De har fingrene i suppen - om eksperimentel bioteknologi i gymnasiet og HF

Publiceret Juli 1999

Biologi og naturvidenskab

Hvis unge siger, at de ikke interesserer sig for naturvidenskab, er det ikke biologi de mener. Interessen for dette fag er fortsat usvækket blandt de unge jvf. Kirsten Wøldike s artikel i BIOZOOM nr. 2, "Naturvidenskab et ikke altid upopulær". Det er imidlertid et problem, at de videregående uddannelser har lagt sig fast på en meget snæver adgangsvej til studier i de naturvidenskabelige fag. De har ikke - endnu - fanget, at det, de unge efterlyser, er mangfoldighed og autenticitet i undervisningen. Unge reagerer mod, at naturvidenskab ofte tilstræbes at være holdningsløs med henvisning til objektiviteten. Biologi på det gymnasiale niveau har noget anderledes at byde på. Vi har 25 års erfaring i at være det naturvidenskabelige fag, der tager udgangspunkt i elevernes egne erfaringer, for derefter at føre dem videre til de højere forståelsesniveauer. Det gør vi ved at sætte det faglige indhold, herunder anvendelsen af naturvidenskabelige arbejdsmetoder, ind i en social- og samfundsmæssig sammenhæng, hvor holdninger er tilladte. Biologi introducerer altså naturvidenskab med de dertil knyttede arbejdsmetoder på en måde, så eleverne forstår det. Det kræver i lige så høj grad abstrakt tænkning og evne til at kunne kvantificere, som de øvrige naturvidenskabelige fag og faget matematik gør. Hertil kommer, at eleverne også oplever relevansen af og behovet for de andre naturvidenskabelige fag, hvorved interessen for disse fag skærpes.

Bioteknologi indgår som en del af biologiundervisningen sammen med molekylærbiologi og biokemi specielt på de højere niveauer. Mange elever finder specielt bioteknologi meget spændende, hvor de to andre fagområder opfattes som lidt "tungere". Den pædagogiske udfordring har derfor været at udnytte deres interesse for bioteknologi som løftestang for de lidt mere teoretiske - molekylærbiologiske og biokemiske problemstillinger -  på ensådan måde, at undervisningen både kommer til at indeholde viden, metode og sammenhæng. Lad mig derfor give en smagsprøve på hvordan vi udnytter det gennem eksempler hentet fra den eksperimentelle undervisning i bioteknologi.

Genet for rytmisk musikalitet

Et eksempel på et undervisningsforløb er simulering af arvegangen for et udvalgt gen. Det kan være et kendt sygdomsgen som Cystisk Fibrose, eller et gen af mindre betydning, som f.eks. genet for evnen til at smage PTC. I det følgende eksempel arbejdes der med et fiktivt gen. For motivationens skyld valgte vi at undersøge forekomsten af "genet for rytmisk musikalitet" sammen med et hold elever.

Eleverne fik oplægget gengivet her (i en let forkortet udgave).

Det satte virkelig gang i elevernes undersøgelsesiver for at finde ud af, om de hver især havde arvet genet fra deres forældre, eller om de fra naturens hånd var blevet "brummere", hvordan man kunne se det på undersøgelsesresultatet, og med hvilken sikkerhed. Eleverne følte vigtigheden af, at de så præcist som overhovedet muligt nåede frem til det "rigtige resultat" på grund af de sociale og samfundsmæssige implikationer.

Dette var en leg - et modelforsøg. Efter et par timers hektisk aktivitet i laboratoriet måtte vi så nødvendigvis fortælle eleverne, hvad der var facts, og hvor fantasien havde fået frit spil. Det var jo f. også lidt af en tilsnigelse at fortælle, at vi havde opformeret deres eget DNA. "Kan man det?" spur-gte en af eleverne. En af de andre nåede at svare, før vi kunne give en status af, hvad man kan for øjeblikket: "Det kan man sikkert - du skal jo blot have en enkelt celle".

