Christian Bijvoets, klas 11a Periode Biologie – DNAlabs Docent: Bart J. van Zweeden Datum: 6 januari / 24 januari Practicum 1 Over rode uien Handelingen: Ik zat in een “team” met Jente, en we begonnen met de ui. We merkten dat we eigenlijk te groot en niet nauwkeurig genoeg bezig waren, dus besloten we om het kleiner aan te pakken. We sneden éérst een vierkantje uit de uienrok, en haalden daar het vliesje vanaf. Dat konden we goed bekijken. Zie voor een tekening de volgende pagina. Vervolgens legden we op de voorgeschreven manier een druppel zout water naast het dekglaasje, en zogen het water vanaf de andere kant met behulp van een groen papieren doekje onder het dekglaasje door. Waarnemingen: Nadat we het zout hadden toegevoegd wachtten we een paar minuten, maar er gebeurde niets. We deden nog wat extra zout water bij het preparaat, maar na weer een paar minuten gebeurde er nog steeds niets. We besloten het opnieuw te proberen, maar weer hetzelfde resultaat. Gelukkig stond er een filmpje op Youtube, zodat ik het proces van de plasmolyse tóch kan beschrijven. Wat er eigenlijk gebeurt is dat het water in de cellen minder zout is dan het water wat we er kunstmatig omheen brachten. Het zout kan niet door de celmembranen heen, maar het water wel. En nu is het zo dat de natuur het evenwicht probeert te herstellen, om het overal even zout te krijgen. Het gevolg is dat het water de cellen uit stroomt, zodat de inhoud van de cellen kleiner wordt, en het zoutgehalte weer overeenkomt met het zoutgehalte van het water buiten de cellen. Maar de cellen krimpen dus, en de celmembranen komen dus los van de celwanden. Ook hiervan is op de volgende pagina een tekening te vinden. Als we vervolgens weer gewoon water zouden toevoegen aan het preparaat op dezelfde manier als eerder met het zoute water, dan zullen de cellen weer “zwellen”. Dat is ook logisch, want ervan uitgaande dat de zoutconcentratie overal zo veel mogelijk gelijk wil zijn, kun je bedenken dat de zoutconcentratie ín de cel nu weer te hoog is, met als gevolg dat er extra water instroomt, met als gevolg dat de cellen weer groter worden. Dit gebeurde nogmaals niet echt bij ons in de klas, waarschijnlijk omdat het water toch niet zout genoeg was, of omdat we nóg langer hadden moeten wachten. Ik had tijdens de biologielessen al wel eens dit soort zaken gezien, maar nog niet zo goed zelf geprobeerd. Bovendien vond ik het erg leuk om te zien dat je naast de celwanden ook heel af en toe de intercellulaire ruimten kon zien. En de celkernen natuurlijk, ook die waren vaak goed te zien. Zie hiervoor ook de tekeningen op de volgende bladzijde. Practicum 2 Over tulpen Handelingen: We sneden eerst zelf wat coupes. We hadden hem eerst weer véél te dik gemaakt, en moesten ons dus weer dwingen om een stuk nauwkeuriger te werken. We sneden weer een coupe, en deze was redelijk dun. We konden hem mooi bekijken. Later kwamen we een bakje tegen met methyleen, een blauwe kleurstof, waardoor de contrasten van de coupe beter zichtbaar werden na toevoeging door middel van intrekking van deze stof aan het preparaat. Wel was het zo dat we niet het hele preparaat in één keer konden bekijken, we zagen een stuk van de rand, ongeveer een kwart van de coupe, schat ik. Waarnemingen: Zie voor een tekening de volgende bladzijde. We zagen dat de steel uit allemaal ronde cellen was opgebouwd, variërend in grootte. Hier en daar, in aantal toenemend naarmate men meer naar de rand van de stengel keek, waren donkerder plekken te zien, waarin de cellen gemiddeld wat kleiner werden, met een bepaalde structuur van grote en kleine cellen. Zie hiervoor de tekening. We vroegen David, de TOA, wat dit waren, en hij vertelde dat dit de transportvaten waren. Aan de rand van de coupe werden de cellen ook sowieso wat kleiner, niet alleen bij die vaten. En helemaal aan de rand was nog een soort lijn te zien, vermoedelijk van heel kleine cellen, maar die konden we niet onderscheiden. Omdat er in de opdracht ook een plaatje van een éénzaadlobbige plant te zien was, konden we onze coupe met deze doorsnede vergelijken, en ik vermoed dat ook een tulp een éénzaadlobbige plant is. Een vlugge search op het internet leerde mij dat bij een éénzaadlobbige plant de vaatbundels verspreid door de stengel zaten, en bij tweezaadlobbige planten zouden ze in een ring zitten. Dat klopte wel, de vatenbundels leken best wel verspreid. Bart vertelde ons ook dat er inderdaad verschillende cellen in zo’n coupe te onderscheiden waren, zoals de opperhuid (epidermis) helemaal aan de buitenkant (die lijn die ik al had waargenomen). Maar ook de zeefvaten en houtvaten zouden moeten kunnen worden waargenomen, deze zou je terug moeten kunnen vinden in de vatenbundels. Ik kon deze vaten nauwelijks onderscheiden, maar de vorm van de gehele vatenbundel klopt wel met wat ik vindt op het internet over deze verschillende vaten, die in zo’n vatenbundel zitten. Hiernaast een aardig plaatje om een beeld te geven van die vatensoorten. Merk op dat de vorm van het geheel, van de hele vatenbundel in de tekening, inderdaad wel wat overeenkwam met de vorm op het plaatje. Practicum 3 Over fruitvliegen Handelingen deel 1: We kregen een binoculair, wat in feite een heel lux vergrootglas is. Hieronder legden we eerst wat preparaten van fruitvliegen (met de officiële Latijnse naam: drosophila melanogaster) en we gingen kijken of we verschillen of andere opmerkelijkheden konden zien. Waarnemingen deel 1: We konden inderdaad heel goed de verschillen zien in oogkleur, vleugelvorm en geslacht. De mannetjes waren namelijk opmerkelijk kleiner dan de vrouwtjes. Ik vond het heel mooi dat er bij een paar preparaten de kop van de vliegjes gedraaid was, zodat je het lijf vanaf de zijkant kon bekijken, en de kop mooi van voren. Ook vond ik het opmerkelijk om waar te nemen dat fruitvliegjes ook nog behaard zijn. Dat verwacht je niet van zo’n minibeestje. Ook zaten er beestjes bij met een bruinig achterlijfje, maar ook waren er exemplaren die het met een zwarte achterkant moesten doen. Bij gebrek aan een smartphone om foto’s te maken heb ik maar een fotootje van het internet geplukt, waarop een roodogig en een witogig beestje zijn te zien. Handelingen deel 2: Nu gingen we iets nog leukers doen. Bart had een buisje met een volkje fruitvliegen bij zich, en hij had onder in het buisje een voedingsbodem, waar meteen ook de eitjes in werden gelegd. We namen allemaal een brokje voedingsbodem, wat we vervolgens uit elkaar lieten vallen in water in een petrischaaltje. En we namen ons trouwe binoculairtje weer, waar we dit schaaltje onder zetten. Waarnemingen deel 2: De resultaten waren verbluffend. Je kon een paar larven al met het blote oog zien als héél kleine wormpjes, maar onder deze superloep konden we de hele structuur van het beestje zien, en ook zijn machtige kaken. Ik heb het geluk gehad dat een paar klasgenoten foto’s wilden maken voor me, dus die heb ik op de volgende pagina bijgevoegd. 3e instar larva boven, pupa onder. Genomen met een smartphone door een binoculair (vandaar de zwarte hoekjes). Een van internet geplukt plaatje waar je in de rode cirkel de kaken van het larfje kunt zien. Drosophila Melanogaster met donker achterlichaam, gewone vleugeltjes en rode ogen. Zie je die enorme kaken? En hier en daar kwamen we ook kleinere beestjes tegen, die simpelweg een kleinere versie van hun grotere soortgenoot waren. Bovendien zaten er een soort zombielarven tussen, die zich in het achterlijf van een dode fruitvlieg hadden genesteld! Er zaten ook poppen bij, die niet bewogen, maar alleen maar stil lagen te liggen, in de hoop ooit een grote, sterke fruitvlieg te worden. We hebben dus de 1e instar larva, de 2e instar larva, de 3e instar larva en de pupa gezien. De embryo’s en de prepupa’s bleven echter voor ons versscholen. Vooral de 3e instar larva vond ik echt indrukwekkend, en ik heb ook nog geprobeerd deze beestjes te tekenen, wat erg lastig was. Tekening van de larven. Levenscyclus van de Drosophila Melanogaster. Vragenlijst module cellen 1. Noem drie verschillen tussen plantencellen en dierlijke cellen. - Plantencellen hebben een vacuole (vochtkamer), en dierlijke cellen niet. - Plantencellen bevatten plastiden (belangrijke stoffen maken en opslaan), en dierlijke cellen niet. - Plantencellen hebben een celwand én een celmembraan, dierlijke cellen alleen een celmembraan. 2. Door welke celstructuur ontleent een plantencel zijn stevigheid? Door de celwand en de vacuole. 3. Plantencellen bezitten chloroplasten. Wat is hun functie? Ze spelen een belangrijke rol in de fotosynthese van een plant, ze vangen het zonlicht namelijk op. 4. Zowel plantencellen als dierlijke cellen bezitten een duidelijk kern met een eigen kernmembraan. Bestaan er celtypen die een dergelijke duidelijk te onderscheiden kern niet hebben? Dat zijn de procaryoten zoals bacteriën en oerbacteriën. 5. Leg in je eigen woorden uit wat chromosomen zijn. Chromosomen zijn DNA-slierten die dusdanig samengedraaid zijn dat ze een grote kluwen vormen, in een soort dikke worstvorm. 6. Leg in je eigen woorden uit wat de functies zijn van de kern van de cel. In die kern bevinden zich die chromosomen, die dus alle informatie bevatten in de vorm van DNA. 7. In het practicum heb je het verschijnsel plasmolyse gezien. Leg in enkele zinnen uit wat er in dat proces gebeurt. Ik heb die al eens beschreven in het practicum waarbij we die proef gingen doen, dus hier een citaatje: “Wat er eigenlijk gebeurt is dat het water in de cellen minder zout is dan het water wat we er kunstmatig omheen brachten. Het zout kan niet door de celmembranen heen, maar het water wel. En nu is het zo dat de natuur het evenwicht probeert te herstellen, om het overal even zout te krijgen. Het gevolg is dat het water de cellen uit stroomt, zodat de inhoud van de cellen kleiner wordt, en het zoutgehalte weer overeenkomt met het zoutgehalte van het water buiten de cellen. Maar de cellen krimpen dus, en de celmembranen komen dus los van de celwanden.” 8. Bij de celdeling vindt eerst een deling van de kern plaats. Is dat juist of onjuist? Hoe eventueel anders? Dat is juist. De kernmembranen verdwijnen tijdelijk, zodat de gedupliceerde chromosomen eruit kunnen, en daarna ontstaan er om de twee chromosomengroepjes weer kernmembranen. 9. Bij de mitose ontstaan altijd twee dochtercellen. Deze zijn volledig identiek. Is dat juist of onjuist? Licht je antwoord kort toe. Dit is juist. De éne cel krijgt gewoon de chromosomen die in de moedercel zaten, de andere cel krijgt de exacte kopie daarvan. 10. De meiose-II is vergelijkbaar met de mitose. Verklaar dit. Bij meiose-I worden de chromosomenparen verdubbelt en in paren weggetrokken. Bij de mitose en bij de meiose worden er chromosomen als individu weggetrokken. 11. In het DNA van de cellen kunnen tijdens het leven van de cel veranderingen optreden als gevolg van straling of chemische stoffen. Hoe noemen we zo'n verandering? Een mutatie van het DNA. 12. Een zygote ontstaat als een eicel wordt bevrucht wordt door een zaadcel. Leg kort uit waarom dit proces van zygote-vorming niet leidt tot een verdubbeling van erfelijk materiaal. Omdat zowel de zaadcel als de eicel beide zijn ontstaan uit meiose-II, waarvan we net geleerd hebben dat er enkele chromosomen in een cel terecht komen. Het is wel zo dat er bij de meiose-II minder de helft van de chromosomen zijn als bij de mitose, maar de manier van delen is wel hetzelfde. Kortom: de zaadcellen vormen samen een zygote die als een normale diploïde cel door het leven gaat. 13. Het menselijk DNA bestaat voor 98% uit coderende regio's. Is dit juist of onjuist? Dit is juist. 14. Mendel heeft vier wetten gevormd; - De uniformiteitswet: als je twee raszuivere individuen (die maar in één kenmerk verschillen) met elkaar kruist, dan zijn de F1-nakomelingen onderling identiek. - De dominantiewet: Alle individuen uit de eerste generatie vertonen hetzelfde kenmerk als het kenmerk van één van beide ouders (P-generatie). - De splitsingswet: bij onderlinge kruising van individuen uit de eerste uniforme generatie krijg je nakomelingen met verschillende genotypen. Daarbij komen de kenmerken in een vaste getalsverhouding tot uiting: 3:1 bij dominant-recessieve overerving en 1:2:1 bij partiële (of co-) dominantie. - De onafhankelijkheidswet of reciprociteitswet: de verschillende kenmerken worden onafhankelijk van elkaar overgeërfd (indien ze op verschillende chromosomen liggen). (Bron: Wikipedia). Geef van al deze wetten een treffend voorbeeld. 1. AA x aa geeft voor elke nakomeling Aa. 2. Aa x AA geeft voor twee nakomelingen Aa, en voor twee nakomelingen AA. Qua genotype zijn ze ongelijk, maar qua fenotype zijn ze hetzelfde. 3. Aa x Aa geeft AA, Aa, aA en aa. 3:1 qua fenotype dus. Met codominantie bedoelen ze dat Aa een tussenvorm van AA en aa geeft. Dan heb je dus 1:2:1. 