Elevövning: Mänskliga genomet

Övning: Surfa i vår arvsmassa!

I denna uppgift ska du ge dig ut och surfa i människans genom. Du ska välja en egenskap eller sjukdom, som påverkas men inte nödvändigtvis helt styrs av gener. Du ska sedan undersöka vilka gener som är inblandade,  studera en av genernas utseende i detalj och ta reda på vad några av generna rent konkret gör, och se om du kan bli klok över frågan hur en gen med den funktion man funnit kan påverka den egenskap du valt. (Ibland är detta samband uppenbart, andra gånger ett mysterium även för de smartaste av genforskarna).

1. Välj egenskap

Välj egenskap att undersöka och hitta ordet för den på engelska. Antingen väljer du något av: obesity, schizophrenia, Alzheimers disease, asthma, atherosclerosis, maculadegeneration, blood pressure, diabetes eller bipolar disorder. Då kan du vara säker på att komma i mål. Väljer du en annan egenskap måste du vara beredd på att det kan hända att du inte hittar någon lämplig gen, och att du därför måste börja om efter en stund.

2. Sök ställen med inblandade gener

Nu ska du hitta några ställen i människans genom där det finns gener som har betydelse för den egenskap du vill undersöka.

(a) Gå till Mapviewer hos NCBI (US National Center for Biotechnology Information).

(c) Välj homo sapiens, build 37.1

(d) Du får nu en karta med alla människans kromosomer (figur nedan). Vid ”Search for” i bandet upptill på sidan, skriv in den egenskap du vill undersöka, och klicka på ”Find”.

(e) På kartan över människans kromosomer dyker nu upp röda markeringar på de ställen där det finns gener som kan påverka din egenskap.

(f) Det är ingen mening att gå vidare ifall du inte har åtminstone 5-6 olika markeringar. Ifall du har detta, skapa ett worddokument, högerklicka på kartan, och klistra in kartan i dokumentet. Börja annars om med en ny egenskap.

3. Hitta ställen där genen är identifierad

Du ska nu titta närmare på en kromosom, där det finns en eller flera gener som påverkar din egenskap.

(a) Klicka på det understrukna numret nedanför en kromosom med en eller flera markeringar. Du får nu upp en sida (som påminner om bilden nedan) med en blå list till vänster. I denna list finns ett vitt fönster för att zooma (se pil 1). Gör mouse over i fönstret och klicka på ”Show full chromosome”.

(b) Därefter ska vi ställa in verktyget så att det visar sådana saker som nu intresserar oss. Klicka på Maps och options (pil 2). I den ruta du får upp, använd knapparna ”Add”, ”Remove” ”Move up” och ”Move down” så att det i högra fönstret i tur och ordning står ”Ideogram”, ”Repeats”, ”Genes”, ”Phenotype” och ”Morbid”. Markera ordet ”Phenotype” och klicka på ”Toggle Ruler”. Klicka på ”Apply”.

I den bild som efter en liten stund kommer upp på skärmen (se ovan) visas till vänster det mönster av ljusa och mörka band man får om man färgar kromosomen med ett ämne som heter giemsa. Sedan visas olika repetitiva sekvenser (främst så kallade transposoner). Därefter ställen där det finns gener. Därefter en linjal, som visar avståndet till kromosomens början i miljoner baspar. Slutligen kommer två spalter där de blåa ofta horisontella markeringarna anger ställen eller regioner på kromosomen, där man vet att skillnader mellan olika individer påverkar olika egenskaper eller sjukdomsrisker. En del av dessa anges i text längst till höger. Den eller de som är intressanta för er egenskap markeras i rosa.

(c) Se till att ni är på en sida med minst ett sådant rosamarkerat ställe, där den rosa markeringen som i bilden ovan går genom en understruken GeneID-länk (pil 3 i bilden ovan). (Det kan hända att markeringar som fanns på den ursprungliga kartan över hela arvsmassan inte finns med på den karta ni nu fått upp. Det kan bero på att den vetenskapliga rapport som låg bakom markeringen anses osäker, och därför inte finns med i de databaser vi nu ställt in programmet på att utnyttja.) Har ni inget sådant rosamarkerat ställe, prova en annan kromosom och gör om.

4. Zooma in mot genen.

När du nu hittat en gen att studera vidare ska du zooma in mot genen och studera den och dess omgivningar i allt större detalj.

(a) Lägg på minnet ungefär var på kromosomen den identifierade genen ligger.

(b) För musen över zoomfunktionen i vänstermarginalen och klicka vid ”Show 1/10 of chromosome”. (Om den gen du studerar då hamnar utanför bilden: I vänstermarginalen, nedanför zoomfönstret, finns ett ”Ideogram”-fönster. För musen över bilden av kromoosmen, vänsterklicka ungefär där genen ligger och klicka på ”Recenter” i den ruta som då kommer upp.)

