Transcript CSI: Østfold – Gjør DNA-analyse og løs drapssaken!

INSPIRIA science center: Bjørnstadveien 16, 1712 GRÅLUM | Telefon: 03245/ 69 13 93 00 | E-post: [email protected] www.inspiria.no
Lærerveiledning
Passer for:
Varighet:
CSI: Østfold – Gjør DNA-analyse og løs
drapssaken!
Vg1 – Vg3
120 minutter
CSI: Østfold – Gjør DNA-analyse og løs drapssaken! er et skoleprogram der dere
skal bistå i etterforskningen av et drap. Kriminalteknikere har undersøkt åstedet og
gjort en rekke beslag som må undersøkes.
CSI: Østfold trenger deres hjelp for å løse saken. Det ble blant annet funnet et
hårstrå på åstedet. Ved hjelp av DNA-analyse fra alle involverte i saken, skal dere
forsøke å identifisere hvem som eier hårstrået. Kombinert med resultater fra kjemiske
analyser av ukjente stoffer og mikroskopering, vil dette kunne være med på å felle
drapsmannen.
Det beste er at elever og lærere er forberedt når de kommer til INSPIRIA science
center. Lærerveiledningen inneholder viktig informasjon om skoleprogrammet, og det
er derfor fint om den blir lest i god tid før besøket. Dette programmet krever at
aktivitetene i forarbeidet gjennomføres.
Vi ønsker at lærerne skal få en best mulig opplevelse og læringsutbytte av å ta med
klasser til senteret. Vi oppfordrer lærerne til aktivt å ta del i opplegget sammen med
elevene.
Skoletilbudet til INSPIRIA science center er ment å være en integrert del av
opplæringen. Ved å utføre for- og etterarbeid til programmet vil elevenes
læringsutbytte økes, og lærerne vil kunne benytte aktivitetene som et verktøy til å nå
konkrete mål i kunnskapsløftet.
1
INSPIRIA science center: Bjørnstadveien 16, 1712 GRÅLUM | Telefon: 03245/ 69 13 93 00 | E-post: [email protected] www.inspiria.no
Hovedområder og kompetansemål fra kunnskapsløftet:
Naturfag
Forskerspiren
 Planlegge og gjennomføre ulike typer undersøkelser i samarbeid med andre, der en
identifiserer variabler, anslår måleusikkerhet og vurderer mulige feilkilder
Biologi 1
Den unge biologen
 Planlegge og gjennomføre undersøkelser i laboratorier fra hovedområdene,
rapportere fra arbeidet med og uten digitale verktøy og vurdere mulige feilkilder i
undersøkelsene
Biologi 2
Den unge biologen
 Planlegge og gjennomføre undersøkelser i laboratorier fra hovedområdene,
rapportere fra arbeidet med og uten digitale verktøy og vurdere mulige feilkilder i
undersøkelsene
 Bruke animasjoner og simuleringsprogram til å vise fenomen og biologiske
sammenhenger
Bioteknologi
 Gjøre rede for fremstilling av genetiske fingeravtrykk, og hvordan de kan benyttes i
rettsmedisin
 Formulere og drøfte problemstillinger tilknyttet bruken av gendiagnostikk og
genterapi på mennesker
Kjemi 1
Språk og modeller
 Forklare, illustrere og vurdere stoffers sammensetning, bindingstyper og egenskaper
ved hjelp av periodesystemet
Metoder og forsøk
 Planlegge og gjennomføre forsøk og vurdere risiko, feilkilder og resultater
 Skrive rapporter fra forsøk og presentere prosess, metode og resultater
Syrer og baser
 Måle pH med ulike metoder
Kjemi 2
Forskning
 Publisere rapporter fra egne forsøk
Organisk kjemi
 Gjøre rede for struktur og egenskaper til aminosyrer
 Gjøre påvisningsreaksjoner med enkle organiske forbindelser
 Gjøre rede for og utføre kromatografi
2
INSPIRIA science center: Bjørnstadveien 16, 1712 GRÅLUM | Telefon: 03245/ 69 13 93 00 | E-post: [email protected] www.inspiria.no
Forarbeid
Før besøket på INSPIRIA science center skal elevene ha utført enkelte aktiviteter og
ha kjennskap til en del begreper knyttet til skoleprogrammet. Nedenfor følger
aktivitetene og begrepene.
