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Diversión con los genomas: el puzzle de ADN de Mycomuncher DNA

Traducido por Mónica González

Ready, set, puzzle! The first task is to find the overlap in these five stretches of DNA and assemble them into a consensus DNA sequence Imagen por cortesía de Johan Leveau

¿Aburridos/as de explicar genomas, genes y proteínas? ¿Por qué no animas a tus alumnos/as para que se hagan una idea usando el puzzle de ADN de Johan Leveau?

¿Estáis buscando un apoyo divertido y práctico para explicar genes, genomas y proteínas? El puzzle de ADN de Mycomuncher puede ser justo lo que estabais buscando. Vivid la experiencia de la investigación del genoma. Imaginad el trabajo que se realiza en el descifrado del código de ADN. Y aprended ahora que el ADN contiene la información necesaria para todos los tipos de funciones biológicas. Este puzzle está recomendado para estudiantes de educación primaria y secundaria; además puede ser también usado como material de apoyo en demostraciones en ferias de ciencia y niveles universitarios de Biología y Ecología. Sólo necesitaréis diez minutos.

Al encuentro del mycomuncher

Basado en un proyecto de investigación realizado en el Instituto de Ecología de Holanda (NIOO-KNAW)w1, este puzzle de ADN presenta Collimonas fungivorans,una nueva bacteria del suelo que muestra la particularidad de comer hongos. De ahí este apodo: mycomuncher, del griego mycos que significa hongo.
Los/as investigadores/as están entusiasmados/as con esta bacteria porque su estudio permitirá desentrañar claves para tratar o prevenir enfermedades producidas por hongos en humanos, plantas, y otros organismos. Para descubrir lo que hace Collimonas, se está analizando su genoma. Usando el proyecto de Collimonas el puzzle explica qué es un genoma, para qué sirve, cómo el ADN genómico puede ser leído y comprendido en relación a la biología del organismo al que pertenece. En otras palabras ¿cómo se llega desde las largas secuencias con solo cuatro letras (A, C, G, y T) a la propiedad de “comer hongos”?

Aquí está el desafío

El objetivo del puzzle de ADN de Mycomuncher es completar varias tareas representando los pasos de un proyecto típico de secuenciación, desde el ensamblando de ADN a la formulación de hipótesis.

Preparados/as, listos/as puzzle! La primera tarea consiste en encontrar el solapamiento entre los cinco fragmentos de AND y ensamblarlos en una secuencia consenso
Preparados/as, listos/as puzzle! La primera tarea consiste en encontrar el solapamiento entre los cinco fragmentos de AND y ensamblarlos en una secuencia consenso
Imagen por cortesía de Johan Leveau

El primer desafío consiste en ensamblar cinco secuencias de ADN solapantes (representadas por cinco piezas de madera con las letras de ADN A, C, G y T) en una secuencia consenso de ADN (ver abajo). Este ejercicio muestra que un genoma no puede ser leído en un solo paso, pero necesita ser determinado a partir de pequeños fragmentos, que tienen que ser ensamblados como un puzzle para obtener una secuencia completa.

Misión cumplida! La secuencia consenso de AND (abajo) se corresponde perfectamente con los trozos solapantes
Misión cumplida! La secuencia consenso de AND (abajo) se corresponde perfectamente con los trozos solapantes.
Imagen por cortesía de Johan Leveau

La próxima tarea es traducir la secuencia consenso, que representa un gen típico de Collimonas, en una proteína. Esto se consigue alineando las secuencias de codones que están relacionadas con los aminoácidos. Los aminoácidos son los bloques que constituyen las proteínas. Esta parte del puzzle del ADN del “come hongos” ilustra el papel del ADN como portador de la información y cómo esta información se traduce en proteínas.

Decodificando el ADN. Los bloques de madera representan los codones de ADN y sus aminoácidos asociados son usados como clave de translación para convertir una secuencia de ADN en su correspondiente proteína. Esta última necesitará ser comparada con otras proteínas para averiguar su función

 

Decodificando el ADN. Los bloques de madera representan los codones de ADN y sus aminoácidos asociados son usados como clave de translación para convertir una secuencia de ADN en su correspondiente proteína. Esta última necesitará ser comparada con otras proteínas para averiguar su función.
Imagen por cortesía de Johan Leveau

El tercer reto es descubrir cómo Collimonas usaría esa proteína para comer hongos. Sólo viendo una proteína no se obtiene mucha información. Por eso, los jugadores son invitados a comparar la proteína identificada con una lista de proteínas de otros organismos, cuyas funciones ya han sido estudiadas por otros investigadores.

