AMGEN Biotech Experience

 L’Amgen Biotech Experience (ABE) è un programma innovativo di educazione scientifica che introduce gli studenti all'importanza della scoperta scientifica attraverso un'esperienza di apprendimento della biologia molecolare che collega i concetti scientifici fondamentali alle applicazioni del mondo reale. Il programma fornisce agli insegnanti della scuola secondaria di 2° la formazione professionale, le risorse didattiche, le attrezzature di laboratorio e i materiali per coinvolgere gli studenti in un'esperienza educativa emozionante.

La fauna del muschio

Foto di E. Mori, D. Edeh e P. M. Berzioli

Il muschio è un habitat piccolissimo, che però ospita moltissimi esseri viventi diversi: in questo esperimento estrarremo, osserveremo e classificheremo la fauna presente in un piccolo pezzo di muschio.

Questo esperimento nasce dall'attività di citizen science "I tardigradi vanno a scuola!" dell'Università di Modena e Reggio Emilia, invitiamo chi volesse svolgere l'esperimento a valutare di partecipare anche all'attività di citizen science.

App Seek e iNaturalist

In questa esperienza gli studenti impareranno ad utilizzare due strumenti informatici per riconoscere gli organismi e condividere le loro osservazioni con la comunità scientifica.

Elettroforesi del DNA

Avete appena concluso con successo l'esperienza di estrazione del DNA, e gli studenti vi chiedono "ma adesso possiamo vederlo al microscopio?". A meno che non abbiate un microscopio elettronico e molta fortuna, difficilmente riuscirete a vedere le singole molecole di DNA, ma c'è una tecnica molto più a portata di mano per verificare se quello che avete estratto è davvero DNA, e per separare questo da altri eventuali componenti: l'elettroforesi su gel.
Questa tecnica viene generalmente usata per separare tra loro frammenti di DNA di dimensioni diverse (come nel caso del DNA fingerprinting nelle scienze forensi), ma può anche essere usata per evidenziare la presenza di DNA genomico in un campione.
Qui viene descritta per sommi capi la tecnica usata nel nostro laboratorio, attraverso il kit per elettroforesi EDVOTEK, per il procedimento dettagliato si rimanda al manuale di istruzioni del kit.

Genetica di popolazione con le carte da gioco

Nel 1908, durante una partita di cricket, il genetista Reginald Punnet chiese al matematico G. H. Hardy "Come mai, se un allele è dominante, questo non si diffonde a tutta la popolazione, soppiantando l'allele recessivo?". Hardy, non sapendo che pochi mesi prima il medico tedesco Wilhelm Weinberg aveva già trovato la risposta, elaborò e pubblicò la risposta, sotto forma di quello che oggi conosciamo come la legge di Hardy-Weinberg.

Osservazione al microscopio

Questa non è una vera e propria esperienza in sé, ma descrive il procedimento di base da usare nella maggior parte delle osservazioni al microscopio.

Estrazione del DNA da cellule animali

"Meduse" di DNA a partire da quantità diverse di fegato

Avete presente la classica esperienza di estrazione del DNA dalla banana, fatta un po' in tutte le scuole del mondo, in cui con un po' di sale e di detersivo si estrae una massa gelatinosa che l'insegnante sostiene essere DNA? Bene, sappiate che è un falso. O almeno, quella massa gelatinosa non è fatta da DNA genomico integro. Lo si può dimostrare facendone l'elettroforesi su gel di agarosio: non si vede nessuna banda a lenta corsa caratteristica delle grandi molecole di DNA genomico, che, quindi, non è presente in quantità apprezzabili. Il motivo, probabilmente, sta nel fatto che nel procedimento normalmente seguito non c'è nessun passaggio in grado di rompere le pareti cellulari.

Vi proponiamo qui, invece, una procedura di estrazione del DNA da cellule animali, adattata da procedure normalmente utilizzate in laboratori di ricerca, il cui risultato è stato verificato tramite elettroforesi su gel di agarosio.

