμβουλές για την εικονική μικροσυστοιχία ως εκπαιδευτική δραστηριότητα 6. Ομαδοποίηση 7. Άσκηση μικροσυστοιχιών 1. Ο μαγικός καθρέπτης Ήταν 8:30 πμ σε ένα γκρίζο και σκοτεινό πρωινό μιας Δευτέρας. Το ξυπνητήρι μου χτυπούσε. Βγάζω δειλά δειλά το χέρι μου κάτω από τα ζεστά σκεπάσματα και το κλείνω. Με αυτό το απαίσιο συναίσθημα που μπορεί να έχει κανείς τη Δευτέρα το πρωί, σηκώθηκα σιγά σιγά από το κρεβάτι μου, πήγα στο μπάνιο και έπιασα την οδοντόβουρτσα να καθαρίσω τα δόντια μου. Καθώς καθάριζα τα δόντια μου, ξεκίνησα να αναρωτιέμαι τι να έκανε η αδελφή μου. Είχε περάσει καιρός από τότε που της είχα μιλήσει την τελευταία φορά. Όταν κοίταξα στον καθρέφτη, έκπληκτος είδα ότι ήταν εκεί, μπροστά στα μάτια μου! Οδηγούσε στη δουλειά της και δεν ήταν τόσο χαρούμενη ως συνήθως (ίσως αυτό είχε να κάνει με το γεγονός ότι ήταν Δευτέρα πρωί). Η πρώτη μου σκέψη ήταν ότι μάλλον το επιπλέον ποτήρι κόκκινου κρασιού που είχα πιεί χθες το βράδυ αποφάσισε να με εκδικηθεί. Αν και, εάν το καλοσκεφτώ, δεν ήπια τόσο πολύ! Ή μήπως ονειρευόμουν; Πώς θα μπορούσα να είχε δει την αδελφή μου αφού ζει στην Ελλάδα; Μήπως τελικά ο καθρέπτης ήταν μαγικός; Έτσι αποφάσισα να κοιτάξω διαπιστώσω μήπως είναι μαγικός ή όλα αυτά βρίσκονταν απλά στη φαντασία μου. Ίσως, εάν σκεφτόμουν άλλο ένα άτομο και κοιτούσα στον καθρέπτη για πολύ ώρα, να έκανα να εμφανιστεί η εικόνα του. Έτσι προσπάθησα ξανά! Σκέφτηκα τη μητέρα μου, η οποία επίσης ζει στην Ελλάδα, και ξαφνικά, η εικόνα της μητέρας μου που ήταν στη δουλειά της εμφανίστηκε στον καθρέπτη. «Εντάξει», είπα στον εαυτό μου, «αυτό δεν μπορεί να συμβαίνει». Τηλεφώνησα αμέσως τη μητέρα μου και τη ρώτησα που ήταν. «Στο γραφείο μου», μου απάντησε. «Πάντα ξυπνάω νωρίς τη Δευτέρα. Γιατί ρωτάς;» Δεν είχα το κουράγιο να της απαντήσω τι συνέβαινε, οπότε της έκλεισα το τηλέφωνο. Μετά από αυτό, ξεκίνησα να εξετάζω τον καθρέπτη πολύ προσεκτικά. Έλεγξα να δω μήπως υπήρχε κρυμμένη καμιά κάμερας. Τον περιεργάστηκα να δω

2 μήπως υπάρχει κάτι ασυνήθιστο πάνω του. Και στη συνέχεια, ξεκίνησα να εξετάζω ολόκληρο το δωμάτιο. Αργά ή γρήγορα περίμενα ότι κάποιος θα πεταγόταν και θα μου έλεγε : «Χαμογελάστε, είσαστε στην κρυφή κάμερα!» Αλλά δεν υπήρχε κανείς και οι φίλοι μου σίγουρα δεν θα μου είχαν κάνει τέτοια φάρσα. Αποφάσισα να προκαλέσω τον καθρέπτη ξανά. Συγκέντρωσα τη σκέψη μου στη Μαρία, μια φίλη μου που ζει στο Μεξικό. Και αμέσως, η εικόνα της φίλης μου εμφανίστηκε στον καθρέπτη! Βρίσκονταν στο κρεβάτι και κοιμόταν. Έτρεξα στο σαλόνι και προσπάθησα να βρω το παγκόσμιο χάρτη που δείχνει τη διαφορά της ώρας μεταξύ των χωρών. Ήταν αλήθεια! Στις 9:15 πμ στη Γερμανία είναι 2:15 πμ στο Μεξικό. «Γι αυτό κοιμόταν!», σκέφτηκα. «Τελικά δεν έχω τρελαθεί! Πώς είναι δυνατόν να γνώριζα τι έκανε αυτήν την ώρα; Δεν γνώριζα καθόλου ότι ήταν νύχτα στο Μεξικό». Πήγα πίσω στον