Genomics is de wetenschapstak waarin onderzoek gedaan wordt naar het genoom van individuen, populaties, soorten etc. en de expressie daarvan. De (persoonlijke) genetische code wordt steeds toegankelijker. Dit biedt ongekende mogelijkheden, bijvoorbeeld in forensisch onderzoek, persoonlijke genetische testen, in de medische wereld en in de voedselproductie.
Maar de genetische code is complex: bij de totstandkoming van een eigenschap zijn vaak vele genen en invloeden uit de omgeving betrokken. Daardoor levert een gen veelal een kans op een eigenschap, maar geeft hier geen zekerheid over. Met deze kans-informatie zullen vmbo’ers (net als wij allemaal) om moeten gaan in de toekomst (persoonlijke genetische testen worden bijvoorbeeld nu al aangeboden door bedrijven). Het huidige vmbo-programma biedt echter weinig aansluiting op deze ontwikkelingen.

Advies voor de syllabus
Op dit moment (juli 2013) komt hoe genen tot uiting komen niet aan bod in het vmbo-programma. De focus in schoolboeken en de syllabus ligt op overerving. Het doorgeven van genen aan een volgende generatie is echter pas de eerste stap in genetica. De volgende stap is hoe deze genen tot uiting komen in het fenotype. Juist aan deze tweede stap wordt nauwelijks aandacht besteed (let op: dit hoeft geen complex moleculair verhaal over RNA en eiwitten te zijn).
De meeste voorbeelden in de schoolboeken gaan over monogene eigenschappen (één verantwoordelijk gen) met een geringe invloed vanuit de omgeving: Vast- of loszittende oorlellen, taaislijmziekte, kort- en langharige cavia’s. Deze eigenschappen maken erfelijkheid inzichtelijk: Ze maken overervingspatronen zichtbaar en we benoemen daarmee dominante en recessieve genen. Daar staat tegenover dat dergelijke monogene eigenschappen behoorlijk zeldzaam zijn. Veruit de meeste eigenschappen komen voort uit bijdragen van vele genen, waarvan de activiteit ook nog eens door omgevingsfactoren wordt beïnvloedt. Door enkel naar de overerving te kijken, missen we de complexiteit van genexpressie volkomen. Hierdoor kan er valse zekerheid ontstaan: “Mijn genen bepalen wie ik ben!” aldus een t3-leerlinge.

Om recht te doen aan de complexiteit van genetica, adviseert Horst Wolter daarom de volgende aanvullingen voor het vmbo-programma:

• Een gen levert veelal een kans op een eigenschap, maar geeft hier geen zekerheid over
• In de totstandkoming van de meeste eigenschappen spelen meerdere genen en de omgeving een rol (o.a. de leefstijl)
• Aandacht voor toepassingen van genomics, met name genetisch testen
• Meer aandacht voor de structuur van DNA, omdat dit een tastbaarder beeld geeft van genen en mutaties

Het lijkt een heilloze weg om de genetische complexiteit op het vmbo aan te gaanbieden. Maar het is haalbaar: Door geen abstracte moleculaire mechanismen te gebruiken, maar de functie van genen met meer nuance te omschrijven (zoals hierboven genoemd).

Lesmateriaal
Het lesmateriaal Je genen als glazen bol! is een voorbeeld van hoe je met bovenstaande adviezen om kunt gaan voor de vmbo-doelgroep. Overigens komt in dit lesmateriaal niet direct naar voren dat veelal meerdere genen een bijdrage leveren aan de totstandkoming van een eigenschap. In het webartikel ‘Genetische complexiteit met tumtums?’ staat een aanvullend experiment bij het lesmateriaal beschreven dat hierop ingaat.

Er zijn allerlei toepassingen van genomics, bijvoorbeeld:

