DNA Sekventering

Dette tema handler om DNA-sekventering og består af en række undervisningsforløb målrettet gymnasieelever med Bioteknologi A i deres studieretning. Forløbene forudsætter, at eleverne har en grundlæggende forståelse af molekylærbiologi, genetik og bioteknologiske metoder, inden de besøger BeScience: Afrika i Bjerringbro, der fysisk er placeret ved Bjerringbro Gymnasium. Temaet kobles til virkelige problemstillinger fra vandprojekter i Afrika, hvor adgang til rent vand er afgørende for både sundhed og bæredygtigt landbrug. Eleverne vil få hands-on erfaring med moderne sekventeringsteknologier og bioinformatik til at analysere miljø-DNA (eDNA) fra vand- og jordprøver. Gennem sekventeringen kan de identificere mikroorganismer, vurdere vandkvaliteten og forstå, hvordan bioteknologiske løsninger kan bidrage til bæredygtig udvikling.

De overordnede tanker bag hele projektet BeScience: Afrika i Bjerringbro og de udviklede undervisningsmaterialer findes på siden BeScience: Afrika i Bjerringbro.

DNA-sekventering er en revolutionerende teknologi, der anvendes inden for medicinsk forskning, mikrobiologi og miljøvidenskab. I denne sammenhæng vil eleverne arbejde med reelle problemstillinger relateret til vandprojekter i Afrika, hvor DNA-sekventering kan bruges til at identificere mikroorganismer i vandprøver samt analysere miljø-DNA (eDNA) fra både vand og jord. Dette giver indsigt i den mikrobiologiske sammensætning, biodiversitet og potentielle sundhedsrisici forbundet med vandkvalitet.

Eleverne vil blive introduceret til Oxford Nanopore-sekventering ved hjælp af MinION-platformen, hvor de gennemgår hele workflowet fra prøveforberedelse til dataanalyse. De vil lære at isolere og oprense DNA fra både jord- og vandprøver, herunder miljø-DNA (eDNA), ved hjælp af DNeasy PowerSoil Pro Kit til mikrobiom-analyse og MACHEREY-NAGEL NucleoSpin DNA RapidLyse til genomisk DNA fra eukaryote organismer. Efter ekstraktionen klargør eleverne DNA’et til sekventering på en MinION Flow Cell og foretager realtidssekventering. De vil derefter analysere resultaterne ved hjælp af MinKnow og EPI2ME, hvor de identificerer bakteriearter og vurderer deres betydning for vandkvalitet samt kortlægger biologisk diversitet baseret på eDNA-analyser.

Dette tema giver eleverne indsigt i de nyeste metoder inden for genomisk forskning og deres anvendelse i virkelige scenarier. De vil få en dybere forståelse af, hvordan DNA-sekventering kan anvendes til at analysere miljø-DNA (eDNA) fra vand og jord for at overvåge miljøet og sundhedsrisici. Derudover vil de lære, hvordan bioteknologiske løsninger kan bidrage til bæredygtige udviklingsprojekter og forbedring af vandkvalitet.

Forudsætninger og faglige mål for 2.g/3.g

Forudsætninger

For at kunne gennemføre disse forløb, forventes det, at eleverne i rimeligt omfang opfylder relevante faglige mål og har kendskab til relevant kernestof for Bioteknologi A, som listet herunder.

Bioteknologi A

Faglige mål
Eleverne skal kunne:
– anvende fagbegreber, fagsprog og relevante modeller til at beskrive og forklare DNA-struktur og genetiske processer
– tilrettelægge og udføre eksperimenter med laboratoriemetoder inden for molekylærbiologi
– bearbejde og analysere data fra eksperimenter, herunder kvalitativ og kvantitativ behandling af sekventeringsresultater
– forstå anvendelsen af bioinformatik i analyse af DNA-sekvenser
– demonstrere viden om bioteknologiske metoder og deres anvendelse i forskning og industri.

Kernestof
Genetik og molekylærbiologi:
– DNA’s opbygning og funktion (replikation, transkription, translation)
– Genetisk variation og mutationsmekanismer
– Nedarvningsprincipper

Biokemiske metoder og laboratorieteknikker:
– Erfaring med grundlæggende laboratorieteknikker såsom pipettering, centrifugering og sterile arbejdsmetoder
– Anvendelse af PCR og elektroforese i DNA-analyse​

Datahåndtering og bioinformatik:
– Grundlæggende anvendelse af digitale værktøjer til dataindsamling og analyse
– Introduktion til bioinformatiske metoder og sekventeringsdata.

Faglige mål

Ved deltagelse i DNA-sekventeringsforløbet vil eleverne udvikle og anvende følgende kompetencer:

• Eksperimentel kompetence
  – Arbejde selvstændigt med prøveforberedelse, DNA-oprensning og sekventering
  – Udføre præcise laboratoriemanipulationer med moderne bioteknologiske metoder
• Dataanalyse og bioinformatik
  – Behandle DNA-sekventeringsdata fra MinION-platformen
  – Anvende relevante matematiske og bioinformatiske værktøjer til sekvensanalyse
• Problemløsningskompetence
  – Evaluere DNA-sekventeringsresultater i forhold til mikrobiologisk sammensætning i vandprøver
  – Identificere mikroorganismer og vurdere deres betydning for vandkvalitet
• Sammenhængsforståelse og anvendelse af fagets metoder
  – Demonstrere forståelse af bioteknologiens tværfaglige anvendelse i sundheds- og miljøvidenskab
  – Perspektivere sekventeringsteknologier til aktuelle forsknings- og samfundsrelevante problemstillinger