Una de las proteínas de la lista se corresponderá con la que ha sido identificada en Collimonas. Otro reto para los jugadores: pensar sobre cómo la función de la proteína podría estar implicada en el “come hongos”. Un ejemplo es la proteína quitinasa que rompe la quitina, un componente estructural de la pared celular fúngica. Uno podría pensar (una hipótesis) que Collimonas usa esa proteína para degradar la pared celular accediendo a los nutrientes que están dentro del hongo. Para ayudar a la formulación de hipótesis, el puzzle incluye un modelo a escala de la interacción entre Collimonas y el hongo. Los distintos grupos de jugadores pueden escribir hipótesis en el encerado para comparar o discutir.

TEnseñando el trabajo en equipo y otros principios ientíficos

Además de transmitir conocimientos sobre los genes y las proteínas, el juego estimula el esfuerzo de equipo cuando se juega en grupos. Las cuatro caras de las piezas de ADN de madera permiten cuatro ensamblajes diferentes de ADN: por tanto, un juego representa, en realidad, cuatro puzzles en uno, con cuatro proteínas diferentes y cuatro oportunidades para pensar sobre cómo encajan en el estilo de vida de Collimonas.

Típicamente, lleva más de diez minutos completar el juego, aunque se puede dedicar más tiempo en cada uno de los pasos, por ejemplo para discutir o proporcionar información de base. El puzzle también permite que los estudiantes se familiaricen con algunos de los principios básicos de la investigación científica. Estos incluyen la formulación de hipótesis, compartir resultados con otros compañeros científicos (por ejemplo, ¿han otros hecho públicos sus resultados de investigación? ¿cómo podríamos asignar una función a la proteína de Collimonas ?).

Para estudiantes avanzados, los conceptos básicos del puzzle pueden ser combinados con el uso de programas de Internet en ordenadores de clase para mostrar lo que significa ensamblar y decodificar no sólo cinco pequeñas piezas de ADN , pero cientos de miles, como es el caso de un proyecto real de genoma. El manual del profesor que viene con el puzzle proporciona algunos ejemplos. Este puzzle puede también ser usado para explicar otras cuestiones relacionados con el ADN, como el efecto de los cambios (mutaciones) en la secuencia de ADN sobre la secuencia de aminoácidos y las funciones de las proteínas.

Próximamente…

IEn respuesta a las sugerencias de Mai-Britt Meijer y sus estudiantes una nueva versión ampliada del puzzle básico estará disponible a partir de otoño de 2007 (versión PLUS!). Dirigido a clases de instituto el nuevo puzzle ampliado incluye una pieza adicional de madera que representa el ARN mensajero (ARNm), la secuencia complementaria al ADN escrita en el alfabeto de ARN (A, C, G, U en vez de A, C, G, T). En la version PLUS! los anti-codones (también en el alfabeto ARN) tienen que corresponderse con el ARN para crear la correspondiente secuencia de aminoácidos. La incorporación del paso de transcripción hace este puzzle más atractivo y cercano a la realidad para los estudiantes de secundaria. Para más información visita el sito Web de Collimonas.w2

¡Genes reales!

El puzzle de ADN del “come hongos” usa secuencias de ADN reales, procedentes del genoma de Collimonas fungivorans. Cada puzzle incluye un enlace a un gen de Collimonas. Los estudiantes pueden seguir este gen en el sitio web de Collimonasw2 para encontrar su ubicación en el genoma, y saber qué proteína codifica, o que laboratorios la están estudiando.

Información sobre el producto

Este puzzle está disponible en el Instituto Holandés de Ecología: podéis comprarlo o recibir gratuitamente las instrucciones para construirlo. Para más detalles, visitad el sitio web de Collimonasw2, o escribid un e-mail a c.fungivorans@nioo.knaw.nl

Un puzzle consiste en cinco piezas de madera con las secuencias de ADN para ensamblar y una pieza de madera con las cuatro secuencias de ADN y una con las cuatro secuencias de proteína correspondiente, treinta piezas de madera que representan los codones que se corresponden con los aminoácidos, seis paneles A3 con soportes de madera, un modelo a escala de la interacción Collimonas-hongo y el manual del profesor.

Referencias en la web

w1 – Para más información sobre el Instituto Holandés de Ecología (NIOO-KNAW), visitad www.nioo.knaw.nl

w2 – Sitio web de Collimonas

La experiencia de una professor con el puzzle de ADN de Mycomuncher

Mai-Britt Meijer, una profesora de biología holandesa, ha probado el puzzle con sus estudiantes.