Aktiviteter
1. Labvettregler
Det er viktig at elevene har kjennskap til vanlige labvettregler.
Se Kopieringsmal Forarbeid 1. Labvettregler
2. Introduksjon til DNA-analyse med PCR
Kilde: www.naturfag.no
Undersøkelser av arvestoffet er et viktig verktøy for å identifisere personer.
Et av funnene som ble gjort på åstedet var et hårstrå. Ved hjelp av DNA-analyse fra
alle involverte i saken, skal elevene forsøke å identifisere hvem som eier hårstrået.
Elevene skal sette seg inn i prinsippet for en DNA-analyse med PCR før de besøker
INSPIRIA science center.
Lenke: http://www.viten.no/?pcr - Detaljert animasjon av PCR.
Alternativ lenke:
Lenke: http://www.youtube.com/watch?v=_YgXcJ4n-kQ
3. Laboratorieprotokoller
Elevene skal lese gjennom laboratorieprotokollene før de kommer til oss.
Se Vedlegg Forarbeid 2. Laboratorieprotokoll for isolering av DNA.
Se Vedlegg Forarbeid 3. Laboratorieprotokoll for oppsett av prøver til PCR og
gelelektroforese.
Tips: Skal man i etterkant av besøket skrive rapport fra forsøkene, kan det være lurt
å ta bilder under besøket som man kan bruke.
3
INSPIRIA science center: Bjørnstadveien 16, 1712 GRÅLUM | Telefon: 03245/ 69 13 93 00 | E-post: [email protected] www.inspiria.no
Begreper
Åsted – er stedet der forbrytelsen har skjedd.
Beslag – kan være en gjenstand man tror kan ha tilknytning til en sak. Når beslaget
viser seg å være med på å felle en gjerningsmann kalles det bevis.
Alibi – er et bevis for at en person har oppholdt seg et annet sted under forbrytelsen.
Motiv – er en begrunnelse på hvorfor man begår den kriminelle handlingen.
DNA – er vårt unike arvemateriale. Alle mennesker har ulikt DNA, med unntak av
eneggede tvillinger. DNA finnes i alle levende celler i kroppen.
Bakgrunnsinformasjon til lærer:
Besøket er tredelt:
 Briefing og generell info
 Aktivitet parvis på en stasjon hver. (Totalt seks, ingen rullering)
 Oppsummering fra alle stasjonene
Selv om saken er oppkonstruert, vil den fremstå som ekte. Vi ønsker at opplysninger
om saken ikke fortelles videre til andre klasser på skolen. Dette for å hindre at noen
som kommer på besøk vet hvem gjerningspersonen er.
Vi håper at vi kan være med på å lage noen «knagger» for deg og elevene når man
skal gjøre liknende forsøk tilbake i skolen. Noen av forsøkene elevene skal gjøre er
direkte knyttet opp til kriminalteknikk, mens andre forsøk er oppkonstruert for å dekke
kompetansemål. Så hvilke forsøk gjøres?
DNA-analyse:

Isolering av DNA:
DNA blir isolert fra epitelceller hentet fra munnhulen til alle de involverte i
saken samt fra hårstrået som ble funnet på åstedet.

PCR - Lag kopier av DNA:
PCR er en metode for å lage mange kopier av DNA-områder. Ved
identifisering av personer kopierer vi DNA-områder som vi vet varierer mye fra
person til person. Ved å kopiere flere områder kan vi danne en DNA-profil som
er unik for hver person. PCR-teknikken går ut på å tilsette en PCR-miks med
enzymer og korte DNA-biter, såkalt primere. Prosessen blir gjennomført i en
PCR-maskin.