Bioteknologigruppen og EIBE

Materialet, der blev brugt i undervisningen er udviklet af Bioteknologigruppen, en gruppe lærere med særlig interesse for bioteknologi inklusiv genteknologi nedsat af FaDB, Foreningen af Danske Biologer, alene eller i samarbejde med EIBE, European Initiatives for Biotechnology Education en EU-gruppe af undervisere.  

Bioteknologigruppens historie og arbejdsopgaver

I 1986 vedtog Folketinget Lov om Miljø og Genteknologi. Foreningen af Danske Biologer, FaDB nedsatte derfor en Bioteknologigruppe på ialt 12 biologilærere, der alle på universitetet havde arbejdet specielt med mikrobiologi/mykologi, og som havde suppleret dette med et kursus i genteknologi på enten Carlsbergs Forskningslabo-ratorier, på DTU eller på Cold Spring Harbor Laboratories, USA. Vores opgave var at udarbejde manualer til et sæt eksperimenter, som passede til et skolelaboratorium. De skulle være illustrative, give eleverne mulighed for at arbejde med de sam-me metoder som "rigtige" forskere på området, og de måtte ikke udgøre en sikkerhedsrisiko. Samtidig var det vigtigt, at eksperimenterne og resultatet af disse havde en sådan karakter, at udbyttet umiddelbart kunne bruges i en tematisk undervisning.

I samarbejde med Miljø- og Sundhedsstyrelsen lykkedes det i løbet af foråret 1987 at opstille et sæt regler for, hvordan arbejdet i skolen skulle foregå med genetisk modificerede bakterier og gær. Der er en speciel paragraf i loven, der beskriver dette.

I 1987 holdt Bioteknologigruppen det første efteruddannelseskursus for biologikolleger i gymnasieskolen, der blev model på det "kørekortskursus", som alle der ønsker at arbejde med genteknologi i skolesammenhæng skal have gennemgået.

På alle landets gymnasier - og på mange HF kurser - sidder der nu mindst en biologilærer, der har den-ne kompetance. Gruppen har også etableret samarbejde mellem den bioteknologiske industri og undervisningssektoren om genteknologi.

Det har været vigtigt for Bioteknologigruppen at give eleverne lejlighed til at arbejde med nogle af de mest anvendte teknikker til undersøgelse af DNA, restriktionsenzymer, PCR og gelelektro-forese. Det er det fordi eleverne gennem dette arbejde får forestillinger om, hvilke typer af resultater, man kan skaffe sig i den virkelige verden, når disse teknikker anvendes.

Bioteknologigruppen har i samarbejde med EIBE også udarbejdet mere avanceret undervisningmateriale, der i abstraktionsniveau og faglig viden fortsætter hvor det foregående slap. Det er "DNA-profilanalyse", der også giver information om anvendelsen af analyserne i kriminal- og indvandrersager specielt i Danmark. Materialet indeholder derfor også informationer om de såkaldte VNTR-områder, og om den forsøgsusikkerhed der er i at bestemme nogle af en persons forskellige VNTR områder. Alt ialt er det med til at gøre eleverne bevidste om de biologiske og dermed naturvidenskabelige arbejdsmetoder og betydningen af resultat-ers validitet for deres anvendelse i retsafgørelser. Restriktionsanalyseeksperimentet er udviklet af en af bioteknologigruppens medlemmer, før der var tænkt på oprettelse af EIBE, men via EIBE samarbejdet er der blevet udviklet billigere og enklere apparatur og materialer, der nu gør det lettere for skolerne at være med.

Vi arbejder for øjeblikket i EIBE regi med udformningen af en manual til PCR-teknikken, både på humant- og på bakterielt DNA. Her demonstrerer vi teknikkens betydning f. eks. til hurtig og sikker påvisning af kønssygdommen Klamydia. Undervisningsmaterialet indeholder også resultater fra Seruminstituttets større undersøgelse på det-te område samt andre baggrundsinformationer.