• Forensisch DNA-onderzoek: Sporenonderzoek bij een misdrijf. Als er menselijk celmateriaal gevonden is, kan onderzocht worden van wie dit materiaal afkomstig is (en wie dus mogelijk de dader is). DNA-sporen kunnen ook aanwijzingen geven over het uiterlijk
• Verwantschapstesten: D.m.v. DNA-onderzoek biologische verwantschap vaststellen, bijvoorbeeld wie de vader van een kind is
• Gewasveredeling: De klassieke methode voor veredeling is kruisingen maken, de planten laten groeien en bekijken of er een plant is met de gewenste eigenschappen. Bij gewasveredeling met genomics kun je het genotype van de gewenste eigenschappen bepalen. Na de kruisingen kun je testen of de kiemplantjes deze eigenschappen bevatten. Zo gaat de veredeling een stuk sneller
• Medicatie op maat: Hoe een patiënt reageert op een medicijn, hangt voor een deel van zijn/haar genen af. Medicatie op maat houdt in dat patiënten gescreend worden op de aanwezigheid van een bepaald gen voordat ze een geneesmiddel krijgen. Zo kunnen patiënten medicijnen krijgen die afgestemd zijn op hun genen
• Genetisch testen: We onderscheiden ‘genetisch screenen’ en ‘genetisch diagnostisch testen’. Bij genetisch diagnostisch testen wordt onderzocht of iemand een genetisch bepaalde aandoening heeft (bijvoorbeeld als er een vermoeden is dat een erfelijke component betrokken is bij een ziekte in de familie). Bij genetisch screenen wordt bij mensen zonder klachten gezocht naar genetisch bepaalde aandoeningen en eigenschappen. Een voorbeeld hiervan zijn ‘persoonlijke genoomtesten’ die door bedrijven aangeboden worden (en screenen op zo’n 250 ziekten en eigenschappen). Deze testen zijn voor iedereen toegankelijk, kosten ongeveer €100,- tot €300,- en binnen een paar weken heb je de resultaten. Overigens levert kennis uit deze genetische testen kans-informatie, geen zekerheid

Het is belangrijk dat leerlingen (en docenten!) beseffen dat o.a. deze mogelijkheden er al zijn en dat hiermee (ook je eigen) genetische informatie steeds toegankelijker wordt. Als u in uw les met vmbo-leerlingen aandacht wilt besteden aan één van deze toepassingen, dan kan dat voor de toepassing ‘genetisch testen’ met het lesmateriaal ‘Je genen als glazen bol!’.
Voor de andere toepassingen zou dit bijvoorbeeld op deze manier kunnen: Gebruik een echt en relevant verhaal (bijvoorbeeld een krantenartikel) als voorbeeld, zoals het DNA-onderzoek rondom de moord op Marianne Vaatstra voor de toepassing ‘forensisch DNA-onderzoek’. Verbeeld vervolgens het onderzoek voor de leerlingen: waar kijken onderzoekers naar? Dit kan bijvoorbeeld met een soortgelijke puzzel als de puzzel uit ‘Je genen als glazen bol!’.

Over het lesmateriaal
Het lesmateriaal ‘Je genen als glazen bol!’ bestaat uit drie delen (tijden bij benadering):

1. ‘De keuze’ (benodigde lestijd: 65 minuten)
2. ‘De genetische test in uitvoering’ (benodigde lestijd: 45 minuten)
3. ‘De genetische kadobon’ (benodigde lestijd: 30 minuten)

Deze drie delen kunnen ook los van elkaar gebruikt worden. Hieronder wordt over elk
van deze onderdelen wat verteld.

Benodigdheden

• Download: Leerlingenmateriaal ‘Je genen als glazen bol!’ (PDF)
• Download: Leerlingenmateriaal ‘Je genen als glazen bol!’ (Word)
• Download: Docentenhandleiding ‘Je genen als glazen bol!’ (zonder antwoorden)
• Begeleidende powerpointpresentatie met korte instructies, uitwerkingen, uitleg en een conceptmap die stap voor stap aangevuld wordt

De antwoorden uit de docentenhandleiding en de begeleidende powerpointpresentatie kunt u opvragen door een e-mail te sturen naar ECENT vanaf uw school-emailadres.

Benodigdheden bij het practicum uit deel 2

• Reageerbuizen
• Koffielepeltjes (plastic of metaal)
• Spiritus (ethanol 85%)

Extra: Verdiepingsopdracht

• Download: Verdiepingsopdracht (de uitwerkingen kunt u opvragen door een e-mail te sturen naar ECENT vanaf uw school-emailadres)

In deze verdiepingsopdracht is er, aanvullend op het basismateriaal, aandacht voor:

• de locatie van DNA in de cel
• meerdere genen dragen bij aan een eigenschap
• genetisch risico

De verdiepingsopdracht is niet uitgetest in de praktijk (daarvoor was helaas niet voldoende tijd). Gebruik de verdiepingsopdracht als inspiratie, niet als een pasklare opdracht. Alle reacties, voorstellen tot verbeteringen of andere ideeën zijn welkom (via een e-mail aan Horst Wolter).