4. Mendel bedoelt hiermee dat de verschillende eigenschappen (bijvoorbeeld gerimpelde erwten of gladde erwten) niet met andere eigenschappen te maken hebben (bijvoorbeeld groene of gele kleur). Deze twee eigenschappen zijn onafhankelijk van elkaar. Maar als ze fysiek heel dicht bij elkaar op een chromosoom liggen, dan is de kans dat je bijvoorbeeld groene erwten hebt, en dat groene erwten dan ook sowieso glad zijn. 15. Wat denk je? Als Mendel geweten had dat DNA bestond en al zijn 'factoren' in het DNA van de erwt terug te vinden zouden zijn, zouden zijn wetten dan anders zijn geweest? Ik vind deze vraag erg lastig, maar ik vermoed dat de wetten dan nog steeds hetzelfde zouden zijn. We gebruiken deze wetten immers nog steeds, en nu weten we wel dat DNA bestaat. Vragenlijst module genclassic 1. Mendel kruiste ooit twee erwtenplanten met elkaar: De ene had gele (g) zaden, de andere groene (G) zaden. Hoe ziet de F1-generatie eruit? Beschrijf dit kort. Ik ga ervan uit dat de beide “ouders” (P) homozygoot waren voor deze eigenschappen. De kinderen (F1) zullen allemaal het genotype Gg hebben, en zullen dus allemaal groen zijn, omdat groen hier dominant is en geel recessief. 2. Een plant die homozygoot is voor zowel het kenmerk gele zaden als gerimpelde zaden, wordt genetisch voorgesteld door: A. ggrr B. GgRr C. Ggrr D. ggRr 3. Wat is het verschil tussen de begrippen fenotype en genotype? Het genotype is hoe een eigenschap genetische is bepaald (we geven dat vaak aan met hoofdletters en kleine letter, zie vraag 2). Het fenotype is hoe een eigenschap tot uiting komt, dus bijvoorbeeld welke kleur en structuur een erwt heeft. Aan het genotype kun je het fenotype aflezen, maar andersom niet. 4. Wat is er een oorzaak van dat een plant (of dier) genotypisch een kenmerk kan 'dragen' maar dit uiterlijk niet vertoond? Die eigenschap is dan recessief, en zal worden verdrukt door een dominante eigenschap. Bijvoorbeeld een erwt die groen is, maar wel het genotype Gg heeft, waarin G voor groen staat en g voor geel. Geel is hier recessief (kleine letter), maar kan deze eigenschap wel doorgeven aan zijn kinderen. 5. Verklaar de termen diploïd en haploïd. In een diploïde cel komen de chromosomen allemaal twee keer voor. In een haploïde cel komen ze allemaal slecht één keer voor. Geslachtscellen zijn haploïd. 6. Bij tomaten (en trouwens veel andere planten) komt tetraploïdie voor. Wat zou daarvan het effect kunnen zijn? Misschien is dit gunstig, omdat er dan minder kans is op homozygoot recessieve nakomelingen? Ik kan me voorstellen dat een tomatenkweker rode tomaten wil en geen gele (misschien bestaat dat ook wel), en ook wil een kweker geen gerimpelde schil. Ik noem nu maar een paar eigenschappen die waarschijnlijk niet erg realistisch zijn, maar als je in plaats van Aa bij een tetraploïde cel Aaaa kan hebben, lijkt me dat gunstig, omdat je weinig kans hebt op aaaa, wat misschien ongunstig zou kunnen zijn. 7. Leg in je eigen woorden uit wat er (globaal) gebeurd bij de 'crossing-over'. Als de chromosomenparen tijdens de meiose-I in paren in het middenvlak van een cel liggen (dus dan heb je 4 chromosomen naast elkaar), dan kunnen er delen van een chromosoom uitgewisseld worden. Dan krijg je dus ander erfelijk materiaal, en zal je andere genen in een cel krijgen, waardoor die een ander genotype en dus ook mogelijk een ander fenotype zal hebben. 8. Noem drie verschillen tussen een bacterie en een lichaamscel (bijvoorbeeld een levercel). -Lichaamscellen zijn dierlijke cellen en hebben een celkern, bacteriën niet. -Bacteriën hebben soms een soort staart om zich voort te bewegen, dierlijke cellen niet. Zaadcellen weer wel. -Lichaamscellen hebben endoplasmatisch reticulum, bacteriën niet. 9. Zie onderstaand kruisingsschema waarin G en r niet gekoppelde autosomale kenmerken zijn. Neem het schema over en vul het in zodat duidelijk wordt wat de genotypen van de F1 en F2 zijn. P Gameten F1 Gameten F2 GGrr G en r GgRr G, g, R, r X ggRR g en R X GgRr G, g, R, r GGRR, GGRr, GGrr, GgRR, GgRr, Ggrr, ggRR, ggRr en ggrr. Zie volgende pagina voor uitleg. Zie volgende pagina voor uitleg. Het Punnet-vierkant voor de ene eigenschap: ↓ → G g Gg g Gg G Gg Gg Het Punnet-vierkant voor de andere eigenschap: ↓ → R r Rr r Rr R Rr Rr Alle nakomelingen zullen dus GgRr hebben als genotype. Hieronder een Punnet-vierkant, waarin in één keer alle resultaten zijn samengevoegd voor de beide eigenschappen in de F2 (dit zou je ook eerst met twee losse Punnet-vierkanten kunnen doen zoals ik hierboven deed). ↓ GR Gr gR gr → GR GGRR GGRr GgRR GgRr Gr GGRr GGrr GgRr Ggrr gR GgRR GgRr ggRR ggRr gr GgRr Ggrr ggRr ggrr Er zijn dus 8 verschillende genotypen te ontdekken: GGRR, GGRr, GGrr, GgRR, GgRr, Ggrr, ggRR, ggRr en ggrr. Practicum 4 Over bacteriën Handelingen: We begonnen dit practicum in een frisse stijl. Dat wil zeggen: we gingen naar buiten om aarde te verzamelen. We werkten in groepjes van 2, en we verzamelden per groepje ook weer 2 buisjes met aarde. Wij haalden onze aarde van twee verschillende plekken. Één monster haalden we uit een molshoop, en de ander haalden we van een kaal stuk aarde tussen het gras. Toen we weer binnen waren voegden we aan onze halfgevulde buisjes nog wat water toe, en dit geheel schudden we (met de dop erop natuurlijk) eens flink door elkaar. Er ontstonden na bezinking drie lagen in de buisjes. Op de bodem lag het zand, daarboven was een soort van waas van lichter zand, en bovenaan was alleen maar bruin water te zien. Bart gaf ons twee gedestilleerde petrischaaltjes met een agar-bodem. Dit is een speciale gelachtige bodem waar glucose in zit als koolstofbron, Marmite voor nog wat extra suiker en natuurlijk agar (wierachtige plant), in poedervorm. Dit is met z’n allen dus een gelachtige substantie geworden, en die is gestold op de bodem van de petrischaaltjes. Wij kregen bovendien nog een derde petrischaaltje, waar Bart ook een agar-bodem in had gedaan, maar waar Chinese antibiotica in zat verwerkt. De vraag was of daar bacteriën op zouden kunnen groeien. We zetten één van de twee buisjes met aarde erin in een heet-waterbad, waar water van een graad of 80 in zat. Het andere buisje lieten we nog even staan. Nadat echt alles was bezonken namen we een met sterke alcohol gedestilleerd roerstaafje, dat dienst deed als entnaald. Men gebruikt normaal entnaalden die supersteriel worden gemaakt door ze te laten gloeien in vuur, maar we hadden er daar niet genoeg van. Daarom gebruikten we die roerstaafjes. We dompelden het roerstaafje in de oplossing in het aardebuisje, en we streken de ene druppel die eraan bleef hangen volledig uit over het agar-bodempje. Meteen nadat we dat hadden gedaan sloten we het (luchtdoorlatende, maar toch steriele) dekseltje van het schaaltje weer af, zodat er geen loslopende bacteriën in zouden kunnen komen. We hoopten dat er omdat we maar één druppel uitstreken, plaatsen in het schaaltje zouden ontstaan waar maar een paar bacteriën te vinden zouden zijn, zodat er later een kolonietje zou kunnen ontstaan uit één bacterie, en geen mengsel van meerdere soorten bacteriën. Ook zetten we hier en daar een vinger in de bodem, om te kijken wat voor bacteriën er op een vingertop zouden leven. We deden hetzelfde met de antibioticabodem, en na zo’n 30 minuten wachten deden we weer hetzelfde met het verwarmde monster. We streken ook dat uit over een bodem in een (ander) petrischaaltje. Nu zetten we de schaaltjes in de kast, en was het wachten geblazen. Om verwarring te voorkomen hadden we met een speciale stift met korte aantekeningen onze schaaltjes gemarkeerd. Drie dagen later gingen we de resultaten bekijken. We zagen inderdaad dat er vreemde strepen en stippen waren ontstaan, zowel gele als witte. Van de gele zei Bart dat deze waarschijnlijk uit het menselijk lichaam waren gekomen. Deze zouden dan natuurlijk via het uitademen terecht kunnen zijn gekomen op de agar-bodem. Ook zagen we schimmel ontstaan. Nu was de opdracht om de bacteriën eens te bekijken onder de microscoop. Dat moest op een heel specifieke manier gebeuren, omdat je ze anders minder goed zou kunnen zien. Het was de bedoeling dat we eerst een heel klein druppeltje water op het objectglaasje zouden leggen, en daar een klein stukje van zo’n bacteriekolonie in zouden leggen. We besloten om ons objectglaasje zó in te richten, dat we er drie druppels op kwijt konden. We namen een stukje van zo’n geel volkje, en uit een ander bakje, het bakje waar geen warm bad overheen was gegaan, namen we een wit volkje. We legden ze in de druppel. Uit het Chinese-antibioticabakje namen we ook een volkje, maar omdat we buigbare, plastic roerstaafjes gebruikten om de bacteriën over te zetten, werden deze per ongeluk gekatapulteerd in mijn gezicht, waarna we geen bacteriën meer hadden, althans geen heel volkje. We gingen tóch verder met dit volkje, want er waren nog genoeg bacteriën op het objectglaasje terecht gekomen dankzij mijn eerdere pogingen om de grote bacterieklont van de roerstaafjes op het glaasje te krijgen. Op dit punt in het experiment stopten we even om te kijken naar de bacteriën nu ze nog leefden. Maar helaas waren ze erg moeilijk te zien, en gingen we maar verder op de normale manier. Nadat de druppels om de bacteriën heen waren opgedroogd (met behulp van een vlammetje) was het de bedoeling dat we nu één minuscuul druppeltje kristalviolet zouden toevoegen, en dat deden we dus ook. Na een minuutje van indrogen spoelden we het af met water (bij gebrek aan aquadest). Dit kristalviolet zou ervoor zorgen dat de bacteriën zouden worden vastgeplakt aan het dekglaasje, zodat we ze goed konden bestuderen zonder dat ze misschien heen en weer zouden bewegen. Vervolgens voegden we weer een nieuw kleurstofje toe, lugol genaamd. Dit was een bruinige kleurstof, die met de Gram-kleuring te maken had (hierover verderop meer). Deze kleurstof lieten we ook weer een beetje intrekken, en we spoelden de rest weer weg, dit keer met spiritus. Nadat de spiritus was gedroogd konden we de bacteriën eindelijk gaan bekijken! (De fuchsine voegden we niet toe, omdat het volgens Bart niet noodzakelijk was.) Waarnemingen: De hele kolonies waren te zien! Echt bijzonder mooi en leuk om te zien! Ik zag nu wél bacteriën, paarse nog wel! Dat kwam natuurlijk door de kleuringen die we hadden gebruikt. En het gekke was dat de ene bacteriekolonie bestond uit piepkleine bacterietjes, die met een microscoop maar net te onderscheiden waren. De andere bacteriën daarentegen waren reusachtig! Je kon ze gewoon tellen! Op de volgende pagina zie je de foto’s die een aardige klasgenoot (Hannah Prins) voor mij wilde maken en doorsturen. De bacteriën die op het eerste gezicht gelig leken, waren dus veel groter dan de witte bacteriën! En de bacteriën uit de Chinese antibioticaschaal waren toch niet talrijk genoeg om zeker te kunnen zijn of je nu een bacterie of een ander vuiligheidje zag. Hieronder de opname van de grotere bacteriën. De blauwe kleur komt door de violetkleurige kleurstof. Hieronder de opname van de grotere bacteriën, je ziet een duidelijke afscheiding tussen veel bacteriën en weinig bacteriën. Dit is een opname van de rand van de kolonie. Dit is zoals je het met het oog kon zien door de microscoop. Ik heb het iets vergroot op de computer in de hoop dat het beter zichtbaar zou zijn. Hierboven zie je een groepje bacteriën, waarschijnlijk van de rest van de kolonie gescheiden door mijn geklungel met kleurstof en andere vloeistoffen. Hier zien we veel duidelijker echt losse bacteriën, zoals links boven, waar de rode cirkel omheen staat. Na wat geklungel met contrast en lichtsterkte heb ik dit plaatje kunnen fabriceren. De donkere stippen zijn allemaal bacteriën. De bacterie die ik heb omcirkeld in het rood lijkt net klaar te zijn met een vermenigvuldiging. Opdrachten: 1. Wat is het nut geweest van het 80 graden bad? Daardoor werd er een beetje geëlimineerd onder de bacteriën, zodat alleen de sterkste zouden overleven en dus ook konden worden voortgekweekt. 2. Waren er verschillen tussen de petrischaaltjes 1,2,3 en 4,5, 6? Welke? Wij hadden uiteindelijk maar drie petrischaaltjes, het verschil was niet heel goed te zien. Wel was duidelijk dat er in de ene schaal meer bacteriën door elkaar heen waren gegroeid (die waar de bacteriën níet waren verhit in het warmwaterbad. In dat schaaltje waren ook gele puntjes te zien, en in het verhitte schaaltje niet. 3. Wat is het nut van het uitgloeien van de entnaald? Daarmee voorkom je dat je per ongeluk bacteriën meeneemt op die naald, als je ermee over de agarbodem gaat strijken. In zo’n vlam wordt het namelijk wel meer dan 300 graden Celsius, en de meeste bacteriën kunnen daar niet tegen. 4. Welk type bacterie levert een glimmende kolonie op, en welk type een meer doffe? Ik heb dit verschil niet zo goed kunnen waarnemen. Voor mijn gevoel waren de doffe bacteriën de bacteriën die verwarmd waren, en de glimmende waren de kolonies die niet verwarmd waren. 