Dissezione di un pesce

Oceani del pianeta Terra, Cambriano, un po' più di 500 milioni di anni fa.
La vita si evolve in una moltitudine di forme sempre più complesse: molte si estingueranno, qualcuna sopravviverà.
In una popolazione di piccoli organismi deuterostomi, l'evoluzione seleziona un nuovo piano corporeo, dotato di un organo lineare allungato, che fornisce ai muscoli un punto d'appoggio rigido, ma al tempo stesso in grado di flettersi: la notocorda. Nascono così i primi cordati.
Tra questi organismi se ne affermano alcuni di forma stretta e allungata, in grado di spostarsi nell'acqua con un movimento a S, lo stesso che troviamo ancora nei pesci del giorno d'oggi.
Col passare delle generazioni, le due estremità di questi organismi si differenziano: ecco che abbiamo testa e coda, una direzione preferenziale di movimento, e anche qualcosa per guidare questo movimento: gli occhi.
Nella testa il tubo neurale si ingrossa, e questi organismi evolvono un sistema per proteggerlo: tessuti cartilaginosi si sviluppano intorno al neonato cervello e al resto del tubo neurale, ed ecco che possiamo distinguere un cranio e una colonna vertebrale: sono comparsi i vertebrati. La colonna vertebrale, molto più efficace della notocorda nel dare sostegno al corpo, col passare del tempo la sostituirà rendendola pressoché inutile nell'organismo adulto: nei vertebrati di più recente evoluzione, infatti, della notocorda restano solo poche vestigia.
La struttura idrodinamica di questi organismi permette loro di essere molto mobili e molto attivi, ma questo comporta un grande consumo di ossigeno: per aumentare lo scambio di gas disciolti, l'evoluzione seleziona le branchie.
Passa il Cambriano e passa l'Ordoviciano: la vita sempre più attiva di questi organismi pone nuove sfide, ogni volta risolte evolvendo soluzioni nuove: la sintesi di dentina per mordere e masticare, le pinne per dirigere il movimento, le scaglie per proteggere l'organismo, la linea laterale per avvertire i movimenti degli organismi vicini.
Sono passati cento milioni di anni, siamo nel Siluriano, e un altro grande passo evolutivo sta per dividere quelli che potremmo chiamare i pesci del tempo: gli organismi più attivi e voraci sacrificano due segmenti di branchie per formare una struttura cartilaginosa, mobile, che conferisca rigidità alla bocca. Ecco che nascono le mandibole, non solo per rendere più efficace il morso, ma anche e soprattutto per pompare acqua attraverso le branchie e garantire un maggiore flusso di ossigeno ad un corpo sempre più esigente.
Qualche decina di milioni di anni dopo, nel Devoniano, avviene il passo che separa gli squali dalla maggior parte degli altri pesci: mentre alcuni (quelli che daranno origine, appunto, agli squali di oggi) mantengono uno scheletro di cartilagine, in altri lo scheletro si evolve in una struttura più rigida e resistente, le ossa.
Tra questi pesci ossei, alcuni evolveranno pinne sostenute da raggi ossei, e da loro discenderanno la maggior parte dei pesci moderni. Altri, dotati di pinne carnose, rischieranno di perdere la sfida evolutiva negli oceani, ma raggiungeranno un altro straordinario traguardo: alcuni di loro impareranno a respirare aria e spostarsi sul terreno, generando quelli che oggi sono i tetrapodi. Uomo compreso.

Saggio di Fehling

Le aldeidi e i chetoni sono due classi di composti organici caratterizzati dallo stesso gruppo funzionale, il carbonile, cioè un atomo di ossigeno legato con un doppio legame ad un atomo di carbonio. La differenza sta nella posizione: se il gruppo carbonile è terminale (o primario), cioè se l'atomo di carbonio carbonilico è legato almeno ad un atomo di idrogeno, il composto è un'aldeide; se il gruppo carbonile è secondario (in mezzo alla catena), cioè se l'atomo di carbonio carbonilico è legato ad altri due atomi di carbonio, il composto è un chetone.
Perché assegnare due nomi diversi a composti distinti da una differenza tanto piccola?
Il motivo è che questa piccola differenza causa una grande differenza nelle reazioni che questi composti possono subire: il legame carbonio - idrogeno, presente sull'atomo di carbonio carbonilico delle aldeidi, si può rompere con più facilità rispetto al legame carbonio - carbonio presente sull'atomo di carbonio carbonilico dei chetoni. Per questo le aldeidi possono essere facilmente ossidate ad acidi carbossilici, mentre per ossidare i chetoni bisogna ricorrere a condizioni molto più estreme (bruciarli, ad esempio), e difficilmente il prodotto sarà un acido carbossilico.
Il saggio di Fehling sfrutta proprio questa differente reattività per distinguere queste due classi di composti.