4
INSPIRIA science center: Bjørnstadveien 16, 1712 GRÅLUM | Telefon: 03245/ 69 13 93 00 | E-post: [email protected] www.inspiria.no

Lag DNA-profil
De oppkopierte DNA-trådene blir sortert etter størrelse ved hjelp av
elektroforese. Resultatet blir et båndmønster, der hvert bånd er et DNAområde. Båndmønsteret, DNA-profilen, er unik for hver person.
Fingeravtrykk:
Pensling med svart eller hvitt pulver. Elevene sammenligner avtrykk med de
involverte i saken. Sotpulveret fester seg i fettsporene (aminosyrene) fra fingrene.
Forprøving av blod:
Tilsetting av LMG-reagens (en spesialløsning) vil fremkalle en blå/grønn farge hvis
det er blod. Løsningen reagerer med jernet i blodet. Vi tilsetter hydrogenperoksid
som katalysator for å fremskynde reaksjonen. Tilsetter man bare hydrogenperoksid
vil blodet bruse på grunn av frigjøring av oksygen.
Forprøving av glukose:
Gjennom å bruke påvisningsreaksjonen med Fehlings væske vil glukose, som er et
monosakkarid, danne et oransjerødt bunnfall. Fehlings væske inneholder bl.a.
toverdig kobber (Cu2+). Cu2+ reagerer med monosakkarider og reduseres til Cu2O
(enverdig kobber, Cu+ ), som er oransjerødt. Ulike ioneformer av kobber gir ulik
farge.
Forprøving av narkotika:
Vi forutsetter at all narkotika inneholder stivelse (noe som i virkeligheten ikke
stemmer) og sjekker om et ukjent pulver reagerer med jod-løsning.
Stivelse er egentlig en blanding av to polysakkarider: Amylose og amylopektin.
Begge to er oppbygd av lange kjeder av glukosemolekyler hektet sammen.
Amylopektin er et greinet molekyl, mens amylose er en lang, enkel kjede som danner
en spiral. Jodmolekylene i jodløsningen binder seg med svake bindinger inn i
amylose-spiralen, slik at det dannes et kompleks med en mørk blåaktig farge.
Mikroskopering:
Hårstrå, klesfiber og «narkotika» undersøkes i mikroskop og elevene sammenligner
med ferdige preparater.
Blodtypebestemmelse:
Elevene skal bestemme blodtypene til to blodprøver gjennom å tilsette antistoffer.
Metallanalyse:
Ved å ta flammeprøver av ulike metaller vil elevene observere at ulike metaller avgir
ulike farger. Når vi varmer opp ulike stoffer så tilføres atomet energi slik at
elektronene hopper til et skall lenger fra kjernen som har mer energi. Etter en brøkdel
av et sekund hopper elektronet tilbake til det skallet det kom fra. Den energien det
elektronet da har til overs avgir den i form av elektromagnetisk stråling/lys.
5
INSPIRIA science center: Bjørnstadveien 16, 1712 GRÅLUM | Telefon: 03245/ 69 13 93 00 | E-post: [email protected] www.inspiria.no
Kromatografi:
Elevene skal undersøke ulike kulepenner ved bruk av papirkromatografi. Blekk fra
penner vil trekke oppover i et filterpapir med ulik hastighet og avgi ulike
fargepigmenter.
Bruk av indikator:
Vi forutsetter at giftstoffer har svært lav pH og ved å bruke en indikator (thymolblått)
skal elevene undersøke innholdet av to ”tomme” glass.
Litteratur om kriminalteknikk:
Kriminalteknikk av Jørn Lier Horst, Gyldendal, ISBN: 9788205378711.
Lettlest bok med mange bilder
Lenker:
www.kriminalteknikk.no God og fyldig side på norsk
www.crime-scene-investigator.net - Artikkelsamling om kriminalteknikk, engelsk
http://science.howstuffworks.com/csi.htm - Generell info om kriminalteknikk, engelsk
www.crimescene.com - Løs egne saker. Stor nettbutikk. Engelsk
Etterarbeid
Aktiviteter
1. Gjør forsøk på nytt
Ta opp tråden fra besøket og snakk mer om forsøkene. Læreren kan ved forespørsel
få tilsendt laboratorieprotokollene på forsøkene, slik at forsøket kan gjøres med hele
klassen. Skriv rapport.