(c) Zooma sedan på samma sätt så att du ser genen på en hundradel av kromosomen. Nu bör du på kartan över gener se dessa gen inte bara som små ljusblåa fläckar, utan som blåa linjer som är olika tjocka på olika ställen. Den blå linjen motsvarar det område som avläses till en RNA-molekyl. De tjocka delarna motsvarar de områden av genen som blir kvar i den slutliga budbärar RNA-molekylen (exoner). De smala delarna motsvarar de områden (introner) som klipps bort.

(d) Titta på linjalen och uppskatta ungefär hur lång den gen ni ska undersöka närmare är. Hur långa är de fem närmaste generna? Hur långt från varandra ligger de? Titta på kartan över repetitiva sekvenser. Ligger dessa bara mellan generna, eller även inne i generna? Kopiera bilden på skärmen genom att högerklicka med musen, och klistra in bilden i ditt worddokument.

5. Samla information om genen

Du ska nu samla information om den gen du hittat.

(a) I det rosa fältet finns i spalten GeneID en länk till en sida, som ofta innehåller en del information om vad forskarna hittills lyckats ta reda på om din gen. Under ”Summary” kan information finnas om genens funktion. Försök få ut så mycket information ni kan från detta, och skriv ner eller klistra in den. Ta om det behövs er lärare till hjälp.

(b) Längre ned på samma sida finns en bild där de delar av genen (exoner) som finns kvar i den slutliga budbäraren är tjocka, de (introner)  som splitsas bort tunna. De delar som inte beskriver protein är blåfärgade, och de som beskriver protein (eller förbinder proteinbeskrivande delar med varandra) roströda. Copypasta in bilden.

(c) Leta i kolumnen ”Gene”  efter den förkortning/kod/symbol, som din gen bär i det rosa fältet, och klicka. Du får då upp en ruta med ett antal länkar. Genom att klicka på OMIM kommer du till denna gen i en databas med mer utförlig information om forskningen kring denna gens funktion. Ofta är denna så omfattande och detaljerad att man i detta sammanhang drunknar. Om den är kortfattad kan det dock vara möjligt att hitta något matnyttigt där.

(d) Vill du kan du nu surfa dig fram till genens DNA-sekvens. Klicka åter på genens symbol i ”Gene”-kolumnen, och klicka på ”sv” i det fönster som öppnas.

Du får då en bild i stil med denna. Den övre delen av bilden (vid pil 1) visar hela kromosomen med olika gener. Det blåa fältet med två små vita pilar och ett blått band som hänger ner visar vilken del av kromosomen som är förstorad i det nedre fältet. Detta (pil 2) visar själva genen, och nedanför denna de RNA-molekyler som kan bildas från denna, med de delar som finns kvar i den slutliga budbäreren som tjocka streck, de som splitsas bort som tunna. Använder du sedan zoomfunktionen (pil 3) kommer du till slut att ha zoomat in på en så liten dela v denna sekvens att det i det gråa bandet (pil 4) öppnar sig sekvensen på DNA-molekylens bägge kedjor. Du kan sedan med pilarna invid zoomen vandra längs denna sekvens.

6. Hitta funktionen hos fler gener

Du ska nu försöka ta reda på vilken funktion ytterligare några av de gener har, som är inblandade i den egenskap du valt. Nu behöver du dock inte intressera dig för genernas utseende, bara för deras funktion:

Gå tillbaka till kartan över hela kromosomen eller kartan över alla kromosomerna och leta vidare efter ytterligare några identifierade gener som har betydelse för din egenskap, och samla fakta om deras funktion på samma sätt som ovan. Fundera över om du kan se något samband mellan proteinernas konkreta arbetsuppgifter och den biologiska/medicinska egenskap du valde att studera. Diskutera med din lärare och med varandra!


Till läraren

Syfte: Denna övning ger elever en känsla för hur det genetiska materialet är organiserat i människor, från baspars- till kromosomnivå. Den ger också förståelse för hur komplexa sambanden kan vara mellan en egenskap som påverkas av gener och den strikta funktionen hos det protein genen beskriver.

Förkunskaper: Eleverna måste veta:

  • Informationsflödet gen > mRNA > protein.
  • Vad intron, exon och splitsning är.
  • Att endast en del av mRNA translateras.

Ett förslag: Ett tips kan vara att efter övningen låta några elever som arbetat med olika egenskaper redovisa för varandra. Så att var elev får några ytterligare exempel, och därmed också en känsla för vad i sitt eget exempel som är typiskt respektive atypiskt.

Kommentar: I en del fall kommer elever att upptäcka att de gener de hittar har funktioner där det är lätt att begripa kopplingen till den egenskap som studeras. I andra fall är kopplingen inte uppenbar men utredd och förklarad i de sammanställningar man hittar i databaserna. Men i andra fall är kopplingen inte utredd och mycket svår att föreställa sig. Det är en av de poänger denna uppgift ska förmedla: Att kopplingen mellan ett proteins biokemiska förmåga och dess biologiska roll kan vara mycket komplex. Och att det ännu är mycket forskarna inte vet om hur våra kroppar fungerar och vad alla de olika generna sysslar med.