Deel 1: De keuze
Leerlingen lezen drie verhalen over mensen die een genetische test voor een ziekte hebben/willen laten doen (bij de verhalen kunnen ook filmpjes getoond worden, zie hieronder):

1. De ziekte van Huntington: Deze ziekte is dominant overerfbaar. De vader van Clairy heeft de ziekte van Huntington. Clairy heeft een genetische test laten doen waaruit bleek dat zij het afwijkende gen heeft. Clairy zal dus de ziekte van Huntington krijgen (leefstijl heeft geen invloed), maar het is niet bekend op welke leeftijd
2. PKU: Deze ziekte is recessief overerfbaar. De broer van Dareh heeft een kind gekregen met PKU (met een levenslang dieet kan gezondheidsschade door PKU voorkomen worden). Dit houdt in dat Darehs broer drager is van het afwijkende gen. Dareh wil weten of hij ook drager is, zodat hij weet of hij de ziekte door zou kunnen geven aan zijn kinderen
3. Type 2 suikerziekte: In de familie van Sophia komt suikerziekte veel voor. Sophia heeft daarom een genetische test laten doen bij een bedrijfje op internet. De uitslag was dat zij 20% kans heeft om de ziekte te krijgen, terwijl dit gemiddeld 7% is. Gezond eten, sporten en niet roken verkleint de kans op suikerziekte

De drie ziektes verschillen dus in heftigheid, erfelijkheid en invloed van leefstijl. Na elk verhaal beantwoorden leerlingen dezelfde set vragen. Vervolgens maken leerlingen een samenvattende opdracht waarin benadrukt wordt dat een eigenschap tot stand komt door een combinatie van genen en leefstijl.

Deel 2: De genetische test in uitvoering
Dareh uit deel 1 besluit een genetische test te doen. De genetische test wordt gesimuleerd met een practicum en een puzzel.

• Practicum: Leerlingen isoleren DNA uit hun eigen wangslijmvlies. Ze maken een tekening van hun genetisch materiaal. In het lesmateriaal wordt in een aantal stappen op de tekening ingezoomd tot DNA-niveau
• Puzzel: Leerlingen bekijken of er een PKU-gen aanwezig is in het DNA van Dareh, en beantwoorden vragen over de test en over wat Dareh kan doen met de resultaten

Deel 3: De genetische kadobon
Leerlingen beargumenteren in welke gevallen zij zelf zouden kiezen voor een genetische test. Dit doen zij aan de hand van een genetische cadeaubon.

Het lesmateriaal ‘Je genen als glazen bol!’ kan bij biologie gebruikt worden in 3 en 4 vmbo-t, -g, en –k (hoewel dit bij vmbo kader niet is getest).

Het is bedoeld als aanvulling op het hoofdstuk ‘erfelijkheid’ uit de meest gebruikte biologiemethodes, daarom hebben leerlingen voorkennis nodig over deze onderwerpen:

• Chromosoom
• Gen
• Dominant en recessief
• Stamboom
• Kruising met één gen (en kruisingsschema)
• Organisatieniveaus: organisme, orgaan, cel, organel (celkern)

Leerdoelen
De leerdoelen van het lesmateriaal zijn dat de leerling:

• een aantal situaties kan noemen waarin een genetische test nuttig kan zijn
• aan kan geven welke afwegingen hij/zij belangrijk vindt bij de beslissing om wel/niet een genetische test te doen
• kan beschrijven dat bij een genetische test genetisch materiaal (chromosomen) onderzocht wordt
• kan beschrijven dat bij een genetische test bepaalde genen aangetoond worden
• aan kan geven dat een gen een (kleine, grote of gemiddelde) kans geeft op een eigenschap
• aan kan geven dat leefstijl én genen invloed hebben op het ontstaan van een eigenschap
• aan kan geven dat de leefstijl bepaald wordt door eigen keuzes en invloeden van de omgeving
• een gen kan beschrijven als onderdeel van een chromosoom, bestaande uit een lange keten van DNA (4 verschillende vormen bouwstenen), dat een instructie is (voor een cel, orgaan of organisme) die bijdraagt aan een bepaalde eigenschap

Bij lesmateriaal voor vmbo’ers is het belangrijk om te zorgen voor:

• korte, aansprekende werkvormen
• afwisseling van werkvormen
• leesbaarheid (let op woordkeuze)
• heldere lay-out (niet teveel afleiding en bijzaken)
• een praktisch gedeelte
• doordacht gebruik van beeld en illustratie
• aandacht voor door leerlingen ervaren relevantie

In het lesmateriaal ‘Je genen als glazen bol!’ is getracht hieraan te voldoen door o.a.:

• emotie op te roepen. Bijvoorbeeld in deel 1 doordat narratieven gebruikt worden (realistische en authentieke verhalen) en in deel 2 doordat leerlingen in een buisje moeten spugen wat ze persoonlijk, een beetje vies en heel spannend vinden
• drie werkvormen te gebruiken (verhalen, practicum, cadeaubon), waarvan één praktisch
• een combinatie van heldere teksten met illustratieve beelden te gebruiken (stambomen, DNA-code en metafoor)
• leerlingen te laten ervaren dat het voor hen relevant is, door m.b.v. de cadeaubon duidelijk te maken dat ze zelf een keuze hebben. Om hun keuzes te bespreken, kun je bijvoorbeeld de werkvorm ‘beweegredeneren’ gebruiken

Het lesmateriaal ‘Je genen als glazen bol!’ is uitgetest op 4 scholen (in Nijmegen, Heerenveen, Utrecht en Leiden) door 5 docenten. In totaal hebben 9 klassen meegedaan met naar schatting 200 vmbo-t leerlingen.

Leerlingen
Positieve punten

Leerlingen vinden het leuk om met het lesmateriaal aan de slag te gaan en vinden het boeiend. Het practicum en de verhalen spreekt ze aan. Een docent en drie leerlingen aan het woord:

• Docent: “Het materiaal is interessant, uitdagend en afwisselend. Dat zie je aan de leerlingen. De leerlingen hebben aan alles meegedaan, zonder dwang of aansporing. Ik zag geen verveling. Dat betekent dat ik er zelf heel weinig activeringsenergie in hoefde te stoppen.”
• Leerling: “De opdrachten waren leuk en leerzaam.”
• Leerling: “Het is leuk om te weten hoe DNA werkt.”
• Leerling: “De maker van dit boekje mag meer boekjes maken over een ander onderwerp.”

De verhalen en de kadobon geven leerlingen aanleiding om vragen te stellen over situaties waar ze van gehoord hebben of uit hun eigen familie. Eén van de leerlingen vroeg zich na de lessen af of hij zijn leefstijl zou moeten aanpassen, omdat in zijn familie diabetes type 2 en hart- en vaatziekten voorkomen.

De leeropbrengsten zijn niet gemeten. Wel hebben 8 leerlingen direct na het maken van deel 3 ‘De genetische kadobon’ een aantal vragen beantwoord. Hieruit blijkt dat ze met enige nuance kunnen kijken naar genetische aanleg en niet zomaar zeggen dat je DNA bepaalt wie je bent.

Aandachtspunten

Genetica blijft een moeilijk en abstract onderwerp, twee quotes van leerlingen ter illustratie:

• “Ik zou wel makkelijkere vragen willen.”
• “De opdrachten waren niet zo leuk, want dan moest ik nadenken.”

Docenten gaven aan dat leerlingen die nauwelijks voorkennis over genetica hadden, veel moeite hadden met het idee van DNA. Het is daarom van belang dat leerlingen begrip hebben van de organisatieniveaus organisme, orgaan, cel en organel (celkern) als we over DNA praten.

Docenten
Docenten vinden vooral het eenvoudig in te zetten practicum uit het lesmateriaal prettig, en de uitgewerkte voorbeelden over mogelijkheden in de (moderne) genetica. Drie docenten zeggen over het lesmateriaal:

• “De verhalen en de opdrachten zijn duidelijk. Vragen van leerlingen gaan over de inhoud, niet over de opdrachten zelf.”
• “Mijn boodschap: Het is leuk en nuttig. Het is van betekenis voor het echte leven. Dat zijn voor mij criteria om tijd er voor vrij te maken.”
• “Ik raad het materiaal absoluut aan collega`s aan. En neem er ook de tijd voor, dan komt het ook tot zijn recht. Het materiaal biedt allerlei aanknopingspunten voor de les: gesprekken met leerlingen, nodig eens een arts uit in de klas die over genetische ziekten kan praten of maak met de klas een model van DNA.”

Het materiaal ‘Je genen als glazen bol!’ is bij verschillende lerarenopleidingen al aangeboden aan studenten. Hieronder