Terreni e crescita dei lieviti

Ogni essere vivente ha bisogno di un ambiente con determinate caratteristiche per crescere: la giusta umidità, la giusta temperatura, il pH corretto, qualcosa di cui nutrirsi se è eterotrofo, l'ossigeno se è aerobio... In questa esperienza studieremo quali caratteristiche deve avere un terreno per permettere la crescita di lieviti.

Osmosi nelle patate

Attraverso le membrane cellulari l'acqua può passare, i sali in essa disciolti no. Questo sta alla base del fenomeno dell'osmosi: l'acqua attraversa una membrana semipermeabile muovendosi dalla soluzione con minor concentrazione di sali a quella con concentrazione maggiore.

Digestione delle proteine

Nel nostro stomaco le proteine vengono digerite dalla pepsina, che è una proteasi, cioè un'enzima (una proteina) in grado di idrolizzare altre proteine. Ma la pepsina non è l'unica proteasi, e non soltanto gli animali possiedono delle proteasi: l'ananas, ad esempio, contiene la bromelina, che è una proteasi anch'essa. In questa esperienza useremo l'ananas per mostrare come una proteasi può digerire le proteine.

Preparazione dello yogurt e coagulazione della caseina

Come si produce lo yogurt? Perché il latte si trasforma in yogurt? In questa esperienza verrà prodotto lo yogurt in laboratorio partendo dal latte e da una piccola quantità di yogurt "madre", e verrà misurato il pH prima e dopo la trasformazione. Inoltre, verrà dimostrato che proprio l'acidificazione è responsabile della coagulazione della caseina.

Determinazione dei lipidi

Foto: Pietro Calvi e Marcello Montali

I lipidi sono una categoria molto vasta di biomolecole, accomunate da una proprietà: la loro scarsa solubilità in acqua. Proprio grazie a questa proprietà possiamo verificare la presenza di lipidi in diversi alimenti: in questa esperienza i lipidi eventualmente presenti negli alimenti verranno prima sciolti in alcool, e poi fatti precipitare con acqua.
Su questa esperienza è disponibile anche una presentazione preparata dagli studenti.

Determinazione delle proteine: metodo del biureto

Il biureto (ottenuto dalla condensazione di due molecole di urea) è una sostanza che può formare con il rame un complesso di colore violetto. Questa reazione non è specifica del biureto, ma avviene anche con i polipeptidi: possiamo quindi sfruttarla per l'individuazione delle proteine.

Determinazione delle proteine: reazione xantoproteica

Quali alimenti contengono proteine, e quali no? Come possiamo individuarle? Una delle tante prove per l'individuazione delle proteine è la reazione xantoproteica: l'aggiunta di acido nitrico alle proteine produce una colorazione gialla.

La sistematica delle piante

Com'è fatta una pianta? Se la risposta a questa domanda vi sembra semplice, provate a chiedervi: una felce è una pianta? Un muschio è una pianta? E un'alga? Un lichene? Un fungo? Un batterio fotosintetico? In questa esperienza verranno osservate diverse piante (e non), cercando di capire quali sono le caratteristiche di ciascun gruppo tassonomico.

Latte crudo, latte sano?

Qualche anno fa, dopo una rapida diffusione dei distributori di latte crudo, si discusse ampiamente sulla sicurezza microbiologica del latte crudo, accusato di poter contenere microrganismi patogeni in quantità pericolosa per l'uomo, in particolare per le persone più vulnerabili come, ad esempio, i bambini piccoli. Il latte pastorizzato, invece, subisce un trattamento termico che dovrebbe eliminare la maggior parte dei microrganismi del latte, in particolare quelli patogeni. In questa esperienza verificheremo se il latte pastorizzato contiene effettivamente meno microrganismi del latte crudo.

Dissezione di un cervello

Per studiare l'anatomia del cervello umano possiamo sfruttare un cervello animale, come ad esempio un cervello di vitello o di pecora, non uguale ma sotto molti aspetti simile. In questa esperienza vedremo come sezionare e osservare un cervello.

Dissezione di un cuore suino

Come è fatto e come funziona un cuore umano? Possiamo studiare questi aspetti su un cuore molto simile, quello di maiale. In questa esperienza vedremo come sezionare un cuore suino e cercare di osservare più dettagli possibile.