6. Met kristalviolet en lugol, voer je een zgn. Gramtest uit. Zoek op Internet wat deze Gram-kleuring inhoudt. De Gram-kleuring is een manier van kleuren waarop je bacteriën kan onderscheiden in twee groepen. De Gram-positieve bacteriën zullen blauwpaars kleuren (dat waren al onze bacteriën), en de Gramnegatieve bacteriën, die roodachtig zouden kleuren. Dit heeft te maken met de kristalviolet. De bacteriën die Gram-positief zouden zijn, die houden het kristalviolet beter vast dan de Gram-negatieve bacteriën. Sterker nog: door de alcoholische afspoeling verliezen Gram-negatieve bacteriën al de kleurstof. Het verschil tussen Gram-positieve en Gramnegatieve bacteriën zit hem in de bouw van de celwand. Dit verklaart ook het verschil in vasthoudbaarheid van de kleurstof. De laatste kleuring moest eigenlijk met fuchsine gebeuren, deze zorgde ervoor dat de gram-negatieve bacteriën roodachtig zouden kleuren. In ons practicum deden we dit niet, met als gevolg dat alleen de Grampositieve bacteriën voor ons zichtbaar werden. Nog leuk om te weten: Gram was een Deense microbioloog. Zijn volledig naam was: Hans Christian Gram. Hij leefde van 1853 tot 1938. Vragenlijst module molgen 1 1. Waar staan de letters DNA voor? Desoxiribo Nucleine Acid 2. Wat is het verschil in structuur tussen DNA en RNA? DNA bestaat uit een enorme reeks van fosfaatjes en desoxiribosetjes. Deze wisselen elkaar af, en aan elke desoxiribose vinden we een base. Dat kunnen er bij het DNA vier zijn: Adenine (A), Cytosine (C), Guanine (G) en Thymine (T). RNA bestaat ook uit vier verschillende nucleotiden (dat zijn de fosfaat, de desoxiribose en de base met elkaar in één woord). RNA heeft ook Adenine (A), Cytosine (C) en Guanine (G), maar in plaats van Thymine heeft hij Uracil (U). 3. Wat is het verschil in functie tussen DNA en RNA? DNA is er alleen maar om alle genetisch bepaalde eigenschappen vast te leggen, en die in iedere cel te krijgen. RNA daarentegen is bedoeld om eiwitten te produceren die alles in een cel regelen. 4. Hoe zou een DNA-sliert van bijna 2 meter toch in elke menselijke lichaamscel kunnen passen? (Deze cellen zijn misschien 0,005 mm groot) Hij moet zich ontzettend oprollen en op die manier compacter worden. 5. In het wereldberoemde artikel van Watson en Crick, staat deze zinsnede: “It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the genetic material.” Wat bedoelen de onderzoekers hier eigenlijk? Ze zeggen hier dat ze natuurlijk niet over het hoofd hebben gezien dat er door de specifieke gepaardheid van de nucleotiden (C met G en T met A) een kopieermechanisme mogelijk is. 6. De replicatie van het DNA gaat vooraf aan de celdeling. Leg kort uit hoe de replicatie van het DNA in zijn werk gaat. Eerst wordt de dubbele “wenteltrap” losgemaakt door een soort ritsvormig enzym, helicase genoemd. Daarna scant het DNApolymerase-enzym de twee losse strengen, en legt de tegenovergestelde nucleotide tegen elke nucleotide aan. Het enzym DNA-ligase koppelt de nu nog losliggende nucleotiden aan elkaar. Nu heb je twee dubbelde wentelende DNA-strengen. 7. Wat is het verschil tussen transcriptie en translatie? Bij transcriptie wordt er met behulp van het DNA-molecuul een RNAmolecuul gemaakt, die voor de vorming van eiwitten zorgt. Het proces waarbij die eiwitten worden gemaakt met behulp van het RNAmolecuul heet translatie. 8. Beschrijf in je eigen woorden hoe het DNA voorschrijft hoe een eiwit eruit gaat zien? De RNA-moleculen die zijn ontstaan met als matrijs de DNAmoleculen, worden in stukjes van 3 nucleotiden bekeken. Elke bepaalde combinatie van A, C, G en U geeft een ander eiwit. Zo geeft AUG bijvoorbeeld methionine, en GUG geeft Valine. Elk drietal geeft dus een ander eiwit. 9. Mutaties zijn veranderingen in het genoom. Wat bedoeld men hiermee? Noem drie soorten mutaties. Gebruik eventueel Google om deze vraag te beantwoorden. Als er mutaties optreden in deze drietallen van nucleotiden, dan kunnen er ineens heel andere eiwitten worden gemaakt. De drietallen worden dan namelijk anders gevormd, net als een rij kinderen die je in drietallen verdeeld vanaf het begin van de rij. Als er nu een kind later ergens in het midden gaat staan, en de groepjes worden opnieuw ingedeeld, dan zullen er veel andere drietallen ontstaan. Dit kan gebeuren door drie verschillende manieren. Bij deletie raakt er ergens per ongeluk een deel van de RNA-streng kwijt, er valt een deel tussenuit of er breekt een deel af. Daardoor verschuift de hele zaak waardoor er andere eiwitten aan worden gemaakt. Bij insertie komen er juist per ongeluk nucleotiden extra bij. Een verzamelnaam voor deletie en insertie is frameshift. Het “frame” wordt “geshift”, verschoven. Bij transversie wordt A of G vervangen voor C of T. Bij transitie wordt G door A vervangen of andersom, of wordt C door T vervangen of andersom. En dit gebeurt dan misschien maar op één plekje, dit zijn allemaal kleinschalige mutaties. Er bestaan ook nog grootschalige mutaties, waarbij hetzelfde gebeurt, maar dan op grotere schaal. Een ander voorbeeld van grootschalige mutatie is de inversie, waarbij een hele nucleotidenketen wordt omgekeerd. 10. Stel een enkele DNA-streng ziet eruit als 5'AGCACACTGTAGTCAGTCAAATGT- 3' De aanduidingen 5 en 3 geven de oriëntatie weer. De andere, complementaire streng loopt precies anders om. Neem de streng over en zet het complement er tegen aan zodat een dubbele DNA streng ontstaat. Ik heb ze even om en om gekleurd, om duidelijk aan te geven welke nucleotide bij welke nucleotide hoort. 5'- AGCACACTGTAGTCAGTCAAATGT- 3' 3'- TCGTCTGACATCAGTCAGTTTACA- 5' 11. De letters in het RNA zijn A, C, G en U. T komt niet voor. De code voor het stopcodon is UGA. Welk onderdeel in de cel moet 'reageren' op het 'langskomen' van dit stopcodon? De ribosomen lezen alle codons af, en zullen dus ook moeten reageren op het langskomen van een stopcodon. 12. Een ribosoom (elke cel heeft er duizenden) is de plaats van de eiwitsynthese. Leg kort uit hoe dat gaat en noem daarbij de volgende termen: mRNA, rRNA, triplet, codon, peptide. De mRNA-streng (messenger-RNA) komt bij de ribosomen terecht. Daar gaat hij door een ribosoom heen. De ribosomen zelf zijn gemaakt van rRNA (ribosoom-RNA). Ze zijn tevens verbonden met het endoplasmatisch reticulum om de afvoer van de eiwitten te regelen. Die eiwitten die de ribosomen produceren bestaan allemaal uit aminozuren. Per codon (een ander woord voor codon is triplet) wordt er een ander aminozuur opgetrommeld. De aminozuren die door een bepaald deel van het mRNA worden gecodeerd gaan allemaal aan elkaar zitten en vormen zo het eiwit. De aminozuren worden “opgehaald” door transferRNA (tRNA). Het tRNA wordt na zijn aflevering weer opnieuw gebruikt. Een peptide bestaat ook aminozuren, maar is kleiner dan een eiwit. Een eiwit kan ook weer bestaan uit meerdere peptiden. 13. De vertaling van DNA in eiwitten gaat dus van DNA -> mRNA -> Eiwit (mbv tRNA). Een virus dat als ééncellige binnendringt weet DNA in een bacterie te lozen. Dit DNA nestelt zich in het DNA van de bacterie. Waarom gebeurt dat? Het nestelt zich tussen het DNA van de bacterie zodat het daar vertaald wordt naar mRNA, die op zijn beurt dus weer wordt omgezet in aminozuren die samen een eiwit vormen, en die eiwitten zullen dan gunstig werken voor het virus en de bacterie zal als virusvermenigvuldiger gaan werken. 14. In onderstaande tabel is te zien welke aminozuren (bouwstenen van eiwitten) gemaakt worden aan de hand van de RNA-tripletten (drietallen). Per drietal RNA-basen wordt één aminozuur geselecteerd en aan de groeiende eiwitketen geregen. A. Als het mRNA er zo uitziet: AUG ACU UAC GGG AGC AGC UUA AUA GUG GUG UAA UAA Over welke aminozuren gaat dit dan? Een eiwit start ALTIJD met AUG (en codeert ook voor Methionine) AUG = methionine, ACU = threonine, UAC = tyrosine, GGG = glycine, AGC = serine, AGC = serine, UUA = leucine, AUA = isoleucine, GUG = valine, GUG = valine, UAA = stopcodon, UAA = stopcodon B. Besef: RNA-polymerase oriënteert zich op de 5-oooooooooooooooooo-3 streng voor het begin en benut de tegenoverliggende streng 3-xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx-5 als matrijs! Hoe zag het DNA eruit? Kies uit één van de vier en geef aan waarom. A. 5- TAC TGA ATG CCC TCG TCG AAT TAT CAC CAC ATT ATT-3 3- ATG ACT TAC GGG AGC AGC TTA ATA GTG GTG TAA TAA-5 B. 5-ATG ACT TAC GGG AGC AGC TTA ATA GTG GTG TAA TAA-3 3-TAC TGA ATG CCC TCG TCG AAT TAT CAC CAC ATT ATT-5 C. 5-TTA TTA CAC CAC TAT TAA GCT GCT CCC GTA AGT CAT-3 3-ATG ACT TAC GGG AGC AGC TTA ATA GTG GTG TAA TAA-5 D. 5-TTA TTA CAC CAC TAT TAA GCT GCT CCC GTA AGT CAT-3 3-ATT AAT GTG GTG ATA ATT CGA CGA GGG CAT TCA GTA-5 Toelichting: De DNA-streng waarvan de mRNA-streng was gekopiëerd begon met het overstaande van AUG ACU UAC enz. Dat is TAC TGA ATG enz. want de A verandert in een U zoals je ziet. Nou, bij B. oriënteert de RNA-polymerase zich op de 5-oooooooooooooooooooo-3streng, en hij gebruikt de streng die andersom ligt (de onderste van de twee) als matrijs. C. Wat is de aminozuursequentie van 5- TTA CAC CAC TAT TAA GCT GCG CCC GTA AGT CAT UUU-3 3- AAT GTG GTG ATA ATT CGA CGC GGG CAT TCA GTA AAA-5 Eerst de mRNA uitvogelen (van de onderste dna-sliert, dat is de matrijs). Dat wordt dan dus: UUA CAC CAC UAU UAA GCU GCG CCC GUA AGU CAU UUU Dit wordt op zijn beurt omgezet in de aminozuren: Leucine, histidine, histidine, tyrosine, stop, alanine, alanine, proline, valine, serine, histidine, fenylalanine. D. Wat is er sowieso mis met de DNA-sequentie bij keuzemogelijkheid C? Het eerste codon (ATG) van de onderste DNA-sliert daar zou worden omgezet in AUG, en dat kan natuurlijk niet, dat alleen de T verandert en de rest wordt gedupliceerd. Verder lijkt het erop dat de hele zaak om is gedraaid, en dat heet inversie. Dit kan echt voorkomen, maar is niet echt handig, want dan worden alle tripletten ook anders. 15. Soms komen sequenties voor waarbij er als er een bepaald leesraam is die codeert voor een eiwit, maar als men het leesraam één positie opschuift, toch opnieuw een (ander) eiwit ontstaat. Probeer zo'n sequentie te maken met vier verschillende aminozuren. ...G AUG ACG GUC GUA U... staat voor methionine, threonine, valine, valine Als ik alles één plaats naar links verschuif krijg ik: ...GA UGA CGG UCG UAU... en dat staat voor stopcodon, arginine, serine, tyrosine. Dit zijn natuurlijk willekeurige nucleotiden. Schematisch overzichtje van zo’n nucleotide, in dit geval met de adenosinebase eraan. Practicum 5 Over isolatie van DNA Handelingen: Dit zou een practicum worden van een ander kaliber. Hier moesten we seminauwkeurig te werk gaan. Waar we eerst maar wat rond mochten wroeten in de aarde en in larvenvoedsel, moesten we nu al wat preciezer gaan werken. Het begon met het prakken van de banaan. We sneden een kwart banaan in kleine stukjes, die we met een vork in een petrischaaltje tot babyvoer prakten. Het was echt bananenmoes. Ondertussen nam een ander lid van ons team een bekerglaasje, en hij vulde dat met heet water, van een graadje of 80 uit het warmwaterbad. (Celsius hé, geen Kelvin. Brrr…) Hier voegde hij 3 gram zout op, en hij deed er ook een half reageerbuisje met groen afwasmiddel bij. Onze vloeibare banaan voegden we hier aan toe, en we roerden het eens flink door. Je vraagt je misschien af waar het afwasmiddel goed voor was. Nou, door het prakken met de vork waren er hoogstwaarschijnlijk al wel een paar cellen van de banaan kapotgemaakt, maar door de ontvettende eigenschap van het afwasmiddel werden de vettige celmembraampjes nu makkelijker kapotgemaakt, met als gevolg dat de inhoud van die cellen (waaronder het begeerde DNA) vrijkomt. We lieten dit geheeltje van bananenmoes, zout, afwasmiddel en water daarom even staan, omdat we de cellen natuurlijk wel de kans moesten geven om hun inhoud vrij te geven. Er was ons een wachttijd van een half uur opgegeven, met als voorwaarde dat we af en toe eens zouden roeren. We wachtten dus 10 minuten, en we goten de vloeistof in een koffiefilter. Uiteraard hadden we dit koffiefilter zó gepositioneerd dat we geen vloeistof zouden morsen. We gebruikten daarom een trechter. We lieten de vloeistof, die de DNAmoleculen met zich door het filterpapier heen zou voeren, in een klein erlenmeyertje stromen. Voor degenen die niet weten wat dat is, hiernaast staat er een kleine afbeelding van. Deze kleine erlenmeyer bevatte nu dus het DNA uit de cellen van onze banaan! Helaas kwam er een teamgenoot op het idee om nog meer vloeistof sneller door het filter heen te werken, met als gevolg dat er een vorkpunt in de filterwand terechtkwam, dat daardoor knapte en zijn inhoud weer naar beneden werkte. Dit was wel een beetje jammer, want nu konden we weer opnieuw beginnen. Maar de aanhouder wint zeggen ze vaak, en dat was ook bij ons het geval. Uiteindelijk hadden ook wij een erlenmeyertje met groen DNA-sap, wat gewoon op limonade leek. We voegden snel een theelepel zout toe, precies zoals de opdracht ons opdroeg. We roerden het erdoorheen, waarna we nog een lepel zout oplosten. We goten het geheel over in een reageerbuisje, en nu kwam de ijskoude spiritus aan de beurt. Het was de bedoeling dat we de spiritus uiterst voorzichtig op de oplossing goten, maar we deden het waarschijnlijk veel te ruw. We wachtten een tijdje, en we keken heel goed wat er gebeurde. Er ontstond een scheiding qua kleur. Onderop was transparante stof te zien, daarboven groenige kleur. Dit zou kunnen wijzen op ontmenging van het afwasmiddel en het water. Boven het groene afwasmiddelkleurige goedje was de laag koude blauwe spiritus te zien, met daarin ons resultaat. Waarnemingen: Wat we nu zagen gebeuren is dat er tussen het groene en het blauwe gedeelte van onze vloeistof een soort van wittige, bellerige klont ontstond. Je zou het beter een soort “snotje” kunnen noemen, zo noemde Bart het ook steeds. Het was een soort van moeilijk zichtbare drab. Ik heb op de volgende pagina een aantal foto’s toegevoegd, waar ik het resultaat in laat zien. Ik heb daar tevens een foto van het resultaat van klasgenoten die wél in één keer hun filtraat konden gebruiken geplaatst. Zoals je ziet is hun resultaat toch wat beter dan het onze. Maar dat kwam misschien ook omdat zij kiwi gebruikten zoals het was voorgeschreven, en wij waren experimenteel en vernieuwend bezig met een banaan. Ik vind het overigens wel bewonderenswaardig dat dat wat altijd verborgen blijft nu zichtbaar was geworden, weliswaar in de vorm van een bijna ondoorzichtig samenhangseltje, maar toch. Dit vlokje DNA is namelijk wel wat alles in het menselijk lichaam codeert, het zorgt voor alle erfelijke factoren die jij bij je draagt en die jou uniek maken. Opdrachten bij dit practicum: 1. Waarom voeg je bij stap 2 kokend water toe? Hiermee zorg je ervoor dat het zeepsop beter zijn werk doet in het stukmaken van de celmembranen, en het zorgt er ook voor dat de eiwitmoleculen die nog aanwezig waren kapot gingen, dat noem je denaturalisatie. 