καθρέπτη και αναρωτήθηκα: «Τι θα γινόταν εάν σκεφτόμουν ένα άτομο που δεν είχα συναντήσει πριν; Ένα γνωστό πρόσωπο, μια διασημότητα; Αυτό θα ήταν μια πρόκληση για τον καθρέπτη». Έτσι ξεκίνησα να σκέφτομαι γνωστά πρόσωπά: Χριστόφορος Παπακαλιάτης, Άλκηστη Πρωτοψάλτη, Μάριος Φραγκούλης, Άννα Βίσση, Σάκης Ρουβάς! Όσους περισσότερους μπορούσα! Τον πρόεδρο των Ηνωμένων Πολιτειών! (συγγνώμη αλλά δεν μπορώ να σας πω τι έκανε διότι ίσως αποκτήσω προβλήματα με τις υπηρεσίες κατασκοπείας). Το μόνο που χρειάζονταν να σκεφτώ ήταν ένα άτομο, και αμέσως η εικόνα του ατόμου αυτού εμφανίζονταν μπροστά στα μάτια μου! Καταπληκτικό! Δεν είχε σχέση με το ποιο ήταν το άτομο! Δεν είχε σχέση με το που ήταν! Ήταν αληθινό! Ο καθρέπτης ήταν μαγικός! Και στη συνέχεια, χωρίς να σκέφτομαι, είχα την περιέργεια να δω τι κάνει ο καθηγητής μου. Και η δική του εικόνα εμφανίστηκε μπροστά στα μάτια μου. Ω, όχι! Ήταν στο εργαστήριο. Αυτός δεν είναι ο πάγκος ΜΟΥ στον οποίο τριγυρίζει; Δεν είναι αυτά τα δείγματα ΜΟΥ μπροστά του; Ω, θεέ μου! Είναι ήδη 10:15. Έχω αργήσει και με περιμένει να αρχίσουμε το πείραμα». Πήρα την τσάντα μου, κοίταξα γρήγορα στον καθρέπτη και κατευθύνθηκα στην πόρτα. Αποφάσισα να μην πω τίποτε σε κανέναν. Δεν θα με πίστευαν άλλωστε. Στο δρόμο για τη δουλειά Στο δρόμο για το EΜBL, άρχισα να αναρωτιέμαι για τις πόλεις του κόσμου και πώς η μια συνδέεται με την άλλη. Δρόμοι συνδέουν πόλεις στην ίδια ήπειρο όπως λιμάνια και αεροδρόμια συνδέουν πόλεις σε διαφορετικές ηπείρους. Πάρτε οποιοδήποτε άτομο σε οποιαδήποτε πόλη του κόσμου. Το άτομο αυτό μπορεί να ταξιδέψει σε οποια πόλη θέλει. Εξαιτίας της περιστροφής της γης γύρω από τον άξονά της, ορισμένες πόλεις έχουν ημέρα ενώ άλλες βρίσκονται στο σκοτάδι. Η δραστηριότητα των ανθρώπων εξαρτάται από το εάν είναι ημέρα ή νύχτα. Στις περισσότερες πόλεις του κόσμου, οι άνθρωποι ξυπνούν την ημέρα και πηγαίνουν στη

3 δουλειά τους μέχρι νωρίς το απόγευμα. Μετά, παραμένουν ενεργοί πριν πάνε να κοιμηθούν στο κρεβάτι τους όταν νυχτώσει. Αυτό έκαναν και οι άνθρωποι που είχα δει στο μαγικό καθρέπτη: η μητέρα μου, η αδελφή μου, η φίλη μου. Εντούτοις, δεν δουλεύουν όλοι οι άνθρωποι κατά τη διάρκεια της ημέρας. Πάρτε για παράδειγμα ανθρώπους που δουλεύουν σε ένα αεροδρόμιο. Μέρα και νύχτα εξασφαλίζουν ότι τα αεροπλάνα απογειώνονται και προσγειώνονται με ασφάλεια. Οι πυροσβέστες δε λειτουργούν όλη την ώρα, αλλά βρίσκονται σε επιφυλακή όταν τους καλέσει το καθήκον. Άλλο παράδειγμα ανθρώπων ποθ δουλεύουν όλη ημέρα είναι οι αστυνομικοί, που περιπολούν τις πόλεις και το ύπαιθρο. Αλλά τι γίνεται όταν υπάρχει κάποιο είδος κινδύνου κατά τη διάρκεια της νύχτας; Τι γίνεται όταν υπάρχει φωτιά ή έχει συμβεί ένα έγκλημα; Ανάλογα με την έκταση της φωτιάς ή του εγκλήματος, ένας αριθμός αστυνομικών και πυροσβεστών δραστηριοποιούνται και τρέχουν στο