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El Cuaderno de Por qué Biotecnología nº 67

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Actividades


Objetivos

1. Repasar los conceptos trabajados en el Cuaderno.
2. Interpretar los resultados de estas técnicas a partir de la presentación de casos reales y concretos.
3. Comprender la aplicación de las técnicas en la biotecnología moderna.
4. Interpretar esquemas explicativos y aplicar en su análisis los conceptos trabajados en El Cuaderno.

Destinatarios y conceptos relacionados

Debido a la complejidad que presenta este tema, resulta apropiado para alumnos de polimodal / secundario. De todas formas, entre las actividades se sugiere un práctico de extracción de ADN que se puede aplicar también a alumnos de EGB. La enseñanza de técnicas de biología molecular y de ingeniería genética se puede implementar al trabajar conceptos tales como: la estructura y la función del ADN, el código genético universal y la síntesis de proteínas, la célula, las biomoléculas, función de las enzimas, la relación entre biotecnología tradicional y biotecnología moderna, aplicaciones de la biotecnología moderna.

Consideraciones metodológicas

El objetivo del tema tratado en este Cuaderno no es hacer una descripción pormenorizada de las técnicas de laboratorio, sino dar conceptos básicos que permitan comprender su aplicación en el marco de la biotecnología moderna. Por tal motivo, se sugiere incorporar estos conceptos en el aula al trabajar temas de la currícula que requieran de estos contenidos y no como un tema en sí mismo.

Para comprender las técnicas explicadas en este Cuaderno se requiere que los alumnos tengan presente la estructura del ADN y su función. A su vez, se sugiere trabajar en conjunto con docentes de química y de física aspectos referidos a las propiedades de las moléculas y los mecanismos en los que se basan las diferentes técnicas (por ejemplo, la electroforesis, el marcado radiactivo, la fluorescencia, el empleo de luz UV, etc.).

El empleo de esquemas explicativos constituye un recurso fundamental en la enseñanza y el aprendizaje de las ciencias naturales, particularmente al abordar temas vinculados con procesos o estructuras “invisibles” a simple vista. Estos esquemas reúnen un máximo de información de forma simple y visual, y tienen un carácter estructurante que favorece la expresión de relaciones entre los elementos que lo integran y su organización. Sin embargo, el análisis e interpretación de los esquemas explicativos conlleva ciertas dificultades que requieren de un trabajo con los alumnos. Este trabajo podría orientarse a construir equivalencias con otros lenguajes, es decir, hacer traducir los textos en esquemas y los esquemas en textos; explicitar los códigos y simbolismos empleados; interpretar los procesos implicados en la representación. Este modo de trabajo se sugiere particularmente para la actividad Nº 4 en la cual se trabaja detalladamente un esquema que representa la elaboración de una planta transgénica y en la que se aplican los conceptos referidos a las técnicas empleadas para lograrlo.

Asimismo, la actividad de laboratorio se acompaña de un cuestionario que permite realizar un análisis detallado de los resultados, para ayudar en la interpretación de un práctico que es sencillo de realizar, pero que requiere de un acompañamiento del docente para su correcta interpretación.

Actividad 1: Comprensión de conceptos

Las siguientes preguntas tienen por fin evaluar la comprensión de los conceptos trabajados en el Cuaderno:

1. ¿Cómo se denominan las técnicas específicas que emplea la biotecnología moderna? Explicar, de manera general, en qué consisten estas técnicas.
2. Conocer la estructura del ADN fue fundamental para el desarrollo de estas técnicas. Justificar esta afirmación a partir de los principios en que se basan las técnicas de trabajo con ácidos nucleicos.
3. ¿Cuál es la función de las enzimas de restricción y de las ligasas?
4. Redactar un breve texto que explique el siguiente esquema. Indicar qué representa cada una de las etapas numeradas.


5. ¿Por qué no resultaría útil para la obtención de un OGM seleccionar una característica que no está determinada genéticamente?
6. ¿Qué significa clonar un gen?
7. ¿Qué es un vector y en qué se diferencia del vector recombinante?
8. ¿Cuál es la finalidad de la técnica de PCR según el texto de este Cuaderno?
9. ¿Qué técnica se puede usar para ver el resultado de una PCR?
Rta.: Electroforesis en gel de agarosa con bromuro de etidio.
10. Se logró aislar y amplificar un fragmento de ADN, ¿cómo es posible saber si es el gen de interés?
Rta.: mediante la secuenciación, que permite conocer los nucleótidos que lo forman, su cantidad y el orden en que se ubican en la molécula.
11. ¿Cuál es la etapa que determina concretamente la obtención del OGM?
Rta.: La transferencia del gen al organismo receptor.
12. ¿Qué técnica permite ver la cantidad de copias de un gen que tiene un organismo?
Rta.: Southern Blot