2. Welke celonderdelen maak je kapot tijdens het malen? Dat waren de celwanden en de celmembranen die alvast een beetje kapot gemaakt werden, en op deze manier zorgde je voor een grote verdelingsgraad van de cellen, zodat ze sneller en effectiever zouden worden kapotgemaakt door het afwasmiddel. 3. Welke celonderdelen gaan kapot door de toevoeging van afwasmiddel? De celmembranen die nog over waren, die werden nu volledig weggewerkt. 4. Zout verandert de structuur van eiwitten. Wat doet zout met de chromosomen? Dit vind ik een moeilijke vraag, maar ik vermoed dat het zout de chromosomen laat despiraliseren, want dan kunnen de DNA-strengen makkelijker door het filter heen en in ons groene filtraat belanden. Misschien dat chromosomen daar namelijk nog te groot voor zijn. 5. Het DNA ‘overleeft’ het warme water doordat het een stabiele structuur heeft. Waardoor is de structuur van DNA zo stabiel? Ik vermoed dat dit komt door hun schroefvorm, ze draaien als het ware “in elkaar”. Die manier van draaien noemen we een dubbele helix. 6. De kiwi bevat een eiwitsplitsend enzym; wat is een enzym? Een enzym is een eiwit. En een enzym werkt als een katalysator voor processen binnen of buiten een cel. Hij wordt zelf dus niet verbruikt, maar zorgt er wel voor dat er een procesversnelling ontstaat. Het enzym in de kiwi zorgt er dus voor dat de eiwitsplitsing sneller verloopt. De bananenmoes in het petrischaaltje. Het residu van onze filtersessie. Dit was vlak voordat een teamlid het filter stukmaakte en we opnieuw konden beginnen. Hier is het veel duidelijker. De witte slijmerige brei is hier het DNA. Dit is het resultaat van een ander groepje, zij gebruikten een kiwi. Opvallend is ook dat hun DNA in tegenstelling tot het DNA uit onze banaan wél boven kwam drijven. Dit was ons resultaat. In de rode cirkel zie je heel zwakjes wat DNA verschijnen. Misschien dat een banaan toch minder graag zijn DNA afstaat dan een kiwi. Onderaan het buisje zie je ook dat er echt een transparante laag ontstond. Het filtraat van onze filtersessie. Maar vlak hierna kwam de hele boel van boven naar beneden zetten door ons filtermankement. Close-up foto Ook thuis heb ik nog geprobeerd om op deze manier DNA te isoleren. Het resultaat was niet zo blinkend als sommige resultaten op school, maar ook bij mij thuis was er een waas te zien. Gelukkig had ik nog wat (plastic) reageerbuisjes liggen, en de rest van de spullen hadden we ook in huis. Hieronder het resultaat: De benodigdheden voor de isolatie van DNA. Alleen het afwasmiddel ontbreekt hier nog. Na een aantal pogingen was dit van de buisjesproeven toch wel het beste resultaat. Het was lang niet zo sterk als op school, maar toch beter dan niets. In de rode cirkel zie je heel vaagjes het DNA verschijnen in een witte waas. Hierna probeerde ik het nog eens in een klein glaasje, maar dit leek meer op een exotische tweelaagse coctail dan op een DNAisolatieexperiment… Bovendien zag ik hier helemaal niks gebeuren. Toen ik de volgende dag weer keek, zag ik tot mijn verbazing dat er wel degelijk iets was gebeurd in het glaasje. Ik weet niet precies wat, want alle lagen waren heel anders verdeeld dan op school, maar duidelijk was wel dat er vlokken waren ontstaan, die niet veel anders konden zijn dan DNA. Ze waren net zoals op school een beetje slijmerig, en dat verbaasde me, want ze dreven juist onder de spirituslaag, en zelfs onder een laag groenig spul. Maar het waren echt sliertjes, en dat was dus een mooi resultaat. Vragen module molgen 2 1. In de moleculaire biologie maakt men gebruik van een techniek die bekend staat onder de naam PCR. Leg in enkele zinnen uit wat er daarbij gebeurd. PCR staat voor Polymerase Chain Reaction, oftewel: Polymerasekettingreactie. Deze techniek wordt gebruikt om een klein stukje van het DNA te vermenigvuldigen, om het daarna te kunnen onderzoeken. Dit proces bestaat uit drie fases: - Denaturatie: in deze fase wordt de dubbele streng DNA met een verhoogde temperatuur “gesmolten”, om zo de strengen uit elkaar te halen, om replicatie mogelijk te maken. Eigenlijk doe je met deze temperatuurverhoging wat het helicase-eiwit in de natuur doet, je maakt het DNA van elkaar los, de dubbele helixvorm verdwijnt. - Hybridisatie: in deze fase worden er zogenaamde primers aan het losse DNA gehecht. Dit is een klein stukje DNA, van misschien maar 20 nucleotiden, dat aan het DNA wordt gehecht. Het heeft daarom wel een heel specifieke volgorde nodig, om precies op een deel van het DNA te passen. Deze primer wordt later gebruikt als het “startpunt” van de DNA-replicatie. Vanaf de primer wordt het DNA gekopiëerd in de 5’ richting. Hetzelfde gebeurt natuurlijk met de andere losse DNA-streng. Ook deze wordt met een primer gekopiëerd. Hoe langer een primer is, hoe specifieker hij werkt, hij kan zich dan immers niet vergissen van plek. Hoe meer nucleotiden, hoe beter, zou je dan zeggen. Het probleem is echter dat als hij weer té lang wordt, hij misschien op andere manieren “vast” kan komen te zitten. - Extensie: in deze fase wordt het DNA weer gekopieerd, bij 72 graden Celsius om precies te zijn. Nu heb je dus al een deel van het DNA weggewerkt, het deel vóór de primers, om precies te zijn, dat werd immers niet gekopieerd. Nu worden er weer primers toegevoegd, die dit keer de andere kant op werken (want het kopietje van de eerste streng wordt nu natuurlijk in tegenovergestelde richting gedupliceerd). En nu hebben we nog maar twee kortere stukjes DNA over, die samen een dubbele helix kunnen vormen. Dit kun je nu heel vaak herhalen, en je hebt genoeg DNA om het te kunnen onderzoeken. Dit is natuurlijk een vereenvoudigde samenvatting, maar het is toch al lastig om het helder op te schrijven. Ik hoop dat het duidelijk is. 2. Waarom is het belangrijk om een techniek als PCR te hebben? Welk groot voordeel heeft deze techniek? Je kunt nu één genlocatie uitkiezen, PCR toepassen en de zaak vermenigvuldigen. Op deze manier kun je kijken of een bepaalde DNAstreng een bepaald gen bij zich draagt, zonder dat je met één DNAstreng hoeft te werken, wat veel te klein is voor de huidige technieken om goed te kunnen onderzoeken. 3. Wij hebben in het 'kiwi-practicum' DNA geïsoleerd uit de cellen van de kiwi. Wat was de rol van het afwasmiddel hierin? Deze maakte de celwand van de cellen kapot, waardoor het DNA in de oplossing terecht kwam. 4. Wat is de rol van primers? Die zorgen er in een aantal stappen voor dat er echt maar één stukje van het DNA wordt gereproduceerd. 5. In onze PCR-techniek maken we gebruik van een zogenaamd polymerase. Wat is dat? Polymerase is het enzym dat voor het feitelijke reproduceren van de DNA-streng staat (natuurlijk wel in overstaande basenparen). 6. Bij de techniek gel-electroforese worden DNA fragmenten gescheiden. Hoe gaat dat? Op Wikipedia stond het in één zin helder uitgelegd, daar wil ik graag van citeren: “Gelelektroforese is een scheidingstechniek die moleculen onder invloed van een elektrisch veld laat bewegen in een gel.” Hoe groter de moleculen zijn, hoe langzamer ze zullen bewegen, want ze worden geremd door de gel. De DNA moleculen worden dus gesorteerd op grootte, en ze worden met behulp van bijvoorbeeld ethidiumbromide zichtbaar gemaakt met een UV-lamp. Meestal beginnen de moleculen bovenaan, en zakken ze dus sneller of minder snel naar beneden. 7. Als men bij mensen een DNA-verwantschaps test gaat doen, worden dikwijls 14 kenmerkende plekken in het DNA van bijvoorbeeld vader en zoon met elkaar vergeleken. Wat hoopt men dan in de gel te zien (ná electroforese)? Dat er hetzelfde patroon ontstaat onder de UV-lamp. Hoe meer overeenkomst, hoe meer verwantschap. 8. Veronderstel dat een plant een allel bevat voor de resistentie tegen een parasiet. Bovendien kent men het hele genoom van de plant en weten we ook waar het allel zich bevindt. Wat is er dan feitelijk bekend in dit geval? Zijn er zaken die daarmee nog niet helder zijn? Schrijf in een paar zinnen op hoe je daarover denkt. (Dit is geen meningsvormende vraag). In principe is er gewoon bekend welk stuk van het DNA voor die resistentie zorgt. Alleen is de vraag of er niet nog een ander gen codeert voor deze resistentie. En natuurlijk zijn er zaken die nog niet bekend zijn. Want hoe werkt die resistentie precies. Maakt de plant dan bepaalde eiwitten aan die tegen die parasiet werken? 9. De technieken die wij in onze lessen gebruikten kunnen onderdeel zijn van een programma waarbij planten vreemdsoortig DNA toegediend krijgen. Wat doet men dan eigenlijk? Er kan bijvoorbeeld een zogenaamde transferbacterie worden gebruikt. Deze injecteert DNA met daarop bepaalde genen, zodat de plant nét iets anders gaat functioneren. Agrobacterium tumefaciens is hier een voorbeeld van. Er wordt een soort van kopietje gemaakt van het transfer-DNA (eerder al besproken in dit verslag), en dat wordt vervolgens aangepast en ingebracht. 10. Geef kort je mening weer omtrent het gebruik van genetisch gemodificeerde gewassen. Ik vind dat het soms wel te ver gaat. Want ik las bijvoorbeeld dat bepaalde planten resistent worden gemaakt tegen giffen, zodat ze het land kunnen insproeien met dat gif, en dat dan alleen de onkruidjes dood gaan en de planten zelf niet. Maar die planten eten wij vervolgens wel weer, inclusief opgenomen giffen. Dat kan nooit heel erg gezond zijn. 11. Wat is het verschil tussen transgeen en cisgeen? Als een organisme transgeen is, dan betekent dat dat hij een gen bij zich draagt in het DNA dat niet van hemzelf afkomstig is. Dit is natuurlijk vaak het resultaat van artificiële genetische modificatie. Cisgeen is een organisme na het toevoegen van een gen van dezelfde soort aan een organisme. Bijvoorbeeld extra genen voor de kleur rood bij een tomaat. 12. Doordat het hele genoom van de mens bekend is, zijn alle loci en alle allelen ook bekend. (Waar of niet waar). Licht je antwoord toe. Niet waar. We kennen nog niet eens alle functies van het DNA, laat staan dat we alle eigenschappen van het DNA kennen. Als we wel het hele genoom zouden kennen, zouden we misschien nog niet eens alle genen die erop liggen kennen, want misschien spelen er wel veel andere zaken mee waarvan wij nog niet het bestaan weten. 13. Wat is een mogelijk gevaar van het bekend zijn van jouw genoom in een denkbare databank? Dat je altijd overal kan worden herkend. Bovendien mag je dan ook niet meer met bepaalde mensen kinderen krijgen, omdat er dan kans is op zwakkere kinderen. Dat zou toch wel heel ver gaan, maar je weet het nooit. Dan is het zo dat de overheid voor jou zou bepalen met wie jij kinderen mag krijgen om een gezonder volk voort te brengen. Module Solanum De opdrachten Hoofdstuk 1: Aardappels als volksvoedsel nummer één! Opdracht 1. 1. Welke ziekte bij aardappelen veroorzaakte de ziekte? Dat was phytophthora. 2. Hoeveel slachtoffers heeft deze hongersnood veroorzaakt? Bij de hongersnood in Ierland kwamen veel mensen om het leven, maar er zijn geen keiharde getallen bekend. Er is in ieder geval sprake van miljoenen. Er is ook een enorme inwonerafname ontstaan, want eerst woonden er bijna 8 miljoen inwoners in Ierland, en na de hongersnood nog maar zo’n 3,5 miljoen. 3. Wat maakte dat de ziekte zich zo enorm heeft kunnen verspreiden? Het is een schimmel, die zich makkelijk verspreid door middel van sporen. 4. Waarom waren boeren arm in die tijd? Omdat ze moesten leven wat er op het land groeide, en ik vermoed dat dat helemaal geen vaste inkomstenbron was, zeker als er zo’n schimmel heerst waardoor veel aardappelen worden vernietigd. 5. Wat hebben boeren geprobeerd om de ziekte tegen te gaan? Volgens het filmpje probeerden ze steeds maar weer om de rotte aardappels eruit te halen, maar dat werkte niet want het land was gewoon geïnfecteerd. Ik kan me zo voorstellen dat boeren hun hele oogst weggooiden, en dan snel nieuwe planten probeerden te planten, maar die werden natuurlijk binnen de kortste keren weer verwoest. 6. Wat was de reactie van sommige boeren? Ze verlieten hun land, om in Amerika of Canada hun heil te zoeken. Anderen bleven toch volhouden, in de hoop dat er wel weer planten zouden gaan groeien, maar helaas. 7. Hoeveel mensen zijn uiteindelijk Ierland uit gegaan? Volgens het filmpje “maar” 1,5 miljoen, maar volgens andere bronnen in totaal wel 4,5 miljoen. 