σημείο να προσφέρουν άμεση βοήθεια, ενώ το υπόλοιπο μέρος του πληθυσμού συνεχίζει να κοιμάται. Εάν υπάρξει ένα μεγάλο συμβάν σε μια πόλη, για παράδειγμα ένας σεισμός, τα πράγματα είναι διαφορετικά. Οι περισσότεροι άνθρωποι θα ξυπνήσουν και πολλοί πυροσβέστες, αστυνομικοί και γιατροί θα τρέξουν στο σημείο της καταστροφής να βοηθήσουν. Ορισμένες φορές δεν υπάρχουν οι απαραίτητες υπηρεσίες σε μια πόλη. Τότε, βοήθεια από άλλες πόλεις καταφτάνει. Σιγά σιγά, η πόλη θα επανέλθει και θα ξεκινήσει να λειτουργεί ξανά σε φυσιολογικό ρυθμό. Με το μαγικό καθρέπτη, λοιπόν, μπορούσα να δω τι έκαναν οι άνθρωποι εκείνη την χρονική στιγμή στον κόσμο. Ήταν σα να έχω μια μαγική φωτογραφική μηχανή και να παίρνω φωτογραφίες τριγύρω στον κόσμο. Σχεδόν έφτανα στο EMBL όταν συνειδητοποίησα ότι η πόλη δουλεύει ακριβώς όπως τα κύτταρα σε έναν οργανισμό. Οι περισσότεροι οργανισμοί είναι φτιαγμένοι από όργανα και τα όργανα είναι φτιαγμένα από κύτταρα, που μοιάζουν με τις διαφορες πόλεις του κόσμου. Το τρόπος που δουλεύει το κύτταρο εξαρτάται από την ταυτότητά του και τι είδους δουλειά είναι προορισμένο να κάνει: τα μυικά κύτταρα της καρδιάς λειτουργούν συνεχώς για να αντλήσουν οξυγόνο ενώ τα κύτταρα του αμφιβληστροειδή δουλεύουν μόνο όταν βλέπουμε. Αλλά τι εννοούμε όταν λέμε ότι δουλεύουν; Εννοούμε ότι αυτά τα κύτταρα φτιάχνουν πρωτεΐνες τις οποίες θα χρησιμοποιήσουν για διαφορετικές δουλειές στο κύτταρο. Παρόλα αυτά, οι πληροφορία για την παραγωγή των πρωτεϊνών είναι γραμμένη στα γονίδια ενός κυττάρου, στο DNA. Ένα μικρό μέρος του DNA κωδικοποιεί πληροφορίες για το πως θα φτιαχτεί μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη. Η πληροφορία αυτή πρώτα μεταγράφεται σε ένα άλλο μόριο, το οποίο λέγεται mrna και χρησιμοποιείται για να φτιαχτεί η πρωτεΐνη. Τελικά, όταν λέμε ότι ένα κύτταρο δουλεύει, εννοούμε ότι μεταγράφεται σε mrna, και ότι αυτό το mrna χρησιμοποιείται για να φτιάξει πρωτεΐνη. Όπως τα αεροδρόμια, ορισμένα γονίδια δουλεύουν ασταμάτητα. Σκεφτείτε, για παράδειγμα, το γεγονός ότι το κύτταρο χρειάζεται ενέργεια όλη την ώρα. Ορισμένα γονίδια, τα οποία αποκαλούνται γονίδια διαχειριστικής ενεργότητας («housekeeping»), δουλεύουν συνεχώς για να φτιάξουν τις απαραίτητες

4 πρωτεΐνες ώστε να υπάρχει πάντα ενέργεια διαθέσιμη στο κύτταρο. Εντούτοις, τι συμβαίνει όταν το κύτταρο αντιμετωπίσει κάποιο είδος κινδύνου; Εάν, για παράδειγμα, υπάρχει έλλειψη οξυγόνου, ένας ιός έχει εισέλθει σε αυτό ή έχει μετατραπεί σε καρκινικό κύτταρο, τότε θα υπάρξουν αλλαγές στα γονίδια που δουλεύουν. Ορισμένα γονίδια θα ξυπνήσουν, ενώ άλλα θα αυξήσουν το ποσοστό της δουλειάς τους. Υπάρχει επίσης η πιθανότητα κάποια γονίδια να σταματήσουν να δουλεύουν εντελώς, επειδή δεν χρειάζονται πια. Το μέγεθος της αλλαγής (ο αριθμός των γονιδίων που σχετίζονται με αυτήν) εξαρτάται από το συγκεκριμένο