2. DNA-analyser og etikk
I dette skoleprogrammet har vi benyttet DNA-prøver til å lage en
DNA-profil for å analysere bevis i en kriminalsak, men DNA blir
isolert fra celler fra mennesker også av mange andre årsaker. Med
en ren prøve med DNA kan man for eksempel teste nyfødte for
genetiske sykdommer, utføre slektskapsundersøkelser eller studere
om et gen er involvert i kreftutvikling. Selv om dette er svært nyttige
analyser både for å identifisere personer og for å studere
sykdomsutvikling, så er det også etiske problemstillinger knyttet til
dem.
For å bevisstgjøre elevene i forhold til disse utfordringene kan følgende fungere som
utgangspunkt for diskusjon:
6
INSPIRIA science center: Bjørnstadveien 16, 1712 GRÅLUM | Telefon: 03245/ 69 13 93 00 | E-post: [email protected] www.inspiria.no
2.1 DNA-register og etiske problemstillinger
DNA-registeret
Norge har et DNA-register som ble satt i drift i 1999. Det drives av Kripos. I dag er
DNA-registeret bygget opp av analyse av 11 DNA-områder som fastsetter
identiteten. Disse utgjør en DNA-profil.
DNA-registeret er delt i identitetsregisteret og sporregisteret. I identitetsregisteret
finnes det DNA-profiler av personer som er dømt for overtredelse av visse kapitler i
straffeloven (allmennfarlige forbrytelser; forbrytelser mot sedeligheten; forbrytelser
mot liv, legeme og helbred; eller utpressing og ran). I sporregisteret finnes DNAprofiler fra biologiske spor funnet på offer eller åsted, samt opplysning om profilens
tilknytning til en uoppklart straffesak.
Problemstillinger
(1) Et viktig spørsmål når man tar DNA-prøver for identifikasjon, er om man bare skal
ta vare på DNA-profilen som lages – som egentlig bare er en datakode – eller om
man også skal ta vare på det biologiske materialet. Dersom teknologien blir endret
for å bedre kvaliteten på undersøkelsen, vil man ikke kunne oppdatere eksisterende
registre uten slike bevarte biologiske prøver. Men det vil også bety at materialet vil
kunne brukes til andre formål ved at de politiske myndighetene endrer reglene, eller
at det benyttes på ulovlig vis.
(2) For at et DNA-register skal kunne bli et effektivt verktøy for oppklaring av
forbrytelser, må det være slik at de som er lovpålagt registrering, faktisk blir registrert.
Skal politiet kunne bruke tvang for å innhente en DNA-prøve?
(3) Er det stigmatiserende å være registrert i et slikt register? Kan det sammenlignes
med å stå i et fingeravtrykkregister? Skulle alle innbyggerne i et land stått i et DNAregister slik at man raskt kunne finne skyldige og samtidig sjekke uskyldige ut av
saken? Ville dette gjort det mindre stigmatiserende å stå i et register?
(4) Er det greit at noen ønsker å stå frivillig i et DNA-register? Noen
ønsker det for raskt å kunne bli sjekket ut av kriminalsaker, og slippe
å bli kontaktet og forhørt ved kriminelle handlinger i nabolaget. Dette
kan for eksempel gjelde pedofile.
2.2 Gentesting og etiske problemstillinger
Gentesting
Dersom man undersøker en persons arvestoff (DNA) for å se hvilke
genvarianter personen har, har man utført en gentest. Også analyse av for eksempel
kromosomer, proteiner og organer kan gi informasjon om arveegenskapene til en
person og kan derfor defineres som genetiske analyser. I dag har vi først og fremst
gentester for sjeldne, alvorlige sykdommer der det er en klar sammenheng mellom et
bestemt gen og sykdommen.