EIBE-samarbejde

I 1990 var undertegnede på Bioteknologigruppens vegne medstifter af EIBE (European Initiatives for Biotechnology Education). Her har vi siden arbejdet med et program, der ligner det danske sammen med undervisere fra de fleste europæiske EU-lande:
  • udvikling af eksperimenter til skolebrug der illustrerer bioteknologiske arbejdsmetoder herunder genteknologi
  • udarbejdelse af undervisningsmateriale om bioteknologi til brug på det gymnasiale niveau, der sætter eksperimenterne i en faglig sammenhæng, og som peger på anvendelsessiden af bioteknolo-gien, de såkaldte undervisnings-"units".
  • efteruddannelse af biologilærere på det gymnasiale niveau

I EIBE har vi arbejdet meget med at producere dis-kussionsmateriale om emner, der ikke kun var biologiske, men hvor biologisk viden er nødvendig for at nuancere argumentationen. I unit 7 og 12 er problemstillingen, i hvilket omfang deltagerne finder det rimeligt at benytte forskellige former for fosterteknologi. I unit 12 simuleres diskussionen at foregå på et Sundheds-ministerrådsmøde i EU-kommissionen. Unit 10 drejer sig om dyrkning af genmodificerede planter og de deraf følgende problemstillinger af økologisk og økonomisk art, og hvordan og i hvilket omfang dette kan påvirke den omgivne natur. Her sættes scenen for et borgermøde, hvor eleverne får lejlighed til at agere som forskellige interessepersoner. Igen er der lagt op til, at eleverne skal have en biologisk viden og forståelse, før debatten på "borgermødet" finder sted.

Vi kan med en vis stolthed sige, at EIBE har gjort brug af mange af de danske ideer til eksperimenter og ideer om tematisk undervisningsmateriale samt til tværfagligt samarbejde. Men vi har også fået meget igen. Især har vi haft fornøjelse af at arbejde sammen med NCBE (National Centre for Biotech-nology Education), der har til huse på universitetet i Reading, England. Her er man så heldig at ha-ve et institut, der fuldtids er beskæftiget med specielt dette at udvikle undervisningseksperimenter og afholde efteruddannelseskurser. Og det er folk, der er iderige og kan deres metier. Udover nogle berigende møder og seancer, hvor vi har arbejdet sammen i laboratoriet, er resultaterne af samarbejdet i EIBE nu ved at vise sig. Mange danske lærere har stiftet bekendtskab med EIBE via et efteruddannelseskursus, og det udarbejdede undervisningsmateriale er lagt ud på nettet til fri afbenyttelse. Vi oversætter og tilpasser løbende en del af materialet til danske forhold, så det direkte kan anvendes i undervisningen.

EIBE har en WEB side, hvor også de forskellige units ligger frit tilgængelige: www.rdg.ac.uk/EIBE

Lysten driver værket

I den netop afsluttede Europæiske undersøgelse "Labwork in Science Education", har man blandt andet interesseret sig for elever med henholdsvis biologi, fysik og kemi på højt niveau og undersøgt deres forestillinger om en række naturvidenskabelige spørgsmål ("images of science"). Her svarer de tre grupper forbavsende ensartet. Det må derfor konstateres, at man ikke bliver bedre til naturvidenskab ved at have haft et bestemt naturvidenskabeligt fag fremfor et af de andre.

Det er som bekendt lysten, der driver værket. Det man lærte, fordi man var interesseret, holder længst. I de senere år er det blevet almindeligt, at unge først starter på en videregående uddannelse op til flere år efter, de har afsluttet deres ungdomsuddannelse. Dette gælder også på det naturvidenskabelige område. Så meget mere vigtigt er det, at det de lærte i skolen, blev lært af interesse og ikke af pligt - lært for livet. Dette er endnu et argument for at vurdere de studerendes generelle viden på det naturvidenskabelige område ved studiestart, i stedet for at efterspørge bestemte fag. Dermed ville man også i højere grad acceptere de studerendes fagvalg i gymnasiet, som de voksne mennesker de er.