ερέθισμα. Και τότε ήταν που συνειδητοποίησα το λόγο που είχα δει όλα αυτά τα παράξενα πράγματα στον καθρέπτη. Εκείνη την ημέρα, το αφεντικό μού με περίμενε στο εργαστήριο να κάνουμε πειράματα μικροσυστοιχιών DNA. Και οι μικροσυστοιχίες DNA, που ονομάζονται επίσης και τσίπς DNA, είναι ακριβώς σαν το μαγικό καθρέπτη. Επιτρέπουν στους επιστήμονες να δουν τι κάνουν όλα τα γονίδια ενός οργανισμού σε μια συγκεκριμένη στιγμή, εάν δουλεύουν ή όχι. Και όταν οι συνθήκες αλλάζουν, επιτρέπουν στους επιστήμονες να δουν ποια γονίδια εκφράζονται και ποια όχι. Ο μαγικός καθρέπτης ήταν η εισαγωγή του τι θα γινόταν στο εργαστήριο. Αυτό, βέβαια, δεν εξηγεί το γιατί ο καθρέπτης μου έδειξε αυτά τα πράγματα. Και με αυτή τη σκέψη, κατάφερα να βρω μια θέση για στάθμευση, πήρα την τσάντα μού και κατευθύνθηκα στο εργαστήριο να αρχίσω τα πειράματα μικροσυστοιχίας. Μια ακόμη γεμάτη μέρα με περίμενε

5 Οι παρακάτω αλληγορίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να δείξουν: 2. Τη ροή της πληροφορίας από το DNA στις πρωτεΐνες Φανταστείτε ότι θέλετε να φτιάξετε ένα γλυκό στην κουζίνα σας, αλλά οι πληροφορίες βρίσκονται σε ένα βιβλίο συνταγών στο σαλόνι. Αυτό που κάνετε είναι να πάτε στο σαλόνι, να βρείτε το βιβλίο και να το φέρετε στην κουζίνα, όπου θα ξεκινήσετε να φτιάχνετε το γλυκό. Αλλά τι θα συνέβαινε εάν σας λέγαμε ότι απαγορεύεται αυστηρά να μετακινήσετε το βιβλίο από το σαλόνι; Μπορεί να απαγορεύεται να μετακινήσετε το βιβλίο από το σαλόνι, αλλά δεν απαγορεύεται να κάνετε ένα αντίγραφο της συνταγής (πληροφορίες). Έτσι, παίρνετε ένα κομμάτι χαρτί, αντιγράφετε τη συνταγή και στη συνέχεια μεταφέρετε το χαρτί στην κουζίνα. Αυτή είναι η διαδικασία με την οποία τα κύτταρα φτιάχνουν πρωτεΐνες. To DNA (το βιβλίο συνταγών) φέρει τις πληροφορίες (συνταγή) για τη δημιουργία πρωτεϊνών αλλά δεν μπορεί να φύγει από τον πυρήνα (σαλόνι), οπότε κάνει ένα αντίγραφο του εαυτού του (αγγελιοφόρο RNA, mrna), το οποίο μεταφέρεται έξω από τον πυρήνα στο κυτταρόπλασμα, όπου βρίσκονται να εργοστάσια παραγωγής πρωτεϊνών (ριβοσώματα). 3. Ανάλυση γονιδιακής έκφρασης Όταν λέμε ότι ένα γονίδιο είναι ενεργό, εννοούμε ότι φτιάχνει mrna, το οποίο μεταφέρεται στο κυτταρόπλασμα για να φτιάξει πρωτεΐνη. Η ποσότητα mrna φτιάχνεται εξαρτάται από το πόσο αναγκαία είναι. Περίπου όλοι οι οργανισμοί έχουν DNA για να φτιάχνουν την ποσότητα των πρωτεϊνώνγια την επιβίωσή τους. Αλλά αυτό δε σημαίνει απαραίτητα ότι χρειάζεται όλη η πληροφορία. Θυμηθείτε ότι το DNA είναι σαν ένα βιβλίο συνταγών. Ένα βιβλίο συνταγών έχει πολλές συνταγές, αλλά εμείς επιλέγουμε να φτιάξουμε μόνο μερικές από αυτές. Τα κύτταρα επιλέγουν ποιες πρωτεΐνες θα φτιάξουν, και οι ιδιότητές τους και η συμπεριφορά τους σχετίζεται με τις πρωτεΐνες που θα φτιαχτούν. Για να διαπιστώσουμε ποια γονίδια είναι ενεργά σε ένα κύτταρο, αυτό που