Como profesora, siempre he sido receptiva a nuevos métodos y formas de enseñar. Este puzzle es una herramienta original y estimulante porque permite a los estudiantes “escapar” del libro de texto para investigar los pasos en la síntesis de proteínas. Los estudiantes no solo están entretenidos, sino que también tienen que pensar sobre la formulación de hipótesis y el método científico para determinar las funciones de los genes.

Antes de usar el puzzle, expliqué en teoría la síntesis de proteínas en clase. El nivel de conocimiento de los estudiantes (educación pre-universitaria, edades 15-16) era bastante alto, un requisito necesario.

Después de una breve presentación sobre Collimonas fungivorans, la clase fue dividida en grupos de tres a cuatro estudiantes. Aquellos que no hacían el puzzle, trabajaron en la tarea sobre el ADN y las proteínas.

La clase trabajó junta para encontrar el primer consenso de ADN y para comprender el funcionamiento del puzzle. A continuación, cada grupo buscó su secuencia consenso entre las cuatro. Cuando el consenso fue encontrado avanzaron al siguiente paso (identificando los codones correspondientes). Los grupos podían trabajar sin ningún apoyo porque cada paso estaba explicado en el panel.

Cuando todos los grupos llegaron al último paso (sugiriendo una función para la proteína codificada por la secuencia consenso) discutimos sus hipótesis en grupo: ¿qué funciones habéis pensado para las proteínas codificadas? El ejercicio suscitó algunas preguntas significativas como: ¿Cómo formulan los estudiantes sus hipótesis? ¿Han sido formuladas correctamente? ¿Qué tipo de experimento podéis hacer para probar estas hipótesis? En el caso de los estudiantes más avanzados, este ejercicio resultó muy útil para enseñarles a dar respuestas elaboradas y precisas.

Los estudiantes sugirieron, y estoy de acuerdo con ellos, que el puzzle sería más completo si se incluyesen pasos adicionales de la transcripción de ADN al ARN mensajero y de la traducción a aminoácidos. Esta extensión que se hará disponible en el futuro (ya está disponible; ver antes) permitirá usar el puzzle como preparación para estudiar la transcripción del ADN y la traducción de proteínas. El puzzle sera un recordatorio físico de los pasos implícitos en este tipo de investigación a los que se podrá volver en lecciones posteriores.

Es agradable ver los estudiantes jugar con las piezas de madera. La reacción inicial cuando ven una pieza de madera es que han regresado a la guardería. Cuando empiezan el puzzle, sin embargo, pronto se dan cuenta que no es tan fácil como parece, sino que lleva su trabajo descifrar el código del ADN y la función de los genes.

Incluso aunque hay muchas herramientas disponibles en Internet, este puzzle de AND tiene la ventaja que permite a los alumnos trabajar con las manos. Resulta especialmente útil porque son capaces de visualizar lo que están haciendo. Como comentario final, debe destacarse que los estudiantes tienen que trabajar y discutir juntos para completar todos los pasos del puzzle. Esto es, también, una gran ventaja.

Puzzle de ADN de Mycomuncher en acción. Esta fotografía fue tomada en la feria de la Ciencia 2004 en el Instituto Holandés de Ecología (NIOO-KNAW) y muestra futuros investigadores del genoma haciendo el puzzle
Puzzle de ADN de Mycomuncher en acción. Esta fotografía fue tomada en la feria de la Ciencia 2004 en el Instituto Holandés de Ecología (NIOO-KNAW) y muestra futuros investigadores del genoma haciendo el puzzle.
Imagen por cortesía de Johan Leveau

Reseña

Este artículo describe material didáctico dirigido a escolares desarrollado en un instituto de investigación. Esta es una novedad para los profesores, que con frecuencia ven una gran distancia entre la investigación académica y la educación de la Ciencia en el colegio.

La idea es simple pero ingeniosa: transformar datos científicos sobre el genoma de un bacteria y su ecología en un juego para ser usado en clae, combinando trabajo manual y metodologías de e-learning para tratar temas de biología básica como la expresión genética o el metabolismo.

Recomiendo este artículo para profesores de escuela secundaria interesados en instrumentos didácticos innovadores: encontrarán material estructurado listo para usar, y especialmente indicado para que sus alumnos piensen como científicos. Los profesores más intrépidos encontrarán instrucciones para construir el juego ellos solos o con sus estudiantes.
Giulia Realdon, Italia

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