Actividad 2: Interpretación de resultados

La siguiente figura muestra una fotografía obtenida al realizar un Southern blot de ADN de diferentes organismos. En las calles Nº1 se colocaron marcadores de peso molecular. A partir de esta información y del texto del Cuaderno, responder:


1. ¿Qué etapa del análisis muestra la fotografía A?
Rta.: la electroforesis en gel de agarosa.
2. ¿Por qué el resultado en el gel de agarosa se ve como un “chorreado?
Rta.: Porque al cortar con enzimas de restricción se generan muchos fragmentos de todos los tamaños que no se distinguen bandas puntuales sino un "chorreado".
3. ¿Qué representa la fotografía B?
Rta.: el film radiográfico al revelar la membrana hibridada con sonda marcada.
4. ¿Qué indican los números 1 al 4? Rta. Las diferentes calles o columnas donde se sembraron muestras de ADN.
5. ¿Qué son las bandas negras?
Rta.: Fragmentos de ADN
6. ¿A qué se debe la diferente posición en que se ubican las bandas? Rta.: Tienen diferente peso molecular y por lo tanto se desplazan diferente en el gel.
7. ¿Qué representan las manchas negras en las calles 2, 3 y 4 de la foto B?
Rta.: los fragmentos de ADN que contienen una secuencia complementaria a la de la sonda.
8. ¿Qué se podría inferir a partir del número de bandas de cada organismo?
Rta.: una banda significa que el individuo que tiene ese ADN genómico tiene al menos una copia del gen que se está estudiando, mientras que dos o más bandas indican que el individuo tiene más de una copia del gen en su genoma.
9. ¿Cuál es el objetivo de sembrar una columna con marcadores de peso molecular?
Rta.: Son un control, ya que al tener peso molecular conocido permiten determinar el peso molecular de las bandas de ADN de interés.

Actividad 3: Extracción de ADN

Las técnicas tratadas en esta edición de El Cuaderno no siempre son posibles de realizar en el laboratorio de una escuela. Sin embargo, la extracción de levadura es sencilla y atractiva, y requiere de poco equipamiento y materiales. Esta es otra alternativa a las actividades de extracción de ADN propuestas en los Cuadernos Nº 18 y Nº 65 (extracción de ADN de cebolla y de banana respectivamente).

Se sugiere que distintos grupos realicen extracción de ADN según los distintos protocolos (cebolla, banana y levadura) y comparen los “ingredientes” que utilizan en cada “receta” analizando qué función cumple cada uno en la extracción de ADN.

Extracción de ADN de Levaduras

Adaptado de “El Cocinero Científico. Cuando la ciencia se mete en la cocina. Apuntes de alquimia culinaria”. Diego Golombek y Pablo Schwarzbaum. Editorial Siglo XXI, Buenos Aires, 2004.

Materiales

 ½ taza de levadura (de la que se usa para hacer pan).
 300 ml de agua fría.
 4 cucharaditas de sal fina.
 dos chorros de jugo de limón.
 colador de té.
 tres cucharaditas de alcohol.
 dos gotas de detergente.

Procedimiento

1. Mezclar media taza de levadura con 150 ml de agua fría, ⅓ de cucharadita de sal y dos chorros de jugo de limón.
2. Agitar suavemente (para que se abran las paredes de las células).
3. Pasar la mezcla por un colador de té y conservar la pulpa.
4. Repetir el filtrado y conservar nuevamente la pulpa.
5. Preparar 150 ml de agua fría con ⅓ cucharadita de sal, tres cucharaditas de alcohol y dos gotas de detergente.
6. Agregar la pulpa y mezclar (el detergente disuelve el ADN).
7. Revolver suavemente durante 20 minutos.
8. Agregar 3 cucharaditas de sal y agitar 10 minutos más.
9. Dejar reposar hasta que se forma un precipitado sólido (se tira). Conservar el líquido.
10. Diluir el líquido con tres veces su volumen de alcohol.
11. El ADN precipita en el fondo del vaso en forma de finas hebras blancas.

Sugerencia para el práctico: Si algún grupo quiere traer algún otro producto de la verdulería para extraer su ADN, se sugiere que no sea muy colorido (por ejemplo, repollo colorado, ají morrón) para que no opaque la visión del ADN ni muy duro (zanahoria cruda, poroto de soja, granos de trigo, etc), porque se dificultará la molienda y en consecuencia se obtendrá menor cantidad de ADN.

Preguntas para el análisis de la experiencia

Las preguntas que se proponen son similares a las de los prácticos en Cuadernos anteriores, de manera que se puedan aplicar al comparar la extracción en los diferentes organismos empleados como fuente del ADN.