θα πρέπει να κάνουμε είναι να απομονώσουμε όλα τα μόρια mrna από τα κύτταρα, να τα διαβάσουμε ένα προς ένα και να βρούμε από ποια γονίδια προέρχονται. Φαίνεται εύκολο αλλά στην πραγματικότητα είναι αδύνατο, εκτός εάν θέλετε να περάσετε το υπόλοιπο μέρος της ζωής σας να δουλεύετε όλη την ώρα, όλες τις ημέρες στο εργαστήριο. Οι επιστήμονες δεν μπορούν να περιμένουν τόσο πολύ, οπότε βρήκαν ένα τρόπο για να λύσουν τον πρόβλημα. Φανταστείτε ότι θέλετε να πάτε για ψάρεμα και ότι θέλετε να πιάσετε ένα συγκεκριμένο είδος ψαριού, αλλά η λίμνη είναι γεμάτη από διαφορετικά είδη ψαριών. Επειδή είστε ένας έμπειρος ψαράς, γνωρίζετε ότι ορισμένα ψάρια προτιμούν συγκεκριμένο δόλωμα. Έτσι επιλέγετε το δόλωμα προσεκτικά, το βάζετε το αγκίστρι, το πετάτε στη λίμνη, περιμένετε. Νάτο! Πιάσατε το ψάρι. Εάν το κάνετε αυτό ξανά και ξανά, με διαφορετικό είδος δολώματος, θα πιάσετε όλα τα διαφορετικά είδη ψαριών που θέλετε.

6 4. Πώς να εξηγήσετε την υβριδοποίηση Αυτό ακριβώς κάνουν οι επιστήμονες όταν θέλουν να «ψαρέψουν» mrnas από μοναδιαία γονίδια που βρίσκονται σε διάλυμα. Αποφασίζουν για το ιδανικό δόλωμα και προσελκύουν το mrna. Τώρα σκεφτείτε τη συμπληρωμάτικότητα! Το μόνο που έχουν να κάνουν είναι να προσθέσουν την συμπληρωματική αλυσίδα του DNA (δόλωμα) στο mrna (ψάρι) που θέλουν να πιάσουν. Οι δυο αλυσίδες θα βρουν η μια την άλλη και θα κολλήσουν (υβριδοποιηθούν). Αλλά τι θα κάνατε εάν σας έλεγα ότι θα πρέπει να πιάσετε όλα τα διαφορετικά ψάρια μαζί, και να τα ξεχωρίσετε; Θα πρέπει να ξεχάσετε το καλάμι. Θα πάρει πολύ χρόνο, ειδικά εάν υπάρχουν χιλιάδες διαφορετικά είδη ψαριών. Αλλά είστε έξυπνοι. Πρώτα παίρνετε όλα τα ψάρια της λίμνης, και στη συνέχεια πηγαίνετε σε ένα ενυδρείο και τοποθετείτε επιλεκτικά χιλιάδες αγκίστρια στο νερό: σε μια περιοχή τοποθετείτε ένα είδος δολώματος, σε μια άλλη ένα διαφορετικό κ.ο.κ. Στη συνέχεια, αφήνετε όλα τα ψάρια από τη λίμνη στο ενυδρείο, περιμένετε λίγο για να βρουν τα ψάρια το δόλωμά τους και στη συνέχεια αφαιρείτε το νερό. Κάθε ψάρι έχει πιαστεί στο κατάλληλο αγκίστρι. Στην περίπτωση των mrnas, οι επιστήμονες έχουν κάνει κάτι παρόμοιο. Ας σκεφτούμε ένα απλό παράδειγμα πρώτα. Υποθέστε ότι έχετε μια απλή διάταξη στην οποία έχετε καταφέρει να τοποθετήσετε 4 διαφορετικά νουκλεοτίδια (δόλωμα) σε διαφορετικές μεριές Α C G T Τι θα συνέβαινε εάν αφήνατε ένα διάλυμα που περιέχει γουανίνη (G) στην επιφάνεια αυτή; Σε ποιο μέρος θα κολλούσε (υβριδοποιούσε); Εάν θυμάστε, η G πάντα κολλά με την C, έτσι η απάντηση είναι ότι θα κολλήσει στην γωνία πάνω αριστερά. Αλλά πώς θα δείτε εάν η G κόλλησε στη C; Αυτά τα μόρια είναι τόσο μικρά που είναι αδύνατο να τα δει κανείς, ακόμα και με ένα μικροσκόπιο. Για να επιλύσουν αυτό το πρόβλημα, οι επιστήμονες σημαίνουν τα G με μια φθορίζουσα ουσία που λάμπει στο σκοτάδι (αυτή η διαδικασία ονομάζεται σήμανση). Έτσι, αντί να τοποθετήσετε μοναδιαία νουκλεοτίδια στην επιφάνεια, μπορείτε να τα αντικαταστήσετε με ολόκληρες αλυσίδες DNA που ανήκουν σε ένα συγκεκριμένο γονίδιο. Εάν απλώσετε διάλυμα που περιέχει φθορίζοντα mrnas, τότε μόνο αυτά που θα κολλήσουν στο DNA θα λάμπουν στο σκοτάδι. Σε αυτήν την περίπτωση, θα έχετε βρει ένα νέο τρόπο να «ψαρέψετε» τα γονίδια. Και τελικά μικροσυστοιχίες

