Briliáns baktériumok

Az emberek, hogy kijavíthassák a saját testük „tervrajzában” (= DNS lánc, kromoszóma) fellépő hibákat, csodálatos módszert találtak a baktériumoknál.

Ez a „tervrajz” a DNS láncokba van kódolva. A DNS láncok nagyon hosszúak, és azért, hogy elférjenek, ún. kromoszómákban vannak feltekeredve a sejtmagban. Minden kromoszóma egy darab DNS szálból áll. A kromoszómák minden egyes sejtünkben megtalálhatók, sőt minden egyes sejtünkben ugyanolyan a felépítésük!

Néha persze előfordul, hogy hiba keletkezik bennük. Ezek közül néhány oda vezethet, hogy testünk nem úgy működik, ahogyan szeretnénk.

Képzeljük el, hogy valahol ebben a „tervrajzban” van egy hiba, ami rossz utasítást eredményez. A DNS lánc hibája akár betegséget is okozhat. Például egy adott ember megvakulhat, rákos daganat, cukorbetegség vagy különböző autoimmun betegségek alakulhatnak ki.

Az emberi sejtekben 23 pár kromoszóma található. Ezekben a szorosan feltekert DNS láncokban már a hiba helyének megtalálása is gondot okoz! A javítás pedig még bonyolultabb: ezek a láncok a legnagyobb nagyításra képes mikroszkópban sem láthatóak! Ráadásul a hibás részt abszolút pontossággal szabadna csak eltávolítani és kicserélni, különben még nagyobb problémát okozhatunk!

Foglalkozás

Ebben a foglalkozásban megvizsgáljuk, milyen nehéz megtalálni egy kicsi hibát a feltekert hosszú láncon, valamint a baktériumokat utánozva megkeressük azt az eszközt, ami képes kimetszeni a hibás részeket.

Foglalkozás leírása:

Magyarázat

Haladó magyarázat (11-12 éveseknek)

A baktériumoknak, ezeknek a mikroszkopikus méretű lényeknek olyan eszközük van, amely lehetővé teszi számukra, hogy a DNS-t egy meghatározott helyen, nagyon pontosan elhasítsák. A baktériumok ezt az eszközt a vírusok ellen használják. Ahogy mi sem szeretjük, amikor vírusok támadnak meg bennünket (egyesek például megfázást, mások himlőt okoznak), a baktériumokra nézve is vannak veszélyes vírusok (ezek az ún. fágok). Ha egy baktériumot egyszer már megtámadott egy vírus, és túlélte a támadást, egy darabkát elraktároz a vírus „tervrajzából”. Ha ugyanaz a vírus faj ismét megtámadja a baktériumot, ennek segítségével felismeri a behatolót, elkészíti az eszközét (az ún. genetikai ollót) és valóban úgy használja, mint egy kis ollót: az elraktározott mintának megfelelő helyen elvágja a vírus „tervrajzát”, ezzel elpusztítva a betolakodót.

Hogyan segít fenntarthatóbbá tenni a világot?

A tudósok tanulmányozták a baktériumokat és megfigyelték, hogyan kell használni ezt az eszközt (genetikai olló). Segítségével összeállítottak egy rendszert, amelyet az emberi DNS pontos vágására és módosítására tudnak használni. Ezáltal ki lehet javítani a DNS-ben keletkezett hibákat, ezzel esélyt kaphatnak az egészséges életre bizonyos egészségügyi problémákkal küzdő emberek. 2020-ban két tudós kapott kémiai Nobel-díjat ennek a mechanizmusnak a megalkotásáért, amelynek segítségével más élőlények DNS-t is lehet módosítani, nem csak az emberekét.

Ezt a mechanizmust CRISPR/Cas9 rendszernek nevezik. Segítségével nem csak a lehetséges káros részeket lehet eltávolítani a DNS-ből, hanem különféle előnyös tulajdonságok is hozzáadhatók. Sőt, nem csak az emberben, hanem más élő szervezetekben is felhasználhatjuk – állatokban, növényekben, gombákban. Létrehozhatunk például olyan növényeket, amelyek jobban ellenállnak a klímaválság miatti magas hőmérsékletnek vagy a szárazságnak. A lehetőségek végtelenek.

Tantárgyi kapcsolódás (STEAM)

Környezetismeret/Természettudomány

·         egészségmegőrzés

·         kísérletezés

Technika és tervezés (Technológia)

·         modellezés

Digitális kultúra (Mérnöki tudományok, mérnöki tudományok)

·         információszerzés az e-világban

Vizuális kultúra (Művészetek)

·         eszközök használata alkotásokhoz

Matematika

Ötletek megbeszéléshez

Az ún. genetikai olló tényleg zseniális találmány. Ám mielőtt teljesen belelkesednénk, fontos, hogy beszélgessünk a tanulókkal arról, milyen veszélyekkel járhat ennek a DNS átalakító rendszernek a használata, ha nem megfelelő kezekbe kerül! Például, ha a hibát ki lehet javítani, akkor betenni is lehet…

A génsebészet súlyos etikai problémákat is felvet: kinél és mikor alkalmazhatjuk az eljárást? Magzati korban, vagy születés után, esetleg felnőtt korban? Ki mondja meg, hogy kinél lehet használni? Mi a helyzet a szegényekkel és a gazdagokkal, a szegény és gazdag országok lakóival? Mindenki számára elérhető lesz az eljárás? Csak betegségek esetén használják, vagy akkor is, ha nem tetszik a szemszínem és a hajam formája? Már a fogantatás előtt megrendelhetem, hogy milyen legyen a gyerekem? A kérdéssor folytatható.

Most még a kutatások elején járunk, jelenleg még csak sejttenyészetekkel dolgoznak a kutatók. Most kezdődött el az a folyamat, aminek a végén kifejlett egyedeken is kipróbálják ezt a technikát. Ne feledjük: a tudós elme érdeklődve figyeli, vizsgálja a körülöttünk lévő világot, és zseniális találmányokkal áll elő. Ezek alkalmazásánál, felhasználásánál azonban sok etikai és jogi kérdést kell figyelembe venni. Különösen akkor, ha az emberi örökítőanyagot lehetne megváltoztatni.

További források

Magyar nyelven:

Részletes leírás az ún. "genetikai olló" működéséről (tovább a cikkhez).

Nobel-díj járt a mechanizmus felfedezéséért (tovább a cikkhez).

A génszerkesztés új szintjéről (tovább a cikkhez).

További érdekes foglalkozások

A génmódosítás buktatói

Fotó: brian0918, / Wikimedia Commons

Ennek a játéknak az a fő célja, hogy megismertesse a tanulókkal azokat a lehetséges veszélyeket, amelyeket a CRISPR-cas9 módszer gondatlan használata okozhat.

Korosztály: 11-12 évesek
Időtartam: 30 perc

Tovább olvasom →