7
INSPIRIA science center: Bjørnstadveien 16, 1712 GRÅLUM | Telefon: 03245/ 69 13 93 00 | E-post: [email protected] www.inspiria.no
Ulike typer gentester
(1) Testing av syke personer – diagnostiske tester
Syke personer kan genteste seg for å få undersøkt om sykdommen de har skyldes
genetiske faktorer. På denne måten kan de få en diagnose, og få behandling
deretter, dersom det finnes, og få vite om risikoen for å føre sykdommen videre.
(2) Testing av friske personer
Siden gentester gir samme svar uavhengig av når i livet man tar dem, kan også
friske personer teste seg for å få informasjon om risiko for sykdom.
Problemstillinger ved gentesting av friske personer
Mulige grunner til å genteste seg:
 Det er mulig å begynne forebyggende behandling av sykdommen dersom slik
behandling finnes.
 Det kan være lettere å planlegge livet, for eksempel kan man avgjøre om man
skal ha barn eller ikke og ta avgjørelser med hensyn til jobb og utdannelse.
 Man slipper å leve med usikkerheten for om man har disposisjon for å bli syk
eller ikke. Noen vil mene at de får et bedre liv. Dette gjelder (kanskje) særlig
de som får påvist at de ikke er disponert for sykdommen.
 Resultatet av testen kan være viktig for andre familiemedlemmer.
Mulige grunner til å la være å teste seg:
 Det finnes ingen behandling eller muligheter for å forebygge sykdommen (som
ved Huntingtons sykdom).
 Det å vite at man er disponert for sykdom kan i seg selv være ødeleggende for
den enkeltes livskvalitet.
 Testen sier ikke bare noe om den som tester seg, men også at disse
genvariantene finnes i familien. Testingen kan medføre at enkelte andre
familiemedlemmer som ikke ønsker denne type informasjon, likevel får det. De
kan dermed miste muligheten til ikke å vite om de har økt risiko for sykdom.
 Det stiller en overfor valg man ikke ønsker, for eksempel
fosterdiagnostikk.
8
INSPIRIA science center: Bjørnstadveien 16, 1712 GRÅLUM | Telefon: 03245/ 69 13 93 00 | E-post: [email protected] www.inspiria.no
Kopieringsmal Forarbeid 1. Labvettregler
1. Laboratorieprotokoller skal leses grundig og følges helt nøyaktig, og arbeidet skal
utføres med forsiktighet.
2. Vernebriller og labfrakk skal brukes under alle forsøk.
3. Ved koking i reagensrør skal åpningen vendes bort fra folk. Det kan støtkoke og gi
sprut.
4. Har du fått sprut i øyet så skal øyet spyles lenge med vann. Konsulter lege.
5. Smak aldri på noe. Ikke spis eller drikk på laboratoriet selv om kjemikalier ikke er i
bruk.
6. Ikke ta i kjemikalier med hendene. Hvis du rører stoffer, vaks hendene med såpe
og vann.
7. Ved bruk av gassbrenner - tenn fyrstikken før du skrur på gassen. Ellers vil
uforbrent gass komme ut i rommet. Slokk flammen ved å skru av gassen.
8. Pass på håret og klærne så de ikke tar fyr.
9. Ved brann slukkes alle flammer, så slukkes ilden med teppe og brannslukker.
10. Det skal være rent og ryddig på arbeidsplassen.
9
INSPIRIA science center: Bjørnstadveien 16, 1712 GRÅLUM | Telefon: 03245/ 69 13 93 00 | E-post: [email protected] www.inspiria.no
Vedlegg Forarbeid 2.
Laboratorieprotokoll for isolering av DNA.
Hensikt
Hensikten med dette forsøket er å isolere DNA fra hårstrå og fra epitelceller fra
munnhulen.
Verneutstyr
Vernebriller, labfrakk og hansker brukes under hele forsøket.
Materialer og utstyr
Eppendorfrør med biologisk materiale
GeneJET Genomic DNA Purification Kit
Sentrifuge
Vortexer
Bordsentrifuge
Finnpipetter
Filterspisser
Hansker
Lisens to Kill
Sterilt vann
Fremgangsmåte
Dere skal jobbe i grupper på to. Hver gruppe får utdelt ett eppendorfrør med ferdig
lysert materiale. Med lysert materiale menes en løsning som blir produsert når celler
blir ødelagt ved at cellemembranen blir brutt ned.