7 Φανταστείτε μια μικρή γυάλινη επιφάνεια που μπορεί να χωρέσει στην παλάμη του χεριού σας. Φανταστείτε ότι έχετε τοποθετήσει όχι 1, ούτε 2, αλλά διαφορετικές αλυσίδες DNA από διαφορετικά γονίδια ενός οργανισμού στην γυάλινη επιφάνεια. Κάθε γονίδιο καταλαμβάνει ένα πολύ μικρό χώρο, μια κουκίδα που είναι πολλές φορές μικρότερη από την τελεία στο τέλος αυτής της πρότασης. Σε αυτήν την μικρή επιφάνεια, έχετε αγκίστρια για να «ψαρέψετε» όλα τα διαφορετικά γονίδια ενός οργανισμού, καθώς και δόλωμα (αλληλουχίες DNA) στο ενυδρείο για όλα τα ψάρια (mrna). Με άλλα λόγια έχετε βρει έναν τρόπο να βρείτε ποια γονίδια είναι ενεργά και ποια όχι. Έχετε μια μικροσυστοιχία DNA! 5. Πρακτικές συμβουλές για τη δραστηριότητα της μικροσυστοιχίας Η δραστηριότητα αυτή έχει σχεδιαστεί να προσομοιώσει τα διαφορετικά βήματα ενός πειράματος μικροσυστοιχίας DNA στην τάξη. Πριν την πραγματοποιήσετε, θα πρέπει να διαβάσετε αυτήν την ενότητα προσεκτικά και να εξοικειωθείτε με τις βασικές αρχές μια μικροσυστοιχίας. Παρακαλούμε στείλτε μας πληροφορίες με ενδιαφέροντα στοιχεία ή ακόμα και δυσκολίες που συναντήσατε όταν πραγματοποιήσατε την δραστηριότητα στην τάξη. Τα σχόλια και οι προτάσεις σας θα εκτιμηθούν και θα βοηθήσουν στην περεταίρω βελτίωση της. Παρακαλούμε στείλετε τα σχόλια σας στο Πιστεύουμε ότι η δραστηριότητα θα είναι το ίδιο διασκεδαστική στην τάξη, όπως ήταν όταν τη δημιουργούσαμε στο ELLS! Πώς να ξεκινήσετε; Κοιτάξτε τις διαφορετικές ενότητες της δραστηριότητας και προσπαθήστε να αποφασίσετε ποιες θα είναι ενδιαφέρουσες για την τάξη σας. Εάν έχετε χρόνο, προσπαθήστε να εμπλέξετε τους μαθητές σας στην προετοιμασία (σήμανση των φακών κλπ). Εντούτοις, εάν ο χρόνος είναι περιορισμένος, μπορείτε να ετοιμάσετε όλα τα πράγματα πρωτύτερα και να πραγματοποιήσετε μόνο την υβριδοποίηση στην τάξη. Πριν ξεκινήσετε: Βεβαιωθείτε ότι μπορείτε να βρείτε ένα δωμάτιο ή μια τάξη που να έχει επαρκή φωτισμό αλλά μπορεί επίσης να συσκοτιστεί (με κουρτίνες ή παραθυρόφυλλα). Θα πρέπει να κάνετε αρκετό χώρο στη μέση του δωματίου για να τοποθετήσετε το χαλί στο πάτωμα και να επιτρέψετε στους μαθητές σας να καθίσουν σε ένα κύκλο τριγύρω του. (Είναι πολύ σημαντικό να αποδράσετε από την ατμόσφαιρα της τάξης, οπότε αποφύγετε να καθίσετε σε καρέκλες). Επιπλέον, μπορείτε να ζητήσετε από τους μαθητές σας να σταθούν σε θρανία στον τοίχο, ώστε να έχουν μια εικόνα του χαλιού από ψηλά όταν οι φακοί θα έχουν ανάψει.

