Главная
Контакты
Случайная статья
|
Создание ГМО
Кейс №3
| Тема занятия/ Название кейса
| |
Создание ГМО
|
| Количество часов
|
|
| Пояснительная записка
| Целями данного модуля являются:
1) Изучение структуры генома; понимание процессов синтеза биологических молекул;
2) Понимание сути генетических модификаций организмов;
3) Освоение навыков выполнения протоколов выделения ДНК из растительных и животных клеток;
4) Освоение методики проведения полимеразно-цепной реакции;
5) Освоение методики проведения электрофореза в агарозном геле и детекции полученных результатов;
6) Получение навыков работы с генетическими базами данных;
7) Получение навыков работы в специализированном ПО (Snap Gene, UGENE) по синтезу заданных цепочек ДНК и встройке их в специальные векторы;
8) Получение навыков по усовершенствованию штаммов микроорганизмов;
9) Получение навыков по детекции и обнаружению генномодифицированных микроорганизмов;
10) Получение колоний генномодифицированных бактерий.
Группам учеников будет предложена проблема, связанная с тем, что бактерии становятся устойчивыми к антибиотикам, что является фактором повышения смертности населения от бактериальных инфекций. Ученикам будет дана методика проведения эксперимента по выделению ДНК, амплификации, электрофорезу, вставке в плазмидный вектор. Также преподаватель ознакомит учеников с базами данных неклеотидов, а также программными продуктами, позволяющими проводить синтез заданных цепочек ДНК.
В задачу преподавателя входит мониторинг работы групп и предложение группе наводящих вопросов и подсказок, приведение контрпримеров для ошибочных методов. Организация площадки для проведения эксперимента в помощь в подборе необходимого оборудования, инструментов и реактивов.
Вспомогательные ресурсы:
1) https://www.youtube.com/watch?v=KmCsJT0Nz9A
2) https://www.youtube.com/watch?v=UKMzUF7WkU0
3) https://www.youtube.com/watch?v=Z764VdQ6iBw
4) https://www.youtube.com/watch?v=jEo-tJ2nT5g
5) https://www.youtube.com/watch?v=ikYZsgRvsGE
6) https://www.youtube.com/watch?v=ll4bMeeOaNU
|
| Оборудование, используемое для изучения явлений
| 1. Механические дозаторы 20 мкл, 200 мкл и 1 мл;
2. Вортекс;
3. Настольная центрифуга;
4. Термостат;
5. Водяная баня;
6. Спектрофотометр для определения концентрации ДНК;
7. Штативы для микропробирок;
8. Амплификатор;
9. Столик для заливки агарозного геля;
10. Рамки и гребенки для заливки агарозного геля;СВЧ-печь;
11. Камера и источник питания для проведения электрофореза;
12. Трансиллюминатор;
13. Весы;
14. Ламинар-бокс.
|
| Занятие 1
«Введение в генную инженерию»
| Действия
| Педагогический смысл
| Научный смысл
|
| Поиск информации о структуре генома, строении гена, молекулы ДНК, РНК.
| Постановка проблемы, с которой будет справляться генно-модифицированный организм.
| Изучение генетической структуры организмов. Отличительные черты генома различных организмов.
|
| Занятие 2
«Введение в генную инженерию»
| Поиск информации о сущности процессов синтеза биологических молекул.
| Сформирование осознанного понимания процессов транскрипции, трансляции и иных процессов, сопровождающих синтез биологических молекул.
| Изучение процессов синтеза молекул РНК, ДНК, белков.
|
| Занятие 3
«Введение в генную инженерию»
| Выполнение протоколов выделения геномной ДНК растительных и животных клеток.
| Получение практических навыков в области молекулярной биологии.
| Изучение протоколов выделения геномной ДНК растительных и животных клеток.
|
| Занятие 4
«Биоинформатика»
| Поиск баз данных (далее – БД), специализированного программного обеспечения (далее – ПО) для создания генетических конструкций, анализу последовательности нуклеотидов, строению генетических векторов.
| Постановка задач, с которыми будет справляться генетически модифицированный организм; описание всех этапов хода эксперимента.