8. Wat maakt dat de makers van het filmpje melden dat het effect van de Famine nog steeds merkbaar is? Ook nu nog worden alle aardappellanden ingespoten, om die phytophthora maar buiten de deur te houden. En met dat gif is de kans op ziekte voor de mens ook weer groter. Natuurlijk is voor Ierland de hongersnood dramatisch geweest, omdat er miljoenen mensen zijn verdwenen, óf naar het hiernamaals, óf naar andere landen. Hoofdstuk 2: Jij als niet-biologische aardappelteler. Opdracht 2. 1. Welke drie infectiebronnen van Phytophthora noemt het artikel? - Vanuit een geïnfecteerde aardappelknol, die andere aardappelknollen dan weer infecteert. - Vanuit afvalhopen waar geïnfecteerde aardappelknollen op liggen, die via de sporen de ziekte tóch weer op een veld kan brengen. - Vanuit pootaardappelen die vanbinnen geïnfecteerd zijn en niet zichtbaar ziek zijn. 2. Op welk moment in het jaar is de infectiekans het hoogst? In de zomer, vaak in de loop van juli. (Hoewel dat wel steeds eerder lijkt te gebeuren.) 3. Boeren kunnen kiezen uit vroege rassen, middelvroege en late rassen. Bij welke rassen zullen de meest resistente rassen zitten? De meest resistente rassen zitten bij de late rassen. Deze hebben namelijk meer met de ziekte te maken, en van die groep zullen dus alleen de sterkste aardappelen overleven, zo vindt er een natuurlijke selectie plaats. 4. Maak een kleine berekening op basis van de gegevens die in de tekst hierboven staan voor de niet-biologische teler. Welke bruto-inkomsten mag jij als niet-biologische teler verwachten? Ik heb 41 ton aardappelen per hectare per jaar, maar ik heb 49 hectare, dus ook 49 * 41 = 2009 ton aardappelen, dat is dus 2009 * 1000 = 2009000 kilo aardappelen. Per kilo kan ik 12 eurocent binnenhalen, dus ik zal 12 * 2009000 = 24108000 cent ophalen. Dat deel ik vervolgens door honderd, dan weet ik hoeveel euro ik heb. 24108000 / 100 = 241080 euro per jaar! 5. Wat zal je overhouden als je ook nog eens dik 45.000 euro kwijt bent aan pootgoed en bestrijdingsmiddelen, 60.000 euro aan loonkosten en 10.000 euro aan het machinepark? (Alle getallen per jaar!) 241080 – 45000 – 60000 – 10000 = 126080 euro per jaar! 6. Met 49 hectare ben je een redelijk fors bedrijf. Stel dat je maar 11 ha aardappels zou hebben, hoe liggen deze cijfers dan? De berekening doe ik nu iets sneller: 41 * 11 = 451 ton per jaar = 451000 kg per jaar. 451000 * 12 = 5412000 cent = 54120 euro per jaar (bruto). Het probleem is dat er minder hoeft worden te betaald aan pootgoed en bestrijdingsmiddelen, aan loonkosten en aan het machinepark. Stel dat er nog zo’n 30 % af gaat, dan is er nog maar 16236 over! En dat is toch wel wat weinig denk ik. (Dat weet ik overigens niet precies.) 7. Bekijk deze selectie uit het Bolk-artikel. Welke belangrijke informatie kan je uit deze tabel halen? Dat er in sommige landen veel meer de nadruk wordt gelegd op het biologische deel van de zaak, terwijl landen als Frankrijk meer voor het geld gaan, en de biologische kant maar een beetje laten gaan, dat levert namelijk minder op. Zwitserland doet het gewoon allebei, en hier in Nederland ligt het accent meer op de biologische inkomsten, maar dat betekent niet per se dat er meer biologische aardappel wordt verbouwd, maar dat de prijzen misschien wel erg hoog liggen. 8. Stel dat jij als teler overgaat op biologische aardappelen, hoe liggen dan je opbrengsten en inkomsten? Maak een duidelijk overzicht. De financiële opbrengsten zijn voor de biologische aardappelen wat hoger, omdat de prijs ook hoger is. Maar daartegenover staat dat minder mensen die dure aardappelen willen kopen. Het probleem is ook dat er minder van het land zal worden gehaald, omdat je minder effectief de ziektes tegengaat. Het is namelijk zo dat wát je doet qua bescherming van de gewassen erg duur is, juist omdat het biologische moet blijven. Opdracht 3: 1. Kloppen deze gegevens (uit tekst uit handleiding solanum) met de 12 cent die jij als niet biologische teler krijgt? Reden? Nee, het is natuurlijk veel meer. Omdat er ook kosten zijn voor de medewerkers van de veiling, en het transport en het onderhoud van het veilingsgebouw. Het kan best zijn dat hier nog een andere reden voor is, maar ik kom tot de slotsom dat het echt voor de tussenpersonen wordt gebruikt. Ik heb geen economie in mijn pakket, dus ik weet hier niet al te veel van. Onderstaande tabel toont de hoeveelheid akkerbouwgrond van Nederland. 2. Hoeveel ton aardappels wordt in ons land op jaarbasis geoogst? Klopt dit cijfer met de gegevens die hieronder staan? Ik ga ervan uit dat we het hier zowel over de consumentenaardappelen, de pootaardappelen en de zetmeelaardappelen hebben. Dan is dat (71,5 + 40,2 + 44,0) * 1000 = 155700 hectaren grond. Ervan uitgaande dat er 41 ton per hectare wordt geleverd, kom ik op 41 * 155700 = 6383700 ton aardappelen, en dat is best veel. En nee, dat klopt natuurlijk niet met de gegevens die hieronder staan. De gegevens hieronder gaan namelijk over de biologische aardappelen, en ik heb het uitgerekend voor alle aardappelen. Opdracht 4. 1. Leg uit wat hier bedoeld wordt: ïƒ Men heeft voor de biologische teelt een aardappelsoort nodig die stikstof snel op kan nemen, juist omdat het bemestingsniveau lager is dan in de normale landbouw. Anders zouden de aardappelen misschien te weinig groeien. Bovendien moeten die aardappelen betere wortels en dergelijke hebben, omdat de voedingsstoffen vaak nog “verpakt” zitten, en de aardappel moet de voedingsstoffen nu meer zelf uit de grond halen. De nutriënten (voedingsstoffen) zijn nu niet meer zo makkelijk te verkrijgen voor de plant, zoals dat bij kunstmest het geval is. Dit is wat ik uit het tekstje kan halen. Opdracht 5. 1. Is er een biologische reden waarom het gunstig is om eerst klavers te zaaien? Misschien dat die plantjes de grond heel zuiver maken, zodat alle mogelijke ziekteverwekkers zijn verdreven. Het verrijkt de grond als het ware. Na wat opzoekwerk werd mijn vermoeden versterkt: het wordt gebruikt om vooral nitraat vast te houden, zodat de grond rijk blijft van meststoffen. 2. Wat zijn mogelijke gevaren als je op een stuk land jaar na jaar hetzelfde (aardappel) gewas gaat telen? Aardappelmoeheid is een ziekte die zich dan makkelijk kan ontwikkelen, en de oogst kan bederven. 3. Lees onderstaande selectie uit het Bolk-artikel (zie solanum-handleiding). Wat is jouw conclusie? Mijn conclusie is dat men de vroeg gepote aardappelen alleen maar zo vroeg poot om dan de phytophthora een beetje “voor” te zijn. Het gevolg lijkt me wel dat er andere stoffen in de grond zitten dan later in het jaar, maar de gevolgen daarvan hoeven niet per se negatief te zijn. Hoofdstuk 3: Plantenziekten en hun verweer. Opdracht 6. 1. In het laatste artikel wordt gesproken over antibiotica-gen? Waarom moet dat gen ook aanwezig zijn? Helaas heb ik dit artikel niet kunnen vinden, maar ik vermoed dat er zo’n gen aanwezig moet zijn om ervoor te zorgen dat de antibiotica wel kan werken op de plant. Vraag tussendoor: - Google op het gen Rpi-blb-2. Kan je het bedoelde gen vinden? Ja hoor! Kijk maar: ATGGAAAAACGAAAAGATAATGAAGAAGCAAACAACTCATTGGAGTCATTTTCTGCTCTTCGCAAGGATGCTGCCAATGTTCTGGATTTCCTAGAGAGATTAAAGAATGAAGAAGATCA AAAGGCTGTTGATGTGGATCTGATTGAAAGCCTGAAATTGAAGCTGACATTTATTTGTACATATGTCCAGCTTTCTTATTCCGATTTGGAGAAGTTTGAAGATATAATGACTAGAAAAAG ACAAGAGGTTGAGAATCTGCTTCAACCAATTTTGGATGATGATGGCAAAGACGTCGGGTGTAAATATGTCCTTACTAGCCTCGCCGGTAATATGGATGACTGTATAAGCTTGTATCATC GTTCTAAATCAGATGCCACCATGATGGATGAGCAATTGGGCTTCCTCCTCTTGAATCTCTCTCATCTATCCAAGCATCGTGCTGAAAAGATGTTTCCTGGAGTGACTCAATATGAGGTT CTTCAGAATGTATGTGGCAACATAAGAGATTTCCATGGATTGATAGTGAATTGTTGCATTAAGCATGAGATGGTTGAGAATGTCTTATCTCTGTTTCAACTGATGGCTGAGAGAGTAGG ACGCTTCCTTTGGGAGGATCAGGCTGATGAAGACTCTCAACTCTCCGAGCTAGATGAGGATGATCAGAATGATAAAGACCCTCAACTCTTCAAGCTAGCACATCTACTCTTGAAGATT GTTCCAACTGAATTGGAGGTTATGCACATATGTTATAAAACTTTGAAAGCTTCAACTTCAACAGAAATTGGACGCTTCATTAAGAAGCTCCTGGAAACCTCTCCGGACATTCTCAGAGA ATATCTGATTCATCTACAAGAGCATATGATAACTGTTATTACCCCTAACACTTCAGGGGCTCGAAACATTCATGTCATGATGGAATTCCTATTGATTATTCTTTCTGATATGCCGCCCAA GGACTTTATTCATCATGACAAACTTTTTGATCTCTTGGCTCGTGTTGTAGCACTTACCAGGGAGGTATCAACTCTTGTACGCGACTTGGAAGAGAAATTAAGGATTAAAGAGAGTACTG ACGAAACAAATTGTGCAACCCTAAAGTTTCTGGAAAATATTGAACTCCTTAAGGAAGATCTCAAACATGTTTATCTGAAAGTCCCGGATTCATCTCAATATTGCTTCCCCATGAGTGATG GACCTCTCTTCATGCATCTGCTACAGAGACACTTAGATGATTTGCTGGATTCCAATGCTTATTCAATTGCTTTGATAAAGGAACAAATTGGGCTGGTGAAAGAAGACTTGGAATTCATA AGATCTTTTTTCGCGAATATTGAGCAAGGATTGTATAAAGATCTCTGGGAACGTGTTCTAGATGTGGCATATGAGGCAAAAGATGTCATAGATTCAATTATTGTTCGAGATAATGGTCTC TTACATCTTATTTTCTCACTTCCCATTACCAGAAAGAAGATGATGCTTATCAAAGAAGAGGTCTCTGATTTACATGAGAACATTTCCAAGAACAGAGGTCTCATCGTTGTGAACTCTCCC AAGAAACCAGTTGAGAGCAAGTCATTGACAACTGATAAAATAATTGTAGGTTTTGGTGAGGAGACAAACTTGATACTTAGAAAGCTCACCAGTGGACCGGCAGATCTAGATGTCATTTC GATCATTGGTATGCCGGGTTTAGGTAAAACTACTTTGGCGTACAAAGTATACAATGATAAATCAGTTTCTAGCCATTTCGACCTTCGTGCATGGTGCACGGTCGACCAAGTATATGACG AGAAGAAGTTGTTGGATAAAATTTTCAATCAAGTTAGTGACTCAAATTCAAAATTGAGTGAGAATATTGATGTTGCTGATAAACTACGGAAACAATTGTTTGGAAAGAGGTATCTTATTGT CTTAGATGACGTGTGGGATACTAATACATGGGATGAGCTAACAAGACCTTTTCCTGATGGTATGAAAGGAAGTAGAATTATTTTGACAACTCGAGAAAAGAAAGTTGCTTTGCATGGAA AGCTCTACACTGATCCTCTTAACCTTCGATTGCTAAGATCAGAAGAAAGTTGGGAGTTATTAGAGAAAAGGGCATTTGGAAACGAGAGTTGCCCTGATGAACTATTGGATGTTGGTAAA GAAATAGCCGAAAATTGTAAAGGGCTTCCTTTGGTGGTGGATCTGATTGCTGGAATCATTGCTGGGAGGGAAAAGAAAAAGAGTGTGTGGCTTGAAGTTGTAAATAATTTGCATTCCT TTATTTTGAAGAATGAAGTGGAAGTGATGAAAGTTATAGAAATAAGTTATGACCACTTACCTGATCACCTGAAGCCATGCTTGCTGTACTTTGCAAGTGCGCCGAAGGACTGGGTAAC GACAATCCATGAGTTGAAACTTATTTGGGGTTTTGAAGGATTTGTGGAAAAGACAGATATGAAGAGTCTGGAAGAAGTGGTGAAAATTTATTTGGATGATTTAATTTCCAGTAGCTTGG TAATTTGTTTCAATGAGATAGGTGATTACCCTACTTGCCAACTTCATGATCTTGTGCATGACTTTTGTTTGATAAAAGCAAGAAAGGAAAAGTTGTGTGATCGGATAAGTTCAAGTGCTC CATCAGATTTGTTGCCACGTCAAATTAGCATTGATTATGATGATGATGAAGAGCACTTTGGGCTTAATTTTGTCCTGTTCGGTTCAAATAAGAAAAGGCATTCCGGTAAACACCTCTATT CTTTGACCATAAATGGAGATGAGCTGGACGACCATCTTTCTGATACATTTCATCTAAGACACTTGAGGCTTCTTAGAACCTTGCACCTGGAATCCTCTTTTATCATGGTTAAAGATTCTT TGCTGAATGAAATATGCATGTTGAATCATTTGAGGTACTTAAGCATTGGGACAGAAGTTAAATCTCTGCCTTTGTCTTTCTCAAACCTCTGGAATCTAGAAATCTTGTTTGTGGATAACA AAGAATCAACCTTGATACTATTACCGAGAATTTGGGATCTTGTAAAGTTGCAAGTGCTGTTCACGACTGCTTGTTCTTTCTTTGATATGGATGCAGATGAATCAATACTGATAGCAGAG GACACAAAGTTAGAGAACTTGACAGCATTAGGGGAACTCGTGCTTTCCTATTGGAAAGATACAGAGGATATTTTCAAAAGGCTTCCCAATCTTCAAGTGCTTCATTTCAAACTCAAGGA GTCATGGGATTATTCAACAGAGCAATATTGGTTCCCGAAATTGGATTTCCTAACTGAACTAGAAAAACTCACTGTAGATTTTGAAAGATCAAACACAAATGACAGTGGGTCCTCTGCAG CCATAAATCGGCCATGGGATTTTCACTTTCCTTCGAGTTTGAAAAGATTGCAATTGCATGAATTTCCTCTGACATCCGATTCACTATCAACAATAGCGAGACTGCTGAACCTTGAAGAG TTGTACCTTTATCGTACAATCATCCATGGGGAAGAATGGAACATGGGAGAAGAAGACACCTTTGAGAATCTCAAATGTTTGATGTTGAGTCAAGTGATTCTTTCCAAGTGGGAGGTTG GAGAGGAATCTTTTCCCACGCTTGAGAAATTAGAACTGTCGGACTGTCATAATCTTGAGGAGATTCCGTCTAGTTTTGGGGATATTTATTCCTTGAAAATTATCGAACTTGTAAGGAGC CCTCAACTTGAAAATTCCGCTCTCAAGATTAAGGAATATGCTGAAGATATGAGGGGAGGGGACGAGCTTCAGATCCTTGGCCAGAAGGATATCCCGTTATTTAAGTAG Hoofdstuk 4: De aardappelteler kan kiezen… Geen opdrachten beschikbaar, wel alle filmpjes bekeken. Hoofdstuk 5: Klassieke veredeling en moleculaire cisgenese in detail. Opdracht 7. 1. Bespreek met je groep/partner wat men feitelijk verstaat onder klassieke veredeling. Bij klassieke veredeling worden de planten gekruist, en de planten die een bepaalde eigenschap als gen hebben worden dan weer gebruikt voor een volgende kruising. Op deze manier hoopt men planten te krijgen die altijd dat gen hebben. Mogelijk moet je extra info even via Google opzoeken. Dat was niet nodig. 2. Maak duidelijk waarom het zo lang duurt voordat de gewenste eigenschap uit de oorspronkelijke aardappelrassen is ingekruist in onze consumptieaardappelen. Omdat er steeds maar kleine beetjes van de goede eigenschappen bij komen, en ook dat is weer een kwestie van kansberekenen. Voordat alle slechte eigenschappen echt zijn verdwenen en de gewilde zijn verschenen, ben je vele generaties verder, en dus ook vele jaren verder in het geval van aardappelen, omdat die één keer per jaar bloeien. 3. Wat is een linkage-drag? Dit was weer eens een moeilijke vraag, maar ik heb de volgende conclusie kunnen trekken: Linkage-drag is eigenlijk het overerven van een ongunstige eigenschap tijdens een kruising. Deze eigenschap wordt overgeërfd, samen met een wél gunstige eigenschap, maar omdat deze twee eigenschappen fysiek dicht bij elkaar op het DNA liggen, is de kans natuurlijk groter dat ze ook samen worden overgeërfd. Tussendoorvraag: Verklaar met behulp van onderstaande tekst (zie leerlingenhandleiding solanum), wat het nut is van cisgene modificatie in vergelijk met transgene modificatie: Cisgenese is minder lastig voor het organisme zelf, omdat de onbekende genen wel van een zelfde soort komen, waardoor er minder snel mutaties zullen optreden. Bovendien is cisgenese ook veel handiger als je kijkt naar die eigenschappen die dicht bij andere eigenschappen liggen. Opdracht 8. 