8 Τι θα χρειαστείτε: Εξασφαλίστε αρκετούς φακούς. Έχουμε βασίσει την δραστηριότητα μας σε 67 μικρούς φακούς, οι οποίοι είναι διαφημιστικοί φακοί και μπορούν να αγοραστούν σχετικά φθηνά. Εντούτοις, εάν ο προϋπολογισμός του εργαστηρίου δεν επαρκεί, ζητήστε από τους μαθητές σας να φέρουν φακούς (που δουλεύουν!) από το σπίτι. Με αυτόν τον τρόπο οι μαθητές θα έχουν συνεισφέρει υλικό για την δραστηριότητα. Ίσως είναι λογικότερο να μειώσετε τον αριθμό των μαθητών σε 12. Δεδομένου ότι οι περισσότεροι από τους μαθητές θα φέρουν 1-2 φακούς, είναι δύσκολο να συλλέξετε 67. Στην περίπτωση αυτή, μπορείτε να διαφοροποιήσετε τον αριθμό των φακών που χρειάζονται για κάθε γονίδιο. Προσέξτε, όμως, μην αλλάξετε τη ρύθμιση (ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση) του κάθε γονιδίου. Για παράδειγμα, τα γονίδια maurice wilkins, rosalind franklin και francis crick έχουν τον ίδιο αριθμό κόκκινων και πράσινων φακών. Μπορείτε να αλλάξετε τον αριθμό αλλά θα πρέπει να έχετε πάντα ίσο αριθμό πράσινων και κόκκινων φακών. Στην περίπτωση των γονιδίων που ενεργοποιούνται, δηλαδή έχουν περισσότερους κόκκινους παρά πράσινους φακούς, μπορείτε επίσης να αλλάξετε τους αριθμούς, αλλά εξασφαλίστε ότι θα έχουν πάντα περισσότερους κόκκινους παρά πράσινους, κ.ο.κ. Προσοχή! Αν και είναι λογικό να αλλάξετε τον αριθμό των φακών, προσπαθήστε να αποφύγετε να έχουν τα γονίδια τον ίδιο ακριβώς αριθμό φακών. Για παράδειγμα, αποφύγετε να έχετε ένα πράσινο και ένα κόκκινο φακό για την Ομάδα 1, maurice wilkins, francis crick, rosalind franklin και james watson. Με τον τρόπο αυτό, όταν έρθει η στιγμή να κάνουν οι μαθητές την ομαδοποίηση, θα κατανοήσουν ότι τα γονίδια θα πρέπει να ομαδοποιηθούν μαζί επειδή έχουν την ίδια συμπεριφορά (στο παράδειγμά μας επειδή έχουν παρόμοια ρύθμιση) και όχι επειδή έχουν τον ίδιο αριθμό φακών. Υπάρχει επίσης και κάτι άλλο για τους φακούς που ίσως πρέπει να γνωρίζετε. Οι φακοί που χρησιμοποιήσαμε τοποθετούνται επίπεδα στο έδαφος με την φωτεινή ακτίνα να στρέφεται προς τα επάνω: είναι πολύ σημαντικό το φως να μεταδίδεται από το πάτωμα στο ταβάνι. Εντούτοις, οι περισσότεροι φακοί είναι κυλινδρικοί. Έτσι, εάν οι μαθητές φέρουν τους δικούς τους φακούς, ζητήστε τους να φέρουν κάτι για να τους κρατήσουν όρθιους: ένα μικρό ποτήρι ή μια μολυβοθήκη είναι κατάλληλα. Συλλέξτε όλους τους φακούς ορισμένες ημέρες πριν, ώστε να επιλύσετε προβλήματα που μπορεί να εμφανιστούν. Σήμανση και υβριδοποίηση: Για το πειραματικό κομμάτι, χωρίστε την τάξη σε δυο ομάδες: το κύτταρο «ελέγχου» και το καρκινικό. Δώστε σε κάθε ομάδα ένα κουτί που περιέχει όλους τους ονοματισμένους φακούς του δικού τους κυτταρικού τύπου. Εάν έχετε χρόνο, ζητήστε από κάθε ομάδα να σημάνει τους φακούς με το κατάλληλο χρώμα: πράσινο για το κύτταρο «ελέγχου», κόκκινο για το καρκινικό. Ανάλογα με τη διαφάνεια του χαρτιού, ίσως να χρειαστεί να κολλήσετε πάνω από ένα για να έχετε ένα έντονο χρώμα. Στο τέλος, ζητήστε τους μαθητές να τοποθετήσουν τους φακούς στην κατάλληλη θέση στη στο χαλί.