| Изучение БД и ПО.
|
| Занятие 5
«Биоинформатика»
| Локальное выравнивание последовательностей нуклеотидов
| Приобретение навыков по локальному выравниванию последовательностей нуклеотидов
| Понятие процесса секвенирования и анализа последовательности ДНК
|
| Задания 6-7
«Биоинформатика»
| Работа с ПО и БД по получению вставки в векторную последовательность целевого гена. Поиск гена, способного привнести в клетки какое-либо новое свойство. Поиск вектора. Сбор конструкции: выбор рестриктаз, подбор праймеров для амплификации целевого гена, in silico ПЦР, клонирование и лигирование.
Планирование эксперимента: определение технических деталей, оптимальных условий ПЦР и рестрикции, выбор антибиотика.
| Приобретение навыков работы с БД и ПО
| Изучение карт плазмид, понимания механизма вставки целевого гена и его дальнейшей экспрессии.
|
| Занятие 8
«Плазмидные векторы»
| Выделение геномной ДНК
| Получение практических навыков в области молекулярной биологии.
| Закрепление знаний протоколов выделения геномной ДНК
|
| Занятия 9-12
«Плазмидные векторы»
| Постановка ПЦР: сбор, подсчет необходимого количества реактивов и параметров работы амплификатора. Визуализация ДНК – электрофорез: приготовление агарозного геля, составление схемы фореза, поиск праймеров, подготовка проб, нанесение образцов на гель, запуск прибора.
Очистка продукта: вырезание фрагментов гена с необходимым ДНК продуктом, очистки с помощью набора для выделения ДНК из геля и реакционной смеси.
| Получение практических навыков в постановке ПЦР, проведении электрофореза в агарозном геле, очистке продукта из гель
| Изучение методики и сути полимеразной цепной реакции, электрофореза. Изучение методики вырезания фрагментов гена с необходимым ДНК продуктом с дальнейшей его очисткой.
|
| Занятия 13-16
«Плазмидные векторы»
| Планирование и постановка реакции рестрикции: подбор рестриктаз.
Визуализация: оценка полученных фрагментов после проведения электрофореза; прогноз результатов электрофореза. Очистка продукта.
| Получение практических навыков по получению ГМ-бактерий
| Изучение рестриктаз. Изучение схемы визуализации ДНК и определения длины последовательностей нуклеотидов.
|
| Занятия 17-19
«Создание ГМ -бактерий»
| Трансформация бактерий. Подготовка расходников (приготовление питательных сред, их стерилизация, подготовка чашек Петри с питательными средами (проверка на антибиотикочувствительность и резистентность). Проведение трансформации: бактериальной плазмидой или лигазным миксом по выбранному протоколу; выбор антибиотика для селекции клеток, высев бактериальных культур на твердые среды.
| Получение практических навыков по получению ГМ-бактерий
| Изучение влияния антибиотиков на те или иные группы микроорганизмов. Изучение протокола проведения трансформации бактериальных клеток.
|
| Занятия 20-22
«Создание ГМ -бактерий»
| Скрининг колоний.
Постановка реакции: выбор праймеров, расчет состава смеси, подбор условий ПЦР, программирование и запуск амплификатора.
Визуализация: расчет состава и приготовление геля, подготовка проб, нанесение геля, запуск электрофоретической камеры, визуализация и анализ результатов.
| Получение практических навыков по скринингу колоний микроорганизмов после проведения генетической трансформации.
| Изучение технологии скрининга колоний микроорганизмов после проведения генетической трансформации.
|
| Занятие 23
«Тенденции развития»
| Презентация результатов.
Анализ тенденций развития данных технологий.
| Демонстрация результатов. Доказательство создания ГМО.
| Теперь данную технологию можно использовать для создания различного рода организмов с заданными качествами, удовлетворяющими целям человека: снижение антибиотикорезистентности бактерий, устойчивость растений к факторам среды (температура, световой режим, влажность, опылители и пр.), создание продуктов питания большей калорийности (решение проблемы мирового голода) и пр. Изучение основ протеомики, генной терапии.
|