Sikkerhed i laboratoriet

Fra starten var sikkerhed i laboratoriet og sikkerheden omkring genmodficerede organismer meget vigtig i gruppens arbejde. Det var et afgørende element i loven, fordi det den gang som nu spillede en stor rolle i diskussionen om anvendelsen af genmodificerede organismer. Pædagogisk set var det også vigtigt at undervise eleverne i sikkerhedsystemers muligheder og begrænsninger. Og det var vigtigt pædagogisk at forholde sig til, hvilke forhold man skal være opmærksom på, når man skal konstruere genmodificerede organismer til brug i laboratorierne, for selvfølgelig slipper de ud af laboratoriet på et eller andet tidspunkt.

En anden problemstilling repræsenterer de genmodificerede organismer, der er konstrueret til at kunne overleve i naturen i kamp med de "naturligt forekommende" organismer. Derfor blev arbejdet med "Eksperimentel Genteknologi" meget hurtigt fulgt op af et arbejde, der resulterede i udgivelse af bogen "Risikovurdering ved Gensplejsning", der eksemplificerer det arbejde forskere udfører, når de risikovurderer. Bogen rummer en manual til undersøgelse af, i hvilket omfang genmodificerede bakterier overlever, hvis de "udledes" til omgivelserne - her et mikroøkosystem, som består er en plante i en urtepotte eller et reagensglas med søvand i et minivækstkammer. De to systemer var model for hhv. et terrestisk- og et akvatisk økosystem, og de var tro kopier af modelsystemer, som man arbejdede med på Levnedsmiddelstyrelsen.

Det interessante ved disse tidlige forsøg (brugt i skolen kun 15 år efter publiceringen af den første videnskabelige artikel om anvendelse af restrik-tionsenzymer) er, at lærere og elever lærte og oplevede samtidig. Det gav drive i undervisningen, og mange elever havde en fornemmelse af at puste forskerne i nakken. Gruppen har siden også arbejdet med eksperimenter indenfor plantebioteknologi og immunologi.

Figur 1

1999_3 fig_d1.gif

Ved en tilfældighed er det lykkedes Det humane genomprojekt (HUGO) at finde genet for rytmisk musikalitet, MUS, (forkortet til M) på kromosom nr. 17, som er dominerende. En hel del popstjerner har allerede beredvilligt ladet sig teste. Derfor ved vi på nuværende tidspunkt, at blandt andet Michael Jackson er heterozygot for egenskaben med genotypen Mm.

Forskellige spørgsmål rejser sig i denne sammenhæng:

  • Er man f. eks. mere musikalsk, hvis man har to MUS gener end hvis man kun har et?
  • Betyder manglen på MUS genet, at man ikke er i stand til at udvikle rytmisk musikalitet overhovedet, - er man så dømt til at blive "brummer"?
  • Arves genet på mendelsk vis, og er der flere alleler end de to, som beskrives i det følgende?

Set i en uddannelsesmæssig sammenhæng er det også nyttig viden. Der er jo ingen grund til at etablere musikskoler, og ofre dyr musikundervisning på børn og unge, der aldrig kan udvikle den ønskede musikalitet alligevel. Der er derfor megen interesse for at undersøge så mange individer som muligt over hele verden for dette allelsystem, så kendskabet til genet og dets betydning for den rytmiske musikalitet kan blive så vel underbygget som muligt.

De to alleler "M" og "m" lader sig let skelne fra hinanden, idet "M" har et klippested for restrik-tionsenzymet Eco R1 inde i genet. Ved en mutation er dette klippested forsvundet i "m". Vi har udvundet jeres DNA fra jeres fingeraftryk på de sidste rapporter, I afleverede. Og ved hjælp af PCR metoden har vi opformeret det.

  1. Undersøg ved hjælp af en restriktionsanalyse jeres eget DNA. Brug den udleverede vejledning.
  2. Bestem jeres egen genotype udfra restriktionsanalysen. Forklar hvordan I når frem til jeres resultat.
  3. Forklar med hvilken sikkerhed I bestemmer genotypen. Kom herunder ind på de forskellige fejlkilder undersøgelsen rummer.