1. In het onderstaande artikel (zie leerlingenhandleiding solanum) maakt een groepering protest tegen het zomaar inbrengen van genen van andere organismen in bijvoorbeeld de aardappel. Men beweert zelfs dat er geen verschil in 'schadelijkheid' is tussen transgenese en cisgenese. Lees deze tekst hieronder en formuleer hierover je eigen standpunt. Ik ben het ermee eens dat we wel moeten oppassen op het gebied van genetische modificatie. Het is namelijk zo dat er inderdaad veel dingen over het DNA nog helemaal niet zo duidelijk zijn. We weten niet hoe de nucleotiden misschien nog wel een groter geheel vormen wat óók meeweegt. Dat soort dingen moeten eerst nog veel beter onderzocht worden, en als we al die dingen echt zeker weten, dan kunnen we pas echt zeggen of genetische modificatie schadelijk is of niet. Tot die tijd neig ik naar het niet modificeren van organismen, in ieder geval niet voor consumptie. Opdracht 9 1. Uit het volgende artikel, waarin het DurPh project wordt toegelicht, haal ik dit fragment waarin Prof. Dr. Lucas Reijnders zijn mening geeft. Zoek dit fragment op en vergelijk zijn mening met bovenstaande tekst (zie leerlingenhandleiding solanum). Prof. Dr. Lucas Reijnders vind dat we beide varianten om phytophtoraresistente aardappelen te verkrijgen moeten uitwerken. Ze hebben allebei hun voor- en hun nadelen. Maar net als bij de klassieke veredeling moeten de neveneffecten, schadelijk of niet, wel in de gaten worden gehouden en worden weggewerkt. In tegenstelling met het artikel eerder genoemd, is Reijnders niet zo fel tegen de cis-, en zelfs niet tegen de transgenese. Hoofdstuk 6: Het practicum: Het onderzoek naar de resistentiegenen in vijf aardappelrassen. Opdracht10. Maak een lijst van de vijf rassen en zet erbij welke rassen als gevoelig en ongevoelig voor Phytophtora worden verkocht. DORÉ: Vrij phytophtora-gevoelig. TEXLA: Volledig resistent tegen phytophtora, oftewel: ongevoelig. MOZART: Weinig gevoelig voor phytophtora. MONA LISA: Redelijk resistent tegen phytophtora, oftewel: een klein beetje gevoelig. IRENE: Matig vatbaar voor phytophtora, oftewel: een klein beetje gevoelig. Opdracht 11. 1. Gebruik de informatie van de laatste link (solanum leerlingenhandleiding) om te kijken of de volgende sequenties aanwezig zijn: primer 1: CTTACTCACACCACCGATT primer 2: TCACTCCACACTCTCCAA Welke conclusies trek je over het fragment dat we op deze manier isoleren? Ten eerste wil ik eventjes vermelden dat dit voor mij niet zo’n eenvoudige opgave was, maar dat ik toch geloof dat het me is gelukt. Ik heb een speciaal programmaatje gebruikt om te kijken of de primers op het gen pasten, en ik kreeg inderdaad een resultaat! Ik was hier erg blij om. Het ging hier natuurlijk om het gen Rpi-blb2. Wat me wel opviel was dat die eerste primer een kopietje was van een deel van de bovenste DNA streng, van links naar rechts gekeken. En de tweede primer was een kopietje van een deel van de onderste DNA streng, maar dan van rechts naar links gekeken. Nu vielen er een aantal puzzelstukjes in elkaar, en begreep ik beter waar ik nu eigenlijk mee bezig was. Het was namelijk niet eenvoudig om dat programmaatje te gebruiken, en ik vraag me ook af of het eigenlijk wel de bedoeling was. Maar dit liet me wel even kennis maken met die database, en dat vond ik toch wel erg fijn. In de leerlingenhandleiding stonden eigenlijk ook nog twee practica om te leren omgaan met de database. Maar door tijdsgebrek hebben we die practica overgeslagen. Nu heb ik dus het gevoel dat ik dat verlies tóch een klein beetje in heb kunnen halen. En nu de conclusies. Ik heb twee screenshots gemaakt van de resultaten, en daarop kan ik zien dat er in dit gen om precies te zijn 173 basenparen meespelen. Tussen de twee primers in (die 19 en 18 basenparen lang zijn) hebben we dus 173 – 18 – 19 = 136 basenparen zitten! En dat voor één gen! Deze resultaten zijn verkregen met het programmaatje PRIMER BLAST. 2. Hoe verklaar je dat sommige resistentiegenen ook in tomatenplanten zitten? Zowel tomaten als aardappelen zijn lid van de nachtschadefamilie. Verder zijn bijvoorbeeld paprika en aubergine lid. Solanum betekent dan ook: nachtschade. En in de Latijnse namen van al deze gewassen komt het woord solanum ook weer voor. Solanum komt waarschijnlijk van een ander Latijns woord: solari. Dit betekent verzachtend of verdovend. Dit kan weer te maken hebben met het feit dat de nachtschadefamilie vaak gebruikt wordt voor medicinale doeleinden. De aardappel is dus lid van deze familie, hij heet officieel Solanum Tuberosum. En de andere leden van de nachtschadefamilie hebben net als de aardappel ook last van phytophtora, omdat oorsprong toch deels overeenkomen. Daarom zullen ook die planten resistentiegenen kunnen hebben. Practicum 6 Over onderzoek naar DNA Handelingen: Vandaag was de grote dag aangebroken. We gingen de ultieme test uitvoeren: uittesten of er een bepaald gen aanwezig was in een plant! We begonnen de dag iets anders dan normaal. Daar waar we normaal rustig aan begonnen, kregen we vandaag meteen labjassen aangereikt, en we legden alle tassen in een hoek van het lokaal. Bart had een heel schema op het bord geschreven. Links waren de aardappelrassen die beschikbaar waren voor onderzoek te zien (en een tomaat), op het middenbord was te zien welke tweetallen wat zouden onderzoeken (dat mochten we wel zelf beslissen), en daar was ook precies te zien wat we moesten doen. En op het rechterbord stonden de handelingen ook nog eens heel duidelijk uitgeschreven. Verder stonden er ontzettend veel spullen klaar. Pipetpunten, precisiepipetteerapparaatjes, allerlei reageerbuisjes en epjes in allerlei formaten met allerlei goedjes erin, kleine buisjes met bladsamples, mesjes, alcohol, doekjes, en ook waren er meerdere apparaten te vinden, zoals een centrifuge, een trilapparaat (omgekeerde schuurmachine, heel kunstig ingebouwd in een houten box), en natuurlijk het PCR-apparaat. Hieronder een fotootje van de reeks onderzoeken die iedereen op het bord had geschreven. Ik zat in een team met Jente, en we kregen groepsletter H. Na een korte uitleg gingen we van start. Ik had echt het idee dat ik heel wat was, werkend met al deze precisiegereedschappen. Thermodoos met daarin onder andere de dure polymerase. Petrischaaltjes met daarin buisjes met DNA-buffer (nucleotiden en dergelijke). Bekertje met gebruikte pipetpuntjes Biologische aardappelen, daar waren geen bladeren van beschikbaar. Buisjes met X-nase vrij water. Lege, nieuwe, steriele epjes. Doosje met daarin de ongebruikte, supersteriele grotere minipipetpuntjes. Doosje met daarin de ongebruikte, supersteriele kleinere minipipetpuntjes. Tomaat, voor het onderzoek. Petrischaaltjes met daarin epjes met primers, er waren 4 varianten: R1A, R1B, R3aA en R3aB. (Sorry voor het feit dat deze petrischaaltjes niet helemaal op de foto staan. Één van de vele door Bart gemaakte plankjes met daarin 4 gaatjes waar de epjes heel mooi in passen. Buisjes met daarin diepgevroren bladmateriaal van vijf verschillende aardappelsoorten. Een epje waar we nog net een D op kunnen zien staan, deze bevat een lysisbuffer (de D komt van Dilutionbuffer) Hiernaast zie je het deel van het bord waar (nogmaals sorry voor de slechte fotokwaliteit) op te zien is wie wat heeft onderzocht. De groepsletters staan hier ook bij aangegeven, samen met het nummer van de epjes (1 of 2). Hiernaast zie je de Texla R1 H1 en de Texla R3 H2. Dit heb ik opgeschreven. Het betekent dat in epje met daarop de tekst H1 de Texla-aardappel op het R1-gen wordt getest. En Texla R3 H2 betekent dus dat in het epje met daarop de tekst H2 een Texla-aardappel op de aanwezigheid van het R3-gen wordt getest. Dit moet trouwens eigenlijk R3a zijn volgens de practicum-beschrijving. Hé, wat zie ik nu? Iemand heeft zijn epjes ook H1 en H2 genoemd, in plaats van dat diegene zijn eigen groepsletter heeft gebruikt! Als dat maar niet voor problemen gaat zorgen… Gelukkig had Bart ons de dag van tevoren al kennis laten maken met de technieken die vereist waren voor het voorzichtig kunnen pipetteren van dure materialen. Ook hadden we toen kennis gemaakt met de centrifuge en met de vortexer. We konden nu beginnen aan het practicum, dat ons nog lang bij zou blijven. Wij van groepje H (Jente en ik) besloten om de Texla-aardappel eens flink onder de loep te nemen. Op de site van de handel waar Bart de pootaardappelen vandaan had, waaruit hij de aardappelplanten is gaan kweken, stond dat de Texla-aardappelen volledig resistent zouden zijn tegen phytophtora. Dat wilde ik wel eens zien. Bovendien zou dit betekenen dat we onder de UV-lamp mooie streepjes zouden gaan zien, als dat gen inderdaad aanwezig was. We begonnen met het snijden van het blad. Hiervoor namen we een superscherp starmesje, dat we eerst met alcohol steriel maakten. Eerst hadden we een veel te klein stukje te pakken, niet dat er te weinig DNA in zou zitten, maar het was zo moeilijk kapot te maken. Dus we namen maar een iets groter stukje, dat we vervolgens in een epje met een D erop deden. In dat epje zat een zogenaamde Dilusion-buffer, 20 uL om precies te zijn. Deze lysis-buffer zorgde ervoor dat de celwanden van de bladponsjes kapot zouden gaan, en dat het DNA dus in de vloeistof terecht zou komen. Toen we dit hadden gedaan, pakten we een (nieuw) pipetpuntje, en begonnen die als een vijzeltje te gebruiken, zo prikten we het bladstukje kapot, om de lysis-buffer meer oppervlak aan materiaal te geven om celwanden kapot te maken. Toen dit wel een beetje gedaan was, zorgden we er met de vortexer voor dat alle druppels vloeistof en buffer nog eens goed gemengd werden. (Ik zal de omgekeerde schuurmachine voortaan een vortexer noemen, dat klinkt veel professioneler.) Nu was het tijd om te centrifugeren. We moesten er wel voor zorgen dat de vier beschikbare gaten in de centrifuge gevuld waren, anders zou de centrifuge uit balans raken en onwijs gaan schudden, met potentiële schade als gevolg. Maar het ging goed, en toen we ons epje uit de centrifuge haalden, zagen we op de bodem een prachtige laag groen bladmateriaal, met daarboven een laag groendoorzichtige vloeistof. Daar zat nu het DNA in. De volgende stap was het bereiden van het mengsel die dan het PCRapparaat in kon. We namen twee schone, nieuwe epjes, en daar pipetteerde Bart voor ons de DNA-buffer in, 10 uL in ieder epje. En we deden in beide epjes 0,5 uL van de groendoorzichtige vloeistof, zónder bladmateriaal van de bodem van dat epje. Ook deden we in de nieuwe twee epjes de primers, in het éne epje de R1A en de R1B primers (dit epje noemden we H1), en in de andere de R3aA en de R3aB primers (dit epje noemden we H2). Deze primers moet je in paren toevoegen, omdat primer A zorgt voor de DNAstrengreplicatie naar de ene kant, en primer B zorgt voor de DNAstrengreplicatie naar de andere kant. De één is voor de 5’-3’ richting, en de andere is voor de 3’-5’ richting. De primers vormen het startpunt van de replicaties. En als we ze dus beide gebruiken, dan krijg je als resultaat dat alleen het stukje tussen de twee primers het “overleeft”. Want als er geen streng is om te repliceren, dan gebeurt er ook niets. Dit principe had ik al eerder in dit verslag uitgelegd, om precies te zijn bij vraag 1 van de vragen van module molgen 2. En natuurlijk moest de dure polymerase er nog bij (60 verduvelde euro’s voor 2 mL van dat spul!). Deze lieten we ook door Bart pipetteren. We sloten af met een enorme hoeveelheid X-nase vrij water, wel 8 uL! Dit was een hele verademing, en we mochten dit keer ook zelf de semi-automatische pipeteerder gebruiken. Dat was wel fijn, beter dan dat geklungel met vingers en pipetpuntjes. Let wel: dit deden we dus 2 keer, we bereidden op deze manier twee epjes. Nu vortexten we de twee epjes nog even, en vervolgens gingen ze in de centrifuge. Nu werd het PCR-apparaat ingesteld, zodat er het volgende gebeurde, in 3 fasen. 1. 5 min 98 graden 2. 40 keer {10 sec. op 98 graden, 20 sec. op 51 graden, 20 sec. op 72 graden} 3. 