ÄMNE: GENETIK V. 15-‐ 20 Lektion: Innehåll: Material: 1 Arvet: DNA & det genetiska alfabetet Genomgång på tavlan, Keynotepresentation, instuderingsfrågor 2 Gener: Från gener till egenskaper Genomgång på tavlan, instuderingsfrågor 3 Ärftlighet: Hur ärvs egenskaper? Dominant & recessivt Anteckningar, film, hemuppgift 4 Celldelning: Mitos och meios 5 6 7 Radioaktiv strålning: Hur påverkar det oss? Bildspel, anteckningar 8 Stamceller: 9 DNA & genterapi Gener och genterapi, genetiska sjukdomar Film, handledning och instuderingsfrågor 10 11 Lektion 1: DNA & det genetiska alfabetet Cellen: Allt i människokroppen är uppbyggt av celler. I cellerna finns många olika delar som alla sköter olika saker. Lysosomerna sköter avfallshantering, mitokondrierna är cellens energiverk och sköter förbränningen och i cellens mitt sitter cellkärnan. Allt som händer i en cell styrs från cellkärnan och här ligger vårt arvsanlag. Kromosom DNA: Om man tittar på en cell som vi öppnat upp och koncentrerar oss på kärnan, så kommer vi att hitta kromosomer. Kromosomerna innehåller all den information som styr våra biologiska egenskaper, till exempel om man får lockigt eller rakt hår, blå eller bruna ögon. Det som utgör en kromosom är tätt samman-‐ lindade DNA molekyler. DNA molekylerna är lindade runt protein och det är just DNA:t som bär på arvet. Instruktionsboken: Hemligheten bakom hur DNA kan styra alla våra biologiska egenskaper ligger i att DNA molekylen kan läsas som en instruktionsbok. Alla DNA molekyler är uppbyggda av 4 bokstäver som paras ihop på olika sätt och i olika kombinationer och ger då helt olika instruktioner. För att göra det enkelt för oss så jämför vi DNA molekylen med en repstege som har blivit snurrad. Varje stegpinne i vår repstege är egentligen två kemiska byggstenar som sitter ihop parvis. De kallas kvävebaser. De brukar förkortas med bokstäverna A, T, C och G. Kvävebasen A sitter alltid ihop med T och C sitter alltid ihop med G. Sammanlagt finns det ungefär tre miljarder baspar i en mänsklig cell. För att detta ska få plats i en cell så tvinnas molekylerna hårt samman. Om DNA från en enda cell skulle vecklas ut skulle det bilda en ca tre meter lång tråd! Bildspel DNA keynote! Instuderingsfrågor lektion 1: 1. Nämn några olika delar i en djurcell och vad de har för uppgifter. 2. Var finns arvsmassan? 3. Vad är en kromosom? 4. Vad består DNA molekylen av? 5. Vad är en gen? Lektion 2: Från gen till egenskap Recept på proteiner: DNA innehåller bara information och kan själva inte utföra något arbete i cellen. Man kan säga att DNA är som en receptbok. Bokstävernas ordning längs med DNA kedjan beskriver hur och vilka proteiner cellen skall tillverka. Protein är viktiga byggmaterial till cellerna och en del proteiner är så kallade enzymer, som styr kemiska reaktioner i kroppen. Flera hormoner är också uppbyggda av proteiner, så man kan säga att proteiner till och med styr vårt humör. Det finns många tusen olika recept på proteiner i människans kropp. Cellerna vet hur de skall tillverka alla dessa proteiner genom att de har informationen om dem i sina cellkärnor. Proteinkedjor Kopia av dina föräldrar: Alla dina gener är ett arv från dina föräldrar. Du fick nämligen 23 DNA-‐molekyler med spermien från din pappa och 23 med äggcellen från din mamma. När befruktningen av ägget skedde och spermien smälte ihop med ägget så bildades en cell med 46 DNA-‐molekyler (kromosomer). Cellen som bildades nu var den första cellen i din kropp. Cellen började snabbt dela sig och blev tillslut en liten människa med tusentals miljarder celler och varje cell med 46 kromosomer. Denna lilla människa blev du. Innan alla celler delar sig så kopieras alla DNA-‐molekyler så att de båda nya cellerna ska få en uppsättning med 46 kromosomer var. På så sätt innehåller alla dina celler kopior av samtliga gener du fått av dina föräldrar. Dubbla uppsättningar gener: Kromosomerna som kommer från din mamma innehåller all information som behövs för att kroppen skall kunna producera alla proteiner som kroppen behöver. Samma sak gäller för kromosomerna som kommer från din pappa. Det här betyder att du har dubbla uppsättningar av anlagen för de ärftliga egenskaperna från dina föräldrar. En allel är en variant av en ärftlig egenskap i en kromosom. Till exempel kan den ena kromosomen ha en allel för blå ögon och den andra kromosomen för bruna ögon. Instuderingsfrågor lektion 2: 1. Hur många DNA-‐molekyler har du i dina celler? 