Övningar i Bioinformatik

Från den moderna biologin genereras en stor mängd data såsom olika molekylstrukturer, DNA -och proteinsekvenser och annan mätdata. Bioinformatik är det område som möjliggör en hantering av all denna data. Många av de databaser där informationen sparas är tillgängliga och kan användas av skolor. Ett exempel på detta är att studera släktskap mellan olika arter genom att jämföra sekvenser av DNA eller proteiner. Övningarna passar för högstadiet och gymnasiet.


 

För högstadiet och gymnasiet

En bioinformatisk genjakt

I den här övningen får eleverna självständigt undersöka det mänskliga genomet samt göra en jämförelse med andra arters genom. Målet för den här aktiviteten är att eleven skall kunna:
• Hämta data från en biologisk databas genom att använda bioinformatiska nätbaserade
verktyg.
• Jämföra genom från olika organismer.
• Studera evolution på gennivå

En bioinformatisk genjakt

Alexanders sjukdom

Alexanders sjukdom är en allvarlig fortskridande hjärnsjukdom som främst drabbar små barn. Den vita substansen i hjärnan (myelinet) förändras genom en kraftig inlagring av proteiner i storhjärnans stödjeceller (gliacellerna). Sjukdomen orsakas av en skada (mutation) i GFAP (glial fibrillary acidic protein)-genen och finns på den långa armen av kromosom 17. I denna övning får elever jämföra aminosyrasekvenser från olika patienter med för att upptäcka eventuella förändringar.

Alexanders sjukdom

Hoten mot fjällräven

Fjällräven är en hotad art i Sverige trots att de sista åren har visat en postiv trend med ökande kullar. En metod, som forskare använder för att ta reda på hur många individer det finns av en viss art, är att inventera spillningshögar och sedan göra DNA-tester på spillningen för att ta reda på vilka högar som lämnats av fjällräv.

Hoten mot fjällräven

Banan och tomat – olika släktträdsövningar

Banan och tomat – hur är de släkt? Genom att göra jämförelser av specifika DNA-sekvenser i några växters genom kan man studera släktskap med hjälp av ett fylogenetiskt träd. Övningarna är presenterade i tre olika varianter, en släktträds-övning som innehåller frågor som kan besvaras med hjälp av ett fylogenetiskt träd, en beskrivning av hur man själv kan hitta och jämföra sekvenser och konstruera ett fylogenetiskt träd med hjälp av webbprogram, samt en beskrivning som redogör för hur en laboration kan genomföras för att ta fram dessa specifika DNA-sekvenser.

Banan och tomat – hur är de släkt. En släktträdsövning.
Banan och tomat – hur är de släkt? En övning i alignment.
Banan och tomat – hur är de släkt? En översiktligt laborationsbeskrivning.

Tays Sachs sjukdom

Tay-Sachs sjukdom är en mycket ovanlig, men allvarlig sjukdom. I Sverige får i genomsnitt ett barn om året diagnosen. Sjukdomen orsakas av en förändring (mutation) i genen HEXA, vilket leder till att det protein som genen kodar för inte bildas. En övning där eleven får göra jämförelser i DNA- och aminosyrasekvenser i den gen som orsakar sjukdomen Tay-Sachs. Övningen görs med hjälp av olika databaser med genetisk data.

Tay Sachs

Autofagi

I artikeln om Nobelpriset i fysiologi eller medicin 2016, om autofagi, presenteras två förslag på bioinformatikövningar.

En livsnödvändig process

Hundar och människor – bioinformatikövningar

Liksom vi får hundar olika sorters cancer, allergier, hjärt- och kärlsjukdomar och neurologiska sjukdomar. Hundarna liknar oss genetiskt och fysiologiskt och vi delar ungefär samma livsmiljö och får liknande vård. Men det finns också olikheter som kan utnyttjas i forskningen. Många sjukdomar är specifika för vissa hundraser på grund av intensiv avel med fokus på enskilda egenskaper. Det är därför möjligt att hitta stora grupper av individer som liknar varandra genetiskt och har samma sjukdom.

Paket med program och DNA-sekvenser som används i övningarna (Kontakta oss på Bioresurs för att få tillgång till paketet.)

Hundar och människor – bioinformatikövningar visar likheter
Java-version som behövs till programmet (Java runtime environment, välj windows x64)
Till läraren: Introduktion till övningar om egenskaper och sjukdomar hos hundar
Generell instruktion till programmet och övningarna
Varför kan hundar äta stärkelserik mat men inte vargar?
Rhodesian ridgeback – hundar med hårkam på ryggen
Förlamade hundar hjälper oss att förstå sjukdom hos människa

Övningar med DNA-streckkodning

2003 fick några forskare gehör i hela världen för att en specifik standardiserad genregion för djur skulle kunna bli ett nytt artidentifieringsverktyg. Detta kom att kallas DNA Barcoding på engelska, vilket ibland försvenskas till DNA-barkodning eller ersätts med termen DNA-streckkodning. Syftet med den här övningen är att du ska få bekanta dig med några olika databaser på nätet och få en inblick i vilken information som finns där och hur den kan användas.

Läs om DNA-streckkodning i Bilagan
Datorövning med streckkoder
Artbestämning av fisk med DNA-streckkodning

Extern länk: Hur arter kan identifieras med DNA barcoding

Undersökning av influensavirus (extern länk)

I denna övning jämförs sekvensen för hemagluttinin-genen från ett influensavirus som hittats hos en patient. Eleverna får ta reda på vilken stam viruset kommer från genom att bygga ett släktträd med sin sekvens och ett antal andra sekvenser från influensavirus av olika stammar hittade hos både människor och andra djur.

Undersökning av influensavirus med hjälp av släktskapsträd

Grönt DNA (extern länk)

Extrahera DNA från kloroplaster i en växt. Förutom extraktion av DNA innehåller även laborationen restriktionsenzymer samt gelelektrofores. Genom PCR så mångfaldigas en DNA-sekvens på 400 baspar. Denna sekvens används för att göra en evolutionär jämförelse av några närbesläktade växtarter.

Växternas evolution

Identifiera fisken! (extern länk)

Ett kit som kan beställas från BIO RAD och som innehåller extraktion, PCR och gelelektrofores av en genetisk markör som kan identifiera fiskarten. Den sekvens som analyseras är en slags ”streck-kod” eller genetic barcoding som används för artidentifiering och kan också användas för att studera släktskap mellan olika arter.

Fish DNA Barcoding Kit