5 min 72 graden. En dit zijn inderdaad de drie fasen die ik eerder beschreef: denaturatie, hybridisatie, extensie. Zie hiervoor ook weer vraag 1 van de vragen van module molgen 2. Door een onvoorziene stroomstoring, die op onze school ongeveer zo zeldzaam is als een gestreepte tenrek (bestaat echt!) in een aquariumspeciaalzaak, werd ons experiment helaas ernstig verstoord. Het PCR-apparaat had stroom nodig, en kon absoluut niet zonder. Bart zou sowieso al de hele middag op school bezig zijn met de gel, die onder een spanning zou moeten worden gezet van 100 volt, en dat gedurende 10 minuten. Ik was nog van plan om ’s middags na mijn schooltijd een kijkje te nemen, maar dit kon nu ook niet door gaan. Want Bart besloot om de hele zaak mee naar huis te nemen, en daar het experiment voort te zetten. Dit was een verstandig besluit, maar helaas kon ik nu niet meekijken. Gelukkig werd het experiment op deze manier tóch nog afgemaakt, al ging het anders dan gepland. Wat Bart nog zou doen is het volgende. Hij zou na de behandeling in het PCR-apparaat een speciale (zeer kankerverwekkende) kleurstof toevoegen bij elk epje, 5 uL om precies te zijn. Deze kleurstof is de zogenaamde loading dye. Hierdoor zouden we de vloeistof beter kunnen zien in de agarose-gel. En met een beetje ethidiumbromide zouden de banden te zien zijn onder een UV-lamp. Vervolgens zou hij de vloeistof in kuiltjes in de agarose-gel brengen, en zo zouden dan de elektroden worden aangesloten, waardoor het gel-elektroforeseproces kon beginnen. David, de TOA, verzamelde alle epjes die klaar waren voor het PCR-apparaat. Onze epjes stonden er ook al in, met op de dekseltjes de markering H1 en H2. Zo zag onze werkplek er ongeveer uit, dit waren in ieder geval de benodigdheden. Ik moet wel zeggen dat we ontzettend veel pipetpuntjes hebben gebruikt, omdat we steeds weer echt zeker moesten weten dat we steriel bezig waren. Dus voor bijna elke pipetteer-actie moest er een nieuw pipetpuntje komen. Dit was overigens de werkplek van een ander team (Koen en Helge), dit plaatje kon ik nog even schieten toen ik zelf al klaar was met opruimen. Ik vond hem wel passend, omdat je goed kan zien hoe weinig spul je nu eigenlijk maar nodig hebt. Neem nu die drie epjes in het houten blokje. Je zou zo niet zeggen dat er ook echt vloeistof in zit, maar dat is toch echt wel het geval. We werkten hier met zulke kleine hoeveelheden, dat de zwaartekracht gewoon opgeheven leek, de vloeistof bleef in de epjes zitten, al hield je ze ondersteboven. Waarnemingen: De volgende dag kwamen de resultaten. Ik zelf was vervuld van hoop dat de Texla-aardappelen inderdaad mooie, heldere bandjes zouden vertonen. Bart vertelde echter dat er maar weinig resultaten te zien waren. Een mogelijke verklaring was dat de bladsamples al zo lang in de vriezer hadden gelegen. Ik vond het in eerste instantie wel jammer, maar toen bedacht ik me dat we hier wel van leerden. Het is dus heel belangrijk dat het DNA niet te lang in een dood blad heeft doorgebracht. Aan de andere kant is dit ook weer vreemd, want wetenschappers kunnen DNA van vele jaren nog terugbekijken (denk maar aan een opgraving of iets dergelijks). Maar er waren wel wát resultaten. Bart was de avond daarvoor tot 2 uur ’s nachts in de weer geweest om deze resultaten nog vast te leggen op de foto, en om er een enorme uitwerking over te schrijven. Uit die uitwerking komen ook de volgende foto’s: Hiernaast zie je de resultaten van alle groepjes. Je ziet dat er niet veel duidelijke banden zijn ontstaan, alleen bij de rulers. Hiernaast zie je dat in het cirkeltje heel vaagjes een bandje te zien is, gen R1 is dus aanwezig in de aardappelsoort Irene. Hiernaast zie je tevens H1 en H2, die niet echt heel duidelijk zijn geworden. Hierbij moet ik opmerken dat je in beide lanes wél ziet dát er DNA aanwezig is, alleen niet precies wáár het hoort te zitten, oftewel: hoe lang het is. Op de volgende pagina heb ik mijn H1 en H2 nog eens onder de loep genomen… Opvallend vind ik wel dat er nog een groepje is geweest dat de Texla op beide genen heeft getest (L1 en L2), en dat zij nog minder resultaat hadden dan wij. Hier is een heel sterk bandje te zien, gen R3a is dus duidelijk aanwezig bij de Mona Liza en de Mozart-aardappelen. Ook bij Doré zie je nog een bandje verschijnen, en bij N1, en dat vind ik wel bijzonder, zie je helemaal onderaan nog een waas. Dit zou kunnen betekenen dat de moleculen superklein waren, en ze helemaal onderaan zijn beland. Ik heb deze waas groen omcirkeld. Hiernaast de laatste resultaten, trouwens allemaal van tomaten. En een prachtig tabelletje dat Bart heeft gemaakt. Ik kon hem wel weer opnieuw maken, maar dat is ook zo dubbelop. Ik besloot om deze maar gewoon te laten zien. Je ziet dat de Texla qua genen (ja, ik ben nu na het practicum vooral met de Texla bezig) helemaal afwijkend is van wat de pootaardappelhandelaar beweerde. Die zei namelijk dat deze aardappel volledig resistent was, terwijl wij juist volledig niets vonden qua resistentiegenen… Ik liet het natuurlijk niet zomaar op me zitten dat ik geen resultaat kon verkrijgen, en daarom heb ik het fotootje een beetje aangepast. Ik heb eerst het deel van H1 en H2 eruit geknipt, en daar heb ik vervolgens wat contrast- en kleurverbeteraars op los gelaten. Ik heb dus officieel niets veranderd, ik heb er niet zelf bandjes bijgetekend. Ik heb alleen gezorgd voor een helderder plaatje. Dit vond ik ook wel een mooi compromis. De vriezer had mijn DNA deels verwoest, dus dan haal ik dat verlies weer in met wat contrastverbeteraars. En mij valt op dat ik nu wel degelijk iets kan waarnemen. Het is niet zo’n mooie, eenduidige streep als bij bijvoorbeeld groepje K2, maar het is toch beter dan niets. Want ik kan zien dat in de lane van H2 wel een soort van vage vlek is te zien, met als “hoogtepunt” een punt wat ongeveer in de zone van 300 baseparen terecht kwam. Kijk maar naar het plaatje hier linksboven. Ik heb even een pijltje gezet bij die vlek. En dat die vlek daar is betekent toch dat er daar wel degelijk DNA-moleculen aanwezig zijn. Conclusie: het zou kunnen dat de resistentiegenen tóch aanwezig waren, R3a in ieder geval, dat was namelijk lane H2. De verse groenten, zoals de bio-aardappelen en de tomaten en dergelijke, gaven over het algemeen wat meer resultaat, waarschijnlijk omdat die niet waren ingevroren. De bron van al deze schitterende foto’s en tabellen is: http://www.rshbiologie.nl/pcr%20technieken-late-blightprimers%20klas11%202014.pdf We mochten overigens ook nog allemaal even in het donker met een UV-lamp naar de resultaten kijken, want Bart had alle gel-plaatjes bij zich. Dat was erg leuk om te zien, ook al waren er wat minder resultaten. Je zag in het gewone licht trouwens ook heel mooi de loading dye’s zitten. Opdrachten: 1. Geef duidelijk aan waar het practicum zou kunnen misgaan en wat verstorende factoren zijn. Dit practicum kan natuurlijk op heel veel vlakken misgaan. Het is natuurlijk van belang dat de juiste hoeveelheden van alle stoffen worden gehandhaafd, want die spelen mee in het uiteindelijke resultaat. Ook kan het zijn dat de DNA-moleculen al vergaan zijn, zoals bij ons hier en daar het geval was door het invriezen. Het zou natuurlijk ook kunnen dat de primers te kort zijn, waardoor er ook andere stukken DNA worden gedupliceerd. En de DNA-buffer zou niet goed kunnen zijn, en de lysis-buffer zou niet goed kunnen werken, en zo kan je nog heel lang door gaan. Er zijn tal van potentiële verstorende fatoren. Er waren nog wat opdrachten gegeven, maar dat waren allemaal doe- en leesopdrachten. Ik heb er een aantal van gedaan, maar ik had niet oneindig de tijd, want je kan bijna oneindig nieuwe artikelen en filmpjes vinden over phytophtora. Vragen: 1. Wat zijn de resultaten van de gel? Zie voorgaande pagina’s. 2. Kloppen deze met wat de fabrikant opgeeft voor de resistentie? Niet overal, zie tabel op vorige pagina. 3. Hoe zou je testen of ook tomaat over het gen R1 of R3a beschikt? Beschrijf kort dat practicum. Dat hebben verschillende leerlingen al gedaan, het enige verschil is dat je een stukje tomaat moet nemen in plaats van een bladponsje van een aardappelplant. 4. Hoe zou je dit practicum kunnen uitbreiden? (Andere genen, database, primers ontwerpen etc.) Neem een foto van wat je ziet of teken het. Kijk of je alle stadia kan terugvinden. Ik heb even gekeken in de database welke genen een aardappel allemaal kan hebben, en ik kreeg maar 140 resultaten! Ik weet bijna zeker dat er vele duizenden genen betrokken zijn bij een aardappelplant, maar dit zijn misschien de bekende 140. Op de volgende pagina een screen print van mijn zoekactie. Ik klikte op één van deze 140 genen, en ik kreeg een grafiekje te zien, zie ook hiervoor de volgende bladzijde. Hierboven is het snapshot van mijn scherm te zien tijdens mijn speurtocht naar de andere genen, die niet per se iets te maken hebben met phytophtora. Ik koos zomaar een gen uit, matK (maturase K), en ik kreeg de grafiek hiernaast te zien. Ik zag dat matK wel meer dan 1500 basenparen lang was! 1530 om precies te zijn. Vervolgens ging ik met de optie Pick Primers kijken welke primers ik nodig zou hebben voor deze matK. Helaas lukte me het niet om resultaten te krijgen, ik kreeg steeds weer foutmeldingen. Maar ik kwam er wel achter waar de matK voor dient. Dit stukje codeert namelijk voor de chloroplasten, oftewel: de bladgroenkorrels. Als we deze primers wél zouden kunnen vinden en kopen, dan zouden we kunnen kijken of er inderdaad genen die coderen voor bladgroenkorrels aanwezig zijn, op vergelijkbare methode als we met R1 en R3a deden. Vragen module solanum 1. Leg kort uit wat de levenscyclus is van de oömyceet phytophthora. Phytophthora is een zogenaamde waterschimmel, ze worden ook wel pseudoschimmels genoemd. Phytophthora kan zich geslachtelijk óf ongeslachtelijk voortplanten. Deze schimmel huist in de winter in aardappelknollen die per ongeluk nog op in de aarde zitten. Uit die knollen ontstaan planten, die ook de sporen van de schimmel verspreiden. Als een volgende plant ook geïnfecteerd is worden er ook weer nieuwe sporen gevormd, en op die manier gaat het steeds verder, en neemt het aantal sporen weer toe. 2. Op welke wijze beschermt een aardappelplant zich tegen indringers? Als er een deel van de aardappelplant wordt geïnfecteerd, dan begint de plant dat deel van de plant zo snel mogelijk af te werpen, dat deel van de plant (bijvoorbeeld een blad) sterft dan, en wordt bruinig. 3. Wat houdt de resistentie in die de aardappelplanten kunnen hebben tegen deze waterschimmel? Resistentie qua betekenis betekent dat de aardappelplant niet vatbaar is voor de waterschimmel. Maar toen bedacht ik me dat het er juist om ging hóe ze dat doen. Dit was echter een bijna onvindbaar antwoord, ik heb dus ook bijna niets gevonden. Ik heb het vermoeden dat die aardappelplanten een bepaalde stof uitscheiden waar de schimmel niet tegen kan. Ik vond ergens wél (in een artikel van de universiteit van Wageningen, over het DuRPh-project) dat het allemaal te maken heeft met de mate waarin een plant de geïnfecteerde delen af laat sterven. Maar meer was er niet. 4. Leg het begrip waterschimmel uit. Een waterschimmel is een schimmel die geen echte schimmel is, maar een pseudoschimmel. Hij komt voor in zout en zoet water, maar dus ook op planten op het land. Ik zou graag citeren uit “De strijd tegen de aardappelziekte”, van de universiteit van Wageningen, en wel het volgende: “Phytophthora sporen verspreiden zich door de lucht. Wanneer een spore op het aardappelblad terechtkomt, dringt een kiembuis het blad binnen. Eenmaal binnen vertakt de kiembuis zich en neemt voedingsstoffen uit de cellen op. De kiembuis groeit en de vertakkingen tasten steeds meer cellen aan. Uiteindelijk komen er aan de onderkant van het blad, vanuit de huidmondjes, sporendragers. Deze sporendragers staan dwars op het blad, zodat de wind vat kan krijgen op de sporen. De sporen waaien weg en kunnen een nieuwe besmetting veroorzaken. Sporen kunnen ook met het regenwater de grond in spoelen en de knol aantasten. De aardappelknol wordt dan langzamerhand bruin, begint te rotten en flink te stinken, en is dan natuurlijk onverkoopbaar. Het hele proces van kieming tot verspreiding van nieuwe sporen en aantastingen kan zich bij vochtig weer binnen 4 dagen afspelen. Als de omstandigheden optimaal zijn voor de ziekte kan het een veld aardappelen binnen 2 tot 3 weken verwoesten.” 5. Wij kunnen zien of een plant wel of geen R1-gen heeft. Wat zegt die uitslag eigenlijk? Is dat afdoende? R1 is slechts een onderdeeltje van een serie genen die coderen voor resistentie. Dus als een plant alleen R1 heeft wil dit nog niet meteen zeggen dat deze ook resistent is. 6. Waarom is men voor de resistentiegenen weer naar Bolivia en Peru afgereisd? Omdat de aardappelplant daar zijn oorsprong kent, en daar zullen dus ook van nature resistente aardappelplanten voorkomen, die zijn door de evolutie ontstaan. 7. Late Blight is de ziekte die de aardappeloogst van de Ieren in de 19e eeuw deed mislukken. Wat waren de gevolgen? Dat er enorm veel mensen stierven, omdat ze geen echt voedsel meer hadden. Ze voedden zich daar alleen maar met aardappelen, of dat waren in ieder geval de voedzaamste delen van het eten. En als je dat voedzame niet binnenkrijgt, dan gaat het mis. De bevolkingsdichtheid daalde enorm, er vertrokken miljoenen mensen. Zie voor nog meer informatie ook de module solanum, en daarvan weer de opdrachten, daarin wordt de “famine” in Ierland uitvoerig besproken. 8. Als aardappelboer heb jij de keus: Of je investeert jaarlijks enkele duizenden euro's in bestrijdingsmiddelen, of je gaat cisgene rassen gebruiken. Schrijf een kort betoog welke keuze je maakt en waarom. Het probleem met bestrijdingsmiddelen is dat het heel erg duur is én de aardappelen zijn doordrongen van chemische troep. En die chemische middelen komen weer in ons eigen lichaam terecht, via die aardappelen. In principe ben ik ook niet voor cisgene rassen, want je weet niet precies hoe alles in elkaar steekt, en je hoopt maar dat je écht alleen de resistentie verhoogt. Maar ik zou in dit geval als aardappelboer toch voor de cisgene rassen gaan, ook omdat die goedkoper zijn dan die bestrijdingsmiddelen, en voor zover we nu weten ook gezonder, omdat er dan geen, of in ieder geval veel minder bestrijdingsmiddelen in zullen zitten. 9. Welke ontwikkelingen zouden de mensen moeten doen om áf te komen van die enorme hoeveelheden bestrijdingsmiddelen? Men zou precies moeten weten welke bijwerkingen de cisgenese heeft, zodat er duidelijk aan iedereen kan worden uitgelegd dat er geen andere bijwerkingen zijn, als dat het geval is natuurlijk. Óf men moet gewoon stoppen met het verbouwen van aardappelen die niet resistent zijn, en alleen maar superresistente aardappelen gebruiken, zoals (volgens de handelaar) de Texla-aardappel, hoewel dit nu juist weer niet zo’n goed voorbeeld is, omdat we in de klas ontdekten dat de Texla-aardappel de genen R1 en R3a allebei niet echt heel duidelijk heeft. 