1. ¿Por qué se puede suponer que la levadura contiene ADN? ¿Dónde se encuentra ese ADN?
2. ¿Qué otro tipo de sustancias es posible encontrar entre los componentes de la levadura?.
3. ¿Cuál es la función del detergente en la experiencia?
Nota: según el nivel de los alumnos es posible profundizar en los fundamentos químicos en los que se basa la acción del detergente.
4. ¿Cuál es la función de la sal en la experiencia?
Nota: según el nivel de los alumnos es posible profundizar en los fundamentos químicos en los que se basa la acción de la sal.
5. ¿Cuál es la función del alcohol en la experiencia?
Nota: según el nivel de los alumnos es posible profundizar en los fundamentos químicos en los que se basa la acción del alcohol.
6. Al finalizar la experiencia se obtiene un mucus blanco y fibroso que sería el ADN. ¿Es posible que la molécula de ADN se visualice a simple vista? ¿Por qué?.
7. A partir de la respuesta anterior, ¿qué se supone que contiene “el ADN” obtenido en la experiencia?
Rta.: lo extraído no es una molécula de ADN, sino millones de moléculas de ADN.
8. ¿Cómo se podría proceder si se quisiera obtener, a partir del ADN extraído, los nucleótidos que lo forman?
Rta.: Se podrían usar enzimas que degraden el ADN.
9. ¿Qué técnica se usaría para conocer el tipo y orden de los nucleótidos que forman este ADN?
Rta.: Se debería secuenciar el ADN de la levadura.
10. Suponiendo que el ADN extraído tiene un gen de interés que aporta una característica deseable para otros organismos, ¿cuáles serían los pasos a seguir para aislar ese gen y transferirlo a la otra planta? Diseñen un esquema que resuma las etapas a seguir en el laboratorio.

Actividad 4: Esquema de elaboración de una planta genéticamente modificada

Esta actividad propone trabajar con el siguiente esquema referido a las etapas de elaboración de una planta transgénica.



Sugerencias para trabajar el esquema con los alumnos:

Debido a la complejidad que en sí misma implica la interpretación de un esquema de este tipo, sería conveniente en una primera instancia trabajar con el esquema completo y analizar de forma pautada con los alumnos las diferentes etapas del proceso representado y los elementos simbólicos utilizados.

En una segunda instancia se podría plantear la posibilidad de reordenar el esquema y elaborar un texto explicativo o, alternativamente, presentar el esquema sin sus rótulos y pedir a los alumnos que los incluyan.

La complejidad de la explicación y la profundidad del análisis posterior deberá ser evaluada por el docente en función del nivel de los alumnos de la clase.

Las siguientes consignas y preguntas podrían plantearse a modo de ejercitación grupal para integrar los contenidos estudiados en este tema con otros conceptos estudiados en otras instancias de la escolaridad.

Según el nivel escolar de los alumnos y los temas enseñados previamente, el docente podrá decidir cuáles de estas consignas plantear en la clase.

Preguntas sugeridas:

1. “Leer” el esquema y relatar las etapas representadas por las flechas y los dibujos.
2. ¿Qué tipo de célula es el Agrobacterium? ¿Por qué se emplea este tipo de células para modificar genéticamente a un organismo?
Nota: se sugiere repasar el Cuaderno 18 y visitar la dirección http://www.argenbio.org/h/biotecnologia/10.php
3. ¿Qué se emplea para cortar el plásmido de la bacteria?
4. ¿De dónde se podría extraer el gen deseado? ¿Cuál podría ser la característica determinada por ese gen? Indicar diferentes características que sería deseable transferir.
5. ¿Qué representan las tijeras del esquema? ¿Cómo se relaciona la forma representada con la función biológica que desempeñan estas “tijeras”?
6. ¿Cuál es el tipo de enzima que se utiliza para incorporar el nuevo gen al plásmido?
7. Sugerir un símbolo con el cual representar el tipo de enzima de la respuesta anterior.
8. ¿Qué significa que la célula de Agrobacterium está modificada? ¿Cuál es esta modificación?
9. ¿Cuál es la técnica que emplean los científicos para asegurar que la célula de Agrobacterium incorporó el nuevo gen?
10. ¿A qué se denomina “infección” en el esquema? ¿Cómo se relaciona con el término “infección” empleado habitualmente en temas vinculados con la salud?
11. ¿Cuál es el proceso por el cual aumenta la cantidad de plásmidos dentro de las células de Agrobacterium?
12. ¿A qué se denomina “transferencia del gen”?
13. ¿Dónde se incorpora el nuevo gen? Indicar cuál es la estructura celular representada en el esquema que incorpora el nuevo gen.
14. ¿Se podría decir que la nueva planta es un OGM? Justificar la respuesta.
15. ¿Todas las células de la nueva planta tendrán esta nueva característica? ¿Por qué?
16. Explicar el proceso por el cual un gen se expresa en una característica fenotípica.
Nota: esta pregunta hace referencia al proceso de síntesis de proteínas.
17. ¿Se heredará esta nueva característica a las nuevas generaciones? Justificar la respuesta.
18. ¿Cómo es posible obtener una gran cantidad de plantas iguales, que contengan el gen deseado?