Ta alltid på hansker før dere begynner arbeidet i PCR-kabinett 1.
Ved ”PCR-kabinett 1” henger det en oversikt over de volumer som skal pipetteres.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Tilsett etanol til det lyserte prøvematerialet.
Overfør løsningen til en spinnkolonne.
Sentrifuger i 1 minutt.
Overfør kolonnen til et nytt rør og tilsett vaskebuffer I.
Sentrifuger i 1 minutt. Kast løsningen i bunnen av røret.
Tilsett vaskebuffer II.
Sentrifuger i 3 minutter. Overfør kolonnen til et nytt rør.
Tilsett elueringsbuffer og inkubér i 2 minutter.
Sentrifuger i 1 minutt og overfør løsningen i bunnen av røret til et nytt
eppendorfrør.
10. Eppendorfrøret merkes med gruppe nummer og dato.
11. Vask alltid over pipetter med Lisens to Kill og sterilt vann etter bruk og kast
hansker.
10
INSPIRIA science center: Bjørnstadveien 16, 1712 GRÅLUM | Telefon: 03245/ 69 13 93 00 | E-post: [email protected] www.inspiria.no
Vedlegg Forarbeid 3.
Laboratorieprotokoll for oppsett av prøver til PCR og gelelektroforese.
Hensikt
Hensikten med dette forsøket er å lage en DNA-profil ved hjelp av PCR og
gelelektroforese.
Verneutstyr
Vernebriller, labfrakker og hansker brukes under hele forsøket.
Materialer og utstyr
Åsteds-DNA
Finnpipetter med justerbart
volum
DNA fra alle involverte i saken
Pipettespisser
PCR reaksjonsmiks (Taq DNA polymerase, dNTP-er, Liten bordsentrifuge
buffer)
Primere
Vortexer
DNA-størrelsesmarkør
Avfallsbokser
Loadingbuffer
Beholder med is
PCR-brønneplate
Hansker
PCR maskin
Lisens to Kill
Elektroforeseutstyr og spenningskilde
Sterilt vann
Elektroforesereagenser
Fremgangsmåte
PCR
Ta alltid på hansker før dere begynner arbeidet i PCR-kabinett 2.
Ved ”PCR-kabinett 2” henger det en oversikt over de volumer som skal pipetteres.
Hver gruppe får utlevert 1 rør med reaksjonsmiks og 2 rør med primere.
Det skal arbeides på is hele tiden.
1. Lag ferdig PCR-mastermiksen: Tilsett primere til mastermiksen. Den
inneholder nukleotider, reaksjonsbuffer og DNA-polymerase fra før.
2. Overfør mastermiksen til PCR-brønneplaten. Det er en oppmerket brønn for
hver gruppe.
3. Hver gruppe tilsetter sin DNA-prøve til komplett mastermiks.
4. Etter at alle gruppene har gjort ferdig sitt oppsett for PCR overflyttes
brønneplaten til PCR-maskinen. PCR-maskinen er programmert på forhånd
og settes i gang.
5. Etter at PCR-kjøring er ferdig tilsettes det loadingbuffer til prøvene.
6. Vask alltid over pipetter med Lisens to Kill og sterilt vann etter bruk og kast
hansker.
11
INSPIRIA science center: Bjørnstadveien 16, 1712 GRÅLUM | Telefon: 03245/ 69 13 93 00 | E-post: [email protected] www.inspiria.no
Gelelektroforese
Ta på hansker.
1.
2.
3.
4.
5.
Last prøvene og DNA-størrelsesmarkør på gel.
Kjør gelen på 100 V i 30 minutter.
Følg med på vandringen til loadingbufferen.
Stopp gelen før fargefronten går ut av gelen.
Vask alltid over pipetter med Lisens to Kill og sterilt vann etter bruk og kast
hansker.
12