10. Welke gewassen staan naast de aardappel ook hoog op de lijst van wereldvoedsel? Dat zijn rijst, maïs en graan (denk aan brood). Vragen module dna1 1. Wat is de rol van de temperatuurswisselingen bij PCR? Die temperatuurswisselingen zorgen ervoor dat de 3 verschillende fasen: denaturatie, hybridisatie en extensie, allemaal goed werken. Elke fase vereist gewoon een andere temperatuur. Denaturatie: 5 min 98 graden Hybridisatie: 40 keer {10 sec. op 98 graden, 20 sec. op 51 graden, 20 sec. op 72 graden} Extensie: 5 min 72 graden. 2. Waarom zou het beste het DNA eerst gezuiverd moeten zijn? Om te voorkomen dat er DNA van een ander organisme in terecht komt dat dan misschien wordt gedupliceerd, zonder dat het test-organisme over dat gen beschikt. Dat is een erg verstorende factor, die voorkomen moet worden. 3. Noem twee nadelen van verkeerd gekozen temperaturen bij de PCRtechniek. Het denaturiseren zou kunnen mislukken, en dan zou er helemaal niets gekopieerd kunnen worden. Want de twee DNA-strengen zouden dan niet loslaten van elkaar, ze zouden niet los “smelten”. Dat zou natuurlijk niet zo mooi zijn, want dan gaat er sowieso niets gebeuren in de volgende stappen. Het hybridiseren zou misschien niet goed gaan met een andere temperatuur dan 51 graden, waardoor er helemaal niets gekopieerd wordt. Ook dat is natuurlijk onhandig, want dan ben je én heel duur materiaal kwijt (polymerase bijvoorbeeld), én je proef mislukt. 4. Waarom is van het polymerase zo onstellend weinig materiaal nodig? Omdat de polymerase-enzymen zorgen voor het aanplakken van de juiste nucleotiden aan een DNA-streng. Er is maar één enzympje nodig voor één streng, en dat is dus best weinig. 5. Wat zou er bij het ontwerpen van primers mis kunnen gaan? Dat heb ik natuurlijk aan den lijve ondervonden, je kunt namelijk errors krijgen in het programma, en niet goed weten hoe je die op kan lossen. Maar dat is natuurlijk een kwestie van vragen aan iemand die het wél weet. Wat een erger probleem is, is dat je primers te kort zouden kunnen zijn. Als dat zo is, zouden ze op een andere plek kunnen gaan hechten, omdat er een grotere kans is dat er een andere plek met dezelfde sequentie is als je een kortere primer neemt. Als de primers echter te lang zijn, dan is het ook weer niet goed, want dan gaan de primers met zichzelf in de war zitten, en kunnen ze ook niet goed aan de DNAstreng hechten. 6. Bij het gebruik van de agarose-gel wordt DNA gescheiden in fragmenten van verschillende lengte. Geef in je eigen woorden weer hoe die fragmenten ontstaan. Ik wil dit graag doen aan de hand van een plaatje van wikipedia: Eerst wordt de eerste DNA-streng gedenaturiseerd. Nu heb je twee losse strengen. Hier worden de primers aangehecht, dat zijn die kleine rode stukjes. En die primers worden als begin van het kopieergedeelte gezien, dus daarvandaan wordt er gekopieerd. Let wel: dit gebeurt dus bij twee strengen, zoals je in het plaatje ook kan zien. Vervolgens worden de strengen (waarvan er dus één net is aangemaakt) weer van elkaar los gemaakt. En nu worden er aan alle vier losse strengen weer primers gehecht, dit keer andere primers. Deze coderen weer voor het begin van het kopieerproces. Na nog zo’n serietje van losmaken, primers aanhechten en kopiëren vanaf de primers krijg je korte fragmenten, fragmenten die naar één kant nog lang zijn, en fragmenten die naar twee kanten nog lang zijn. En nu gaat het maar door, en zal er een exponentiële toename van de kortste fragmenten zijn, omdat die steeds weer ontstaan uit zon 3-tal handelingen uit een halflang fragment. 7. De PCR-reactie doorloopt de middelste stappen 40x. Aangenomen dat in stap 1 precies 1 DNA molecuul aanwezig was, hoeveel fragmenten hebben we na 40 stappen? Uit één DNA-streng ontstaan 2 DNA-strengen, uit 2 DNA-strengen 4, en uit 4 worden het er 8 enzovoort. Dus we kunnen de formule gebruiken: 1*2^40, als we willen weten hoeveel het er zijn na 40 stappen zijn. Dit is natuurlijk hetzelfde als 2^40, en dat is 1099511627776 volgens WolframAlpha (sterke reken-engine op het internet). Dat is ongeveer 10 keer zoveel als het aantal mensen dat heeft geleefd tot nu toe! 8. Wat is de rol van het (giftige) Ethidiumbromide? Waarom is dit een kankerverwekkende stof? Met die ethidiumbromide maken we de banden zichtbaar onder UVlicht. Door de platte structuur van dit goedje kan het makkelijk tussen de nucleotiden schuiven, en dan kun je dus zien waar die nucleotiden zich bevinden. Maar het is ook erg kankerverwekkend, omdat het zich ook tussen de nucleotiden van het menselijk DNA kan wringen, en dat is natuurlijk niet zo goed, omdat er dan veel kans op mutaties is, wat kanker als gevolg kan hebben. 9. Zie deze gel: Leg uit wat er te zien is. Je ziet dat er heel duidelijk in lane 4 en 7 een gen aanwezig is van ongeveer 300 basenparen lang. Daarnaast zie je twee rulers, in lane 5 en 9, met streepjes om de 50 basenparen (dat staat er boven) En in baan 1 zie je ook een ruler, maar dan heel wazig. Ik weet toch zeker dan het een ruler is, want je ziet dat er zelfs nog tussenstappen aanwezig zijn, en dat is bijna nooit het geval bij het DNA van een plant. Ik kan deze dingen, die ik nu zo uit mijn hoofd opnoem, controleren door de tekst onder de afbeelding. Het fragment was inderdaad ongeveer 300 basenparen lang, 297 om precies te zijn. Verder kan ik zien wat in welke baan heeft gezeten. In baan 4 was een tomaat onderzocht, en in baan 7 was een afrikaantje (plantje) bekeken. Verder zie ik dat er bij 6, 7 en 8 gebruik is gemaakt van een lysis-buffer (diluted procedure), en bij baan 2, 3 en 4 niet. Dat kun je wel een beetje zien, want de streep in baan 7 is feller dan die in baan 4. Wel vind ik het opvallend dat de tomaat het zonder dilution wel deed, en mét niet. En op dezelfde manier vind ik het opvallend dat de afrikaan het zonder dilution niet deed, maar met wel. En de wortel (carrot) heeft het helemaal niet gedaan. Ook zie ik dat deze gel op 20 augustus 2013 is gemaakt. Ik heb het vermoeden dat deze gel is gemaakt met de Phire Plant Kit. 10. Stel je voor dat je profielwerkstuk (EWS) een biologisch/moleculair onderwerp zou bevatten. Bedenk een genetisch/moleculair onderwerp dat je zou kunnen uitwerken. Mogelijke sleutelwoorden: - Resistentiegenen - Primers - Restrictie-enzymen - PCR - DNA polymerase - RNA polymerase - Gel-electroforese - Schimmels (bodem) Ik zou voor een eindwerkstuk iets willen doen met die primers. Ik zou graag meer over die dingen willen weten, bijvoorbeeld waarom ze zo makkelijk vasthechten, en waarom de polymerase pas vanaf de primers zijn werk begint te doen, en niet langs de gehele streng. Ik zou die database nog beter willen leren gebruiken, want nu ging dat niet zo heel vlug. Ook zou ik willen weten waarom die primers niet tegen elkaar of tegen een ander gen op een ander stukje DNA plakken. Want in zo’n vloeistof heb je meerdere chromosomen van DNA, en die drijven allemaal los rond, met die primers eromheen. Waarom plakken die primers precies op het juiste DNA-strengetje, hoe kan het dat een serie van 20 basenparen maar één keer in zo’n ontiegelijk grote hoeveelheid maar één keer voor komt. Dit soort vragen zou ik allemaal willen beantwoorden, helaas is de periodetijd daar niet lang genoeg voor. Nawoord Ik wil allereerst Bart enorm bedanken. Want wat een werk heeft hij hieraan gehad. Al in de zomer is hij een stukje land gaan bewerken, speciaal voor deze periode. Speciaal voor deze periode heeft hij hele lesmethodes geschreven, en speciaal voor deze periode heeft hij allerlei dure dingen gekocht. Speciaal voor deze periode heeft hij een hele website opgezet, met daarop letterlijk tientallen links naar allerlei bestanden, waarvan er sommige zelf waren gemaakt (zoals de powerpointpresentaties). En speciaal voor deze periode heeft Bart de nacht voor de laatste periodeles zijn slaaptijd opgeofferd om de gel-electroforeze-experimenten nog uit te voeren om onze resultaten te verkrijgen. En dat allemaal thuis omdat er op school een stroomstoring was. Bovendien woont Bart hier niet om de hoek, en moest hij alle spullen van daar naar school en terug krijgen. En tot slot moest hij elke ochtend verschillende spullen klaarzetten, die overigens allemaal van hem zelf waren, zoals een laptop met beamer, een enorme microscoop mét digitale camera erop die de preparaten op het bord kon tonen, via de laptop en de beamer. Bart heeft zelfs een routertje gekocht dat hij elke dag weer aansloot, en waarvan wij gebruik konden maken om in de les aan de opdrachten te werken, op smartphone, tablet of laptop. En natuurlijk moesten alle epjes, mesjes, roerstaafjes, aardappelen, tomaten, pipetpunten (2 soorten), buisjes, X-nasevrij water (wat ook weer zelf gemaakt was), thermoboxgekoelde vloeistoffen, doekjes, alcohol om steriel te maken, vortexer (ook zelf gemaakt), centrifuge, allerlei zelfgefabriceerde ep-houdertjes en ga zo maar door allemaal nog klaargezet worden. En aan het eind van de les moest dit ook weer allemaal opgeruimd worden! En vergeet vooral niet dat Bart massa’s dieren in zijn huis moest toelaten om ze te kweken voor onze practica. Ik heb het hier natuurlijk over de Drosophila Melanogaster, waarvan er honderden exemplaren door Bart werden gevoed en onderhouden. En daar zaten natuurlijk ook weer larven en dergelijke onder. Dat vind ik echt bewonderingswaardig, dat een leraar zó ver gaat om het de leerlingen maar goed te laten hebben. En dat is dan ook zeer zeker gelukt. Hoewel de theorie er soms doorheen schoot, was het voor mij goed te volgen, zeker ook omdat we in ons hoofd konden houden dat we het later thuis nog eens na konden lezen, in de powerpoints die op de site stonden. En van die dingen heb ik dan ook veel gebruik gemaakt. En dan de inhoud van de les. Want wat was die geweldig. Ik wil niet onaardig overkomen naar bepaalde docenten, maar nadat ik deze periodelessen had meegemaakt werd mijn mening over biologie drastisch veranderd. Daar waar ik eerst heel somber en mopperig werd van biologie, werd ik er nu enthousiast over, en ik wilde het liefst alles meteen uitproberen. Zo wilde ik wel álle aardappelen testen op hun genen, inclusief de tomaat en het afrikaantje én een komkommer en een paprika én een bloemetje uit de groenstrook naast de school. Dat laatste heb ik helaas niet gedaan, maar als ik het wel had gedaan, dan was ik misschien wel de eerste geweest die dat ooit had geprobeerd! Maar ik moest nu eenmaal kiezen. Deze manier van periodelessen vind ik erg leuk, ze werken voor mij veel sterker. En omdat je bijvoorbeeld voor de (soms misschien iets té) uitdagende vragen ook veel zelf moet opzoeken, onthoud je het voor mijn gevoel vele malen beter dan wanneer het je in een boekje wordt voorgeschreven, dat je dan maar moet doorlezen. Ik zeg nu niet dat ik schoolboeken over het algemeen stom vind, maar het punt met sommige van die boeken (waaronder het biologieboek) is dat alles héél droog is opgeschreven. Je leest het niet makkelijk door, omdat er met allerlei termen wordt gegooid. Daardoor kan je niet makkelijk onthouden. En met de manier van les die wij nu voor het eerst kregen in deze experimentele maar zeer geslaagde periode, kon ik het beter vinden. Het is natuurlijk wel zo dat er erg veel huiswerk was, maar daar leer je wel weer van. Ik merkte wel dat ik sommige vragen amper kon beantwoorden, en ik heb echt mijn uiterste best gedaan om alle mogelijke bronnen die ik kon gebruiken ook echt te raadplegen, maar als ik er dan nóg niet uit kwam, heb ik opgeschreven wat mij zelf het meest logisch leek. Wat ik zelf ook merkte is dat ik bij het beantwoorden van vragen soms iets ontdekte, waarover ik eerder bij een andere vraag iets nét anders had opgeschreven. Dus eigenlijk zag ik dan pas dat ik het bij die eerdere vraag nét niet goed had begrepen. Ik heb dit niet verbeterd, omdat ik het wel mooi vind voor Bart, zodat hij kan zien dat ik echt vooruitgang heb geboekt, dat ik echt wat heb geleerd. Ik hield me in het begin heel strikt aan de regels van de uitwerkingen van de practica, maar later kon ik dat niet meer doen. Er stond ergens bijvoorbeeld dat er een uitgebreid verslag moest worden gemaakt, maar dat werd dan nét geen 3 A4’tjes, zoals was voorgeschreven. En bij andere uitwerkingen ben ik over de 3 A4’tjes heengegaan, omdat er gewoon te veel was wat ik van mezelf moest benoemen. Nu kwam er het toeval ook nog eens bij dat ik tussen de eerste en de tweede week van deze periode een smartphone kreeg voor mijn verjaardag, en dat ik dus (gelukkig) zelf foto’s kon maken en in de les kon werken. Daarom zie je dat ik in het begin van dit verslag spreek over klasgenoten die voor mij een foto wilde maken, en later in het verslag doe ik dat niet, omdat ik daar zelf foto’s kon maken. Ik wil ook graag David, de TOA, bedanken, want ook hij heeft, net als Bart, veel vragen van mij willen beantwoorden, en daar ben ik heel erg blij mee, want veel van die vragen waren voor mij zelf erg belangrijk. Ik wil nog één keer Bart van Zweeden heel erg bedanken voor alle moeite die hij heeft gedaan voor deze periode. En het was het dubbel en dwars waard, ik heb er echt van genoten, en zeker ook heel veel van geleerd. Bovendien is mijn interesse in biologie flink aangewakkerd, en dat zegt ook wel wat denk ik. Christian Bijvoets