2. Hur många DNA-‐molekyler har du från din mamma respektive din pappa? 3. Vad är det som bestämmer vilka proteiner cellerna skall bilda? 4. Varför är proteiner så viktiga i människokroppen? 5. Vad kallas det stället på kromosomer där en speciell egenskap sitter? Läs: I spektrums Biologi s.368-‐372 samt svara på instuderingsfrågorna s.372. Lektion 3: Ärftlighet Gregor Mendel: Mendel var en forskare som arbetade med hur egenskaper nedärvs från en generation till en annan. Han levde mellan 1822 och 1884. 1843 blev han munk i Österrike och började på allvar studera egenskaperna hos ärtor. Varför blev avkomman till två lilablommande plantor vita och hur kunde en vit och en lila planta få rosa avkomma? Under åren mellan 1856 och 1863 odlade och testade han över 28000 olika exemplar av ärtväxter. Experimenterandet ledde till formuleringen av de lagar för ärftlighet som gjort honom berömd. Mendel stiftade begrepp som dominanta och recessiva anlag. Dominanta anlag: En person som ärver anlag för brun ögonfärg från båda föräldrarna får bruna ögon, detsamma gäller för blå ögon. Men vad händer om man ärver ett anlag för blå ögon och ett anlag för bruna ögon? Jo, då är det så att det bruna anlaget är dominant, det bestämmer och tar över. Så då får personen bruna ögon. Ett dominant anlag är ett anlag som bestämmer! Recessivt anlag: Om man har en mamma och en pappa som båda två har blont hår har man själv en stor chans/risk att få blont hår, men om mamma har brunt hår och pappa blont hår så får jag med största sannolikhet brunt hår. Detta händer för att det blonda anlaget är recessivt, det ger vika för det dominanta anlaget. Ärftlighetsschema: Om en svart kanin och en vit kanin skall få fyra ungar, vilka färger skulle de då kunna få? Svart är dominant och vit är recessivt. Vad måste man först titta på? Jo, den vita kaninen måste ju ha två vita föräldrar för att den skall kunna vara vit, men den svarta kaninen kan ha en vit förälder och en svart förälder och ändå vara svart. Eller hur? För svart var ju dominant! Nu är det bestämt att den svarta kaninen har en förälder av varje färg och då kan man göra ett schema som ser ut som nedan! Mamma kanin Pappa kanin De fyra barn mamma och pappa kanin får! Så, det vi ser i figuren är att när det svarta anlaget blandas med det vita, så blir det så klart svarta kaniner för att det svarta är dominant. Men när det vita anlaget blandas med det vita så blir kaninen vit, för då behöver inte det vita anlaget ge vika för ett dominant anlag. Här är det viktigt att ni kommer ihåg att man alltid har fler anlag för varje egenskap, för man får hälften av varje förälder. Därför har vi gjort mamma och pappa kanin med två anlag. Visa film: FLOD – pappas näsa och mormors haka, Jag är jag ca 10 minuter Övningsuppgifter: 1. Två möss får fyra barn. Mamma mus är grå och pappa mus är brun. Det dominanta anlaget är den grå färgen. Hur kommer ärftlighetsschemat att se ut och hur kan föräldramössens anlag se ut? 2. Nedan ser du ett ärftlighetsschema. Hur kan föräldrarnas anlag se ut? Mamma plutt Pappa plutt Hemuppgift till lektion 4: Nu är det dags att du tar en titt på vart du har fått dina anlag ifrån! Prata med någon av dina släktingar som har koll på hur familjen har sett ut. Gör enligt följande: 1. Skriv ner 5 egenskaper i ditt utseende som du tycker att du vill veta mer om, t.ex. din näsa, din hårfärg, lockigt eller rakt hår m.m. 2. Ta reda på hur det ser ut i din familj och skriv ner var du har fått ditt anlag ifrån t.ex mitt mörka hår kommer från min mamma som har mörkt hår, men hennes pappa var blond och hennes mamma var mörkhårig. 3. Skriv ner annat som du tycker är intressant eller om det kommer upp några frågor under din undersökning, så ska vi försöka besvara dem nästa gång när vi ses! Lycka till!! Deise Moschioni Lektion 7: Mutation till följd av strålning Vi ska först klargöra att den strålning man brukar prata om är den joniserande strålningen, UV-‐strålning och röntgenstrålning. All radioaktiv strålning egentligen. 