9 Εναλλακτικά, εάν δεν έχετε καταφέρει να βρείτε έναν ικανό αριθμό φακών, ακόμα και τότε μπορείτε να πραγματοποιήσετε τη δραστηριότητα με μόνο 10, ένα για κάθε γονίδιο. Αντί να έχετε τα χρώματα για κάθε μόριο mrna, μπορείτε να δείξετε το χρώμα της κουκίδας ως ένα σύνολο. Στην περίπτωση αυτή, τα γονίδια maurice wilkins, rosalind franklin, francιs crick και james Watson στα οποία έχετε ίσο αριθμό μορίων mrna στα δυο δείγματα, μπορείτε να επιλέξετε ΚΙΤΡΙΝΟ διαφανές αυτοκόλλητο χαρτί στους φακούς, ένα για κάθε γονίδιο. Στην περίπτωση των alexander fleming, thomas morgan, barbara mcclintock (τα ενεργοποιημένα γονίδια) τα χρώματα πρέπει να είναι κόκκινα, και στην περίπτωση των leo szilárd, jacques monod και john kendrew τα χρώματα θα πρέπει να είναι πράσινα. Πάντως, να είστε έτοιμοι να εξηγήσετε στους μαθητές σας ότι το κίτρινο χρώμα που βλέπετε στη μικροσυστοιχία είναι τεχνητό και προέρχεται από την ένωση πράσινου και κόκκινου. Σάρωση της μικροσυστοιχίας: Κατά τη διαδικασία σάρωσης, όταν όλοι οι φακοί θα είναι αναμμένοι και το δωμάτιο σκοτεινό, ενθαρρύνετε τους μαθητές σας να μιλήσουν σχετικά με το τι βλέπουν για κάθε γονίδιο. Προσπαθήστε να τους κάνετε να βγάλουν συμπεράσματα για κάθε γονίδιο, παρά να τους λέτε εσείς τι βλέπουν σε κάθε παράδειγμα! 6. Ομαδοποίηση (clustering) Κατά τη διαδικασία ομαδοποίησης, είναι σημαντικό να δώσετε στους μαθητές να καταλάβουν ότι το κριτήριο για την ομαδοποίηση γονιδίων είναι η παρόμοια συμπεριφορά στη μικροσυστοιχία (Δείτε το Οδηγός εκπαιδευτικού για τις ασκήσεις ομαδοποίησης [PDF], Ασκήσεις ομαδοποίησης για την ταξη [PDF]) Συζητήστε διαφορετικούς τρόπους ομαδοποίησης των γονιδίων, και πείτε τους ότι δεν υπάρχει λάθος ή σωστός τρόπος, αλλά τα συμπεράσματα που θα βγουν από κάθε ομάδα θα είναι διαφορετικά. Στο τέλος, δείξτε τους την ομαδοποίηση που περιγράφεται σε προηγούμενη ενότητα και κάντε τους να ψάξουν για κοινά στοιχεία των «γονιδίων». 8. Άσκηση μικροσυστοιχίας Εάν έχετε αρκετό χρόνο, μπορείτε να προσπαθήσετε να κάνετε την άσκηση στην τάξη. Εναλλακτικά, μπορείτε να δώσετε την άσκηση στο σπίτι σαν εργασία και στη συνέχεια να συζητήσετε τα αποτελέσματα στο επόμεν μάθημα. (Δείτε το Οδηγός εκπαιδευτικού για την άσκηση μικροσυστοιχίας [PDF], Άσκηση μικροσυστοιχίας για την τάξη [PDF])