Lærervejledning øvelse om Cystisk Fibrose og Bioinformatik

Generelt om øvelsen.

Øvelsen Cystisk fibrose og Bioinformatik er en øvelse, hvor bioinformatik er integreret ind i den daglige undervisning, og den er tænkt til at understøtte et forløb om DNA og Proteinsyntese for Biotek A elever. Elevforudsætningerne er viden om DNA og proteinsyntese, Proteiners 3D struktur og Mendels 1. gens nedarving. 

Øvelsen er delt op i 4 aktiviteter, som man kan undervise som et sammenhængende forløb. 

Aktivitet 1 er et matrix gruppearbejde om komplikationerne ved cystisk fibrose. Varigheden af aktiviteten er ca. 30 min. Aktiviteten bruger ikke bioinformatik.

Aktivitet 2 er en gennemgang af proteinsyntesen af et normalt CFTR gen. Eleverne ser her på DNA sekvensen, mRNA sekvensen, aminosyresekvensen og det færdigt foldede protein. Eleverne bruger bioinformatik til at analysere sig frem til, hvor mange exons, den kodende del af CFTR genet danner og udregner, hvor lidt af CFTR genet, der faktisk er kodende. Varigheden af aktiviteten er er ca 1 ½  time.

Aktivitet 3 består af 2 dele. Først ser eleverne på hvordan CFTR kanalproteinet kan åbnes og lukkes vha. ATP og cAMP, og hvordan at der først dannes en færdig kanal af alfa-helixer når proteinet aktiveres, dvs åbnes. Eleverne skal nu sætte sig ind i de 6 mutationsklasser, man inddeler CFTR gens mutationer i, og forstå forskellen på, hvordan de påvirker funktionen af det færdige protein og dermed strømmen af chlorid ioner over cellemembranen. Til slut er der en analyse af 3 forskellige DNA mutationer, og deres effekt på det færdige protein. De 3 mutationer er en punktmutation, en deletion uden frame shift og en punktmutation med dannelse af for tidligt stopcodon (nonsense mutation). Eleverne sammenligner både DNA’et, aminosyrerækkefølgen og endelig det ikke muterede og det muterede protein, for at få en forståelse af, hvor store ændringer der er sket.

Varigheden af øvelsen er ca. 1 ½ time

Til aktivitet 3 er der lavet en ekstra øvelse om en splice mutation. Øvelsen er tænkt som en mulighed for at lave differentieret undervisning, hvor de hurtige eller ekstra interesserede elever kan gå i dybden med noget stof, der er lidt sværere. Splice mutation medfører et frame shift, hvilket også giver et for tidligt stopcodon. 

Aktivitet 4 fokuserer på nedarvningen af cystisk fibrose alleler. Med mere end 2000 forskellige mutationer beskrevet i CFTR genet, er det langt fra givet at en person med cystisk fibrose er homozygot for en mutationstype. Alt efter mutationstype, vil effekten være forskellig i forhold til CFTR proteinets fejl. Ud fra dette skal eleverne finde ud af, hvilken medicinering, et barn med cystisk fibrose skal have baseret på forældrenes mutationer. Varigheden af aktivitet 4 er ca. 1 time. Den sidste del af øvelsen er at eleverne går ind og læser en personlig historie om det at leve med cystisk fibrose, og denne del er inkluderet i tidsrammen. Udelades denne vil man kunne lave aktiviteten på ca. 45 min. 

Det er dog også muligt at bruge aktivitet 2 til at træne proteinsyntesen med eleverne uden at bruge de andre aktiviteter. Aktivitet 3 - om mutationer - er koblet til aktivitet 2, så eleverne bruger det de har lært i aktivitet 2 til under aktivitet 3.