1800-‐talet: Under denna tid var det många forskare som arbetade med radioaktiv strålning. En person var Marie Curie och hennes man Henrie Bequerel. De arbetade dagligen under höga stråldoser och till slut dog Marie av blodcancer. En annan känd forskare inom strålning var Wilhelm Conrad Röntgen, han dog av magcancer efter upptäckten och forskningen kring röntgenstrålning. Förutom dessa två, var det många forskare och läkare som fick cancer av att de vistats i omgivningar med höga stråldoser innan hälsoriskerna var kända. Hur kom sig då detta? Kan man finna något samband? Cancer av strålning? Idag kan man finna många forskningar kring sambandet mellan höga stråldoser och cancer. Det finns forskning från Tjernobyl och atombombstester i Kazakstan (dåvarande Sovjet) under 40-‐ och 50-‐talet och atombomssprängningarna i Japan i slutet av andra världskriget. Här har forskarna upptäckt ett klart samband mellan ökad risk för cancer och vilken strålning man har blivit utsatt för. Vad är det som händer? Anledningen till att radioaktivitet kan orsaka cancer är att det påverkar DNA:t i cellerna. De radioaktiva partiklarna ger upphov till fria radikaler, atomer som saknar rätt antal elektroner i det yttersta skalet och därför är ytterst reaktiva. Om dessa radikaler kommer i kontakt med en DNA-‐kedja kan den sno till sig en väteatom och bilda biologiska radikaler. I cellen finns det dock reparerande proteiner som kan laga skadan. Mutationer: En mutation är en ärftlig och bestående förändring i cellernas DNA (eller RNA). Den här förändringen kan bildas av ett så kallat ”kopieringsfel” av DNA:t om cellen har blivit utsatt för strålning. Ärftliga sjukdomar orsakas av skadade gener: Om en av föräldrarna bär på en skadad gen kan denna föras vidare till barnet. Oftast är dessa sjukdomar så kallade recessiva eller vikande. Barnet får bara sjukdomen om genen kommer från båda föräldrarna. Men barnet för sedan vidare den skadade genen till sina barn som då kan drabbas av sjukdomen om den andra föräldern bär på genen. Detta innebär att två full friska föräldrar kan få ett sjukt barn. Sedan finns det så kallade dominanta gener, som alltid slår igenom och visar sjukdomen i avkomman. Om bara den ene föräldern har den sjukdomen kommer ungefär hälften av alla barn bli sjuka. Detta för att den sjuka föräldern har ju en bra gen att föra vidare också. F s Mamma F F F s F s s F s s Pappa F = frisk dominant gen s = skadad vikande gen Om båda föräldrarna bär på den skadade recessiva genen är risken 25% att barnet blir sjukt. Röd = sjuk Grön = frisk S = skadad gen f = frisk gen Om en förälder bär på den skadade dominanta genen f S är risken 50% att ett av barnen blir sjukt. Mamma f f f S f f f f f S Pappa Lektion 9: DNA & genterapi Vi skall nu se en film som handlar om: DNA, genterapi och stamceller Våra arvsanlag, generna, styr våra liv. Ibland ärver vi gener som är defekta och kan orsaka sjukdom. Hörselskador och bröstcancer är exempel på sådana sjukdomar. Filmen är 14 minuter lång och efter denna ska vi jobba med en handledning och instuderingsfrågor. STUDIEHANDLEDNING DNA, genterapi & stamceller DNA, genterapi och stamceller -‐ i sjukvården Den moderna genetiken har gett oss ny kunskap om hur generna, våra arvsanlag -‐ förmedlar det biologiska arvet från generation till generation. Idag vet vi att många sjukdomar är ärftliga och det beror på arvet. Det är alltifrån diabetes, hörselproblem, kolesterol, cancer. Listan kan göras lång. Vi kan upptäcka vilka sjukdomar vi är bärare av, men inte alltid bota. Kunskapen om våra ärftliga sjukdomar har lett till ökad forskning och nya sätt att försöka behandla sjukdomar. I framtiden finns det två metoder som forskarna tror kan bidra till att bota genetiska sjukdomar. 1. Genterapi Vid genterapi ersätter man den sjuka genen med en frisk, fungerande gen i de celler där just den skadade genen är verksam. Men hur? Man använder faktiskt virus till att föra in nytt DNA i patientens celler. Man tar bort "smittan" som viruset egentligen ska föra vidare och tillför genen istället. Med en spruta skickar man in viruset och den nya genen i patienten. Genterapi fungerar bäst om det är ett litet, begränsat och slutet område som behandlas. 