ISTITUTO DI ISTRUZIONE SECONDARIA DI II GRADO “GANDHI” - MERANO
LICEO CLASSICO, LICEO DELLE SCIENZE UMANE, LICEO LINGUISTICO
LICEO SCIENTIFICO, LICEO DELLE SCIENZE APPLICATE, ISTITUTO TECNICO ECONOMICO
Progetto Lars-Biotec
Laboratorio di Ricerca sperimentale nel settore delle Biotecnologie
Unità didattiche:
prima fase:
Bioinformatica: vengono scelti e analizzati geni appartenente al genoma umano
conosciuti e non, utilizzando le banche dati presenti in rete.
seconda fase e terza fase:
Taglio, integrazione e clonazione di un gene: grazie a particolari sostanze
(enzimi di restrizione) tale gene viene isolato dal filamento di DNA.
Attraverso il processo di reazione a catena della polimerasi (PCR), vengono
prodotte milioni di copie di una quantità molto ristretta di DNA iniziale.
Il gene estratto viene inserito in un batterio
quarta fase:
DNA ricombinante: il batterio viene moltiplicato e una volta ottenuta una colonia
sufficientemente grande, viene spinta all'espressione del gene, cioè viene
attivata la produzione della proteina corrispondente al gene "trapiantato" (il
processo viene chiamato tecnologia del DNA ricombinante ed e lo stesso
procedimento con cui viene prodotta 1'insulina per i diabetici ormai da 30 anni)
quinta fase:
Analisi di proteine: le proteine così prodotte vengono isolate e purificate con la
microcentrifuga, infine analizzate tramite elettroforesi su gel di poliacrilammide
(PAGE); l’analisi della concentrazione proteica viene effettuata con lo
spettrofotometro dopo un’accurata costruzione della curva di calibrazione.
Seguono le Unità didattiche per la prima e la quinta fase (UD svilupopate
durante l’anno scolastico 2011-2012)
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Bioinformatica
Bioinformatica: vengono scelte e analizzate proteine e geni appartenente al genoma umano
conosciuti e non, utilizzando le banche dati presenti in rete.
OBIETTIVI GENERALI
Il progetto si pone come obbiettivo generale quello di sviluppare un percorso di reale ricerca, sia
progettuale sia operativo, in un campo estremamente attuale, come quello delle biotecnologie,
fornendo allo studente la possibilità di appropriarsi di metodi di indagine a cui solitamente ci si
avvicina alla fine di un percorso universitario.
Potrebbe infine divenire un ottimo banco di prova per aumentare e specializzare l’attività
laboratoriale curricolare.
Obiettivo generale sarà quindi far acquisire allo studente le competenze scientifiche e tecnologiche
finalizzate alla conoscenza dei processi operativi riguardanti la ricerca, ma anche la produzione e
utilizzazione di prodotti biotecnologici.
OBIETTIVI INTERMEDI:
Sviluppare le capacità di osservazione, riflessione e analisi di sistemi complessi.
PREREQUISITI
Gli alunni devono sapere:
• le principali nozioni di genetica
• i principi su cui si basa la tecnologia del DNA ricombinante
Gli alunni devono saper fare:
• usare i principali strumenti del laboratorio di chimica
• possedere le conoscenze base di sistemi informatici
OBIETTIVI SPECIFICI FORMATIVI
Conoscenze
• Conoscenze di genomica strutturale (sequenziamento del genoma e mappaggio fisico dei
geni)
• conoscenze di genomica comparativa (estensione di informazioni ottenute su un dato
organismo ad altri organismi)
• conoscenze di genomica funzionale (analisi del ruolo che singoli geni o gruppi di geni svolgono
all’interno di un dato organismo).
Comprensione
• riconoscere il codice genetico
• comprendere la complessità dei sistemi complessi quali quelli delle banche dati online
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Applicazione
• Analizzare con strumenti bioinformatici le sequenze e strutture nucleotidiche e proteiche.
• Interrogare efficacemente le banche dati biologiche.
• Utilizzare metodi di analisi di dati funzionali di genomica e proteomica.
CONTENUTI
Consultazione delle banche dati biologiche, sia online (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/ per
sequenze e http://www.rcsb.org/ per strutture) sia utilizzando programmi standalone (Genome
Workbench) che permettono di visualizzare e analizzare le banche dati internazionali.
-
Analisi di sequenze di DNA e di proteine
Blast (allineamento e confronto di sequenze amminoacidiche) sia con Genome
Workbench che con Serial Cloner
Visualizzazione di strutture proteiche (VMD - Visual Molecular Dynamics e
http://www.rcsb.org/ )
METODOLOGIA:
Gli alunni verranno avviati all’utilizzo delle banche dati internazionali su genomi, in un primo
momento solo in forma di consultazione, poi come utilizzatori, confrontando diverse sequenze sia
nucleotidiche sia aminoacidiche di geni o proteine simili.
Per questa parte del progetto la metodologia didattica è legata all’uso del computer.
STRUMENTI:
• lezione interattiva alunno-docente / alunno-alunno
• lavori di gruppo
• computer con connessione alla rete e programmi stand-alone
TEMPI:
6 ore di lezione interattiva
6 ore di applicazione sperimentale delle conoscenze acquisite
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Analisi di proteine
Analisi di proteine: le proteine vengono analizzate tramite elettroforesi su gel di poliacrilammide
(PAGE); l’analisi della concentrazione proteica viene effettuata con programmi informatici per lo
studio diretto di foto o scan dei gels (imageJ) e con lo spettrofotometro dopo un’accurata costruzione
della curva di calibrazione.
OBIETTIVI GENERALI
Il progetto si pone come obiettivo generale quello di sviluppare un percorso di reale ricerca, sia
progettuale sia operativo, in un campo estremamente attuale, come quello delle biotecnologie,
fornendo allo studente la possibilità di appropriarsi di metodi di indagine a cui solitamente ci si
avvicina alla fine di un percorso universitario.
Potrebbe infine divenire un ottimo banco di prova per aumentare e specializzare l’attività
laboratoriale curricolare.
Obiettivo generale sarà quindi far acquisire allo studente le competenze scientifiche e tecnologiche
finalizzate alla conoscenza dei processi operativi riguardanti la ricerca, ma anche la produzione e
utilizzazione di prodotti biotecnologici.
OBIETTIVI INTERMEDI:
Sviluppare le capacità di osservazione, riflessione e di formulare ipotesi e cercare soluzioni e
acquisire capacità operative funzionali alla pratica sperimentale di laboratorio
PREREQUISITI
Gli alunni devono sapere:
• le principali nozioni di genetica
• i principi su cui si basa la tecnologia del DNA ricombinante
Gli alunni devono saper fare:
• usare i principali strumenti del laboratorio di chimica
OBIETTIVI SPECIFICI FORMATIVI
Conoscenze
• tecniche di separazione delle proteine
• conoscenza delle metodologie per l’analisi sistematica dei processi biotecnologici: analisi
quantitativa e qualitativa delle proteine
Comprensione
• comprendere la complessità delle metodologie di analisi utilizzate
• polimerizzazione del gel per elettroforesi
• migrazione di molecole precedentemente ionizzate
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• relazione tra Rf* (mobilità elettroforetica espressa in cm) e log MW (molecular weight
espresso in dalton)
Applicazione
• Analizzare sperimentalmente strutture proteiche e il loro comportamento elettroforetico.
• Analisi e interpretazione dei risultati ottenuti.
• Utilizzare metodi di analisi qualitativa e quantitativa proteomica.
CONTENUTI
L'elettroforesi di proteine: separazione di molecole presenti in soluzione sotto forma di specie
elettricamente cariche, basata sulla differente velocità di migrazione di queste specie cariche su
gel di poliacrilammide .
Analisi quantitativa della concentrazione utilizzando programmi informatici per lo studio diretto di
foto o scan dei gels (imageJ).
Analisi quantitativa della concentrazione di molecole che assorbono la luce come le proteine e gli
acidi nucleici tramite spettroscopia: determinazione della concentrazione delle proteine con il
metodo di Lowry (dosaggio colorimetrico relativo, il metodo si basa sulla reazione del biureto).
METODOLOGIA :
Gli alunni utilizzano strumenti specifici per l’analisi qualitativa e quantitativa delle proteine:
sviluppano il procedimento di preparazione del substrato (running e stacking gel) per l’elettroforesi
delle proteine, di costruzione delle curve di calibrazione e di analisi quantitativa delle proteine
stesse.
STRUMENTI:
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•
•
lezione interattiva alunno-docente / alunno-alunno
lavori di gruppo
apparecchiature per l'elettroforesi (per proteine e per DNA)
spettrofotometro
TEMPI :
6 ore di lezione interattiva
6 ore di applicazione sperimentale delle conoscenze acquisite
*
Rf : mobilità relativa delle proteine: rapprto tra la distanza percorsa dalla proteina rispetto a quella percorsa
dal colorante