2. Stamcellsterapi Stamceller är celler som kan utvecklas till många olika celltyper som finns i kroppen. Det finns två huvudtyper av stamceller. Den ena är embryonala stamceller. De utvinns ur tidiga embryon, t ex från ägg som blivit över vid en provrörsbefruktning. Det finns även vuxna stamceller. De kan tas fram ur vuxna människor, till exempel från benmärgen. Stamcellsterapi är när man använder stamceller och får dem att t ex omvandlas till hörselceller. Därefter kan de transplanteras in i örat och förhoppningsvis fungera som hörselceller. Genterapi botade dödssjuka i USA Idag kan man inte bota människor med genterapi. Forskarna är fortfarande inne i försöksstadiet. Det kommer att ta cirka 10 -‐ 15 år innan genterapi kommer att vara en behandlingsmetod ute på sjukhusen. Men lovande försök har gjorts i USA, vid det statliga National Cancer Institute. Steven Rosenberg vid det statliga National Cancer Institute behandlade två dödssjuka patienter. De hade bara några månader kvar att leva på grund av aggressiv hudcancer som spritt sig till lever och lungor. Ett och ett halvt år efter behandlingen lever båda och är fria från cancern. Men behandlingsmetoden måste förfinas och prövas med kliniska tester. Ärftlig bröstcancer Det finns många cancersjukdomar som man misstänker är ärftliga. I filmen så visar vi ett exempel på ärftlig bröstcancer. Genom genetiska test kan vi testa oss om vi är bärare av olika sjukdomar. Cancer är en vanlig sjukdom som oftast förekommer sporadiskt. Det finns dock familjer där cancer förekommer i ärftlig form. Minst vart tionde cancerfall beräknas bero på ärftlighet. Två av de vanligaste cancerformerna är bröstcancer och tarmcancer. Det finns i dag flera kända gener som orsakar ärftlig bröstcancer. De viktigaste är generna BRCA1 och BRCA2. Tillsammans orsakar dessa cirka tio procent av all ärftlig bröstcancer (och äggstockscancer). Information om ärftlig bröstcancer -‐Tio procent av all bröstcancer är ärftlig. -‐I Sverige finns cirka 1 000 familjer med ärftlig bröstcancer, 300 av dem är kända. -‐Varje år görs cirka 100 utredningar på Karolinska universitetssjukhuset för att ta reda på om kvinnor bär på en bröstcancergen. -‐Om minst tre kvinnor i släkten har haft cancer i bröst eller äggstockar är risken stor att det finns en bröstcancergen i släkten. -‐Likadant om kvinnan är yngre än 40 när hon får bröstcancer. -‐Om två kvinnor i släkten haft cancer i äggstockar eller bröst är risken att bli sjuk två-‐tre gånger större än normalt. -‐För ett gentest krävs ett blodprov från en levande släkting med bröstcancer. Har hon genen görs en analys av kvinnan som utreds för att spåra samma gen. -‐Kvinnor som är genbärare erbjuds årliga kontroller av bröst och äggstockar. -‐De kan också få operera bort brösten vilket minskar cancerrisken från 80 procent till fem procent. Även äggstockarna kan opereras bort. -‐Varje år görs 30-‐40 förebyggande bröstoperationer i Sverige och antalet ökar. -‐Av kvinnor som har en cancergen är det oftast de mellan 30 år och 50 år som opererar bort brösten. -‐Högst motivation har kvinnor med små barn. Behandlingen gick till så här. I människans immunförsvar finns en sorts vita blodkroppar som kallas för t-‐mördarceller. På t-‐mördarcellernas yta finns särskilda receptorer som kan känna igen angripande "fiender" som t ex bakterier och virus. Ibland kan t-‐mördarceller oskadliggöra kroppsegna celler som börjar dela sig ohämmat, cancerceller. När en människa drabbas av cancer har t-‐mördarcellen inte klarat av sitt jobb. Den amerikanska forskargruppen har utvecklat en metod att hjälpa och förstärka t-‐ mördarcellerna att känna igen cancerceller på konstlad väg. I försöket har forskarna tagit ut patientens egna t-‐mördarceller och genmanipulerat dem. De skickar in gener som gör att cellerna får rätt slags receptorer på sin yta. Sedan sprutar forskarna in de genmanipulerade t-‐mördarcellerna i patienten igen. Nu har t-‐ mördarcellerna fått rätt slags receptorer på sin yta. De känner igen cancerceller och kan effektivt förstöra dem. Diskussionsfrågor 1. Vad är genterapi och hur går det till? 2. Vad är stamcellsterapi och hur går det till? 3. Vad innebär det att man gör ett gentest? 4. Vad tycker Du om att man kan förutsäga att du är bärare på en sjukdom men inte kunna bota den? Kan vetskapen att Du är bärare hjälpa Dig? 5. Skulle Du själv kunna göra ett genetiskt test? 6. Kan Du nämna några sjukdomar som är genetiska? 7. Varför tar det så lång tid innan resultatet av forskningen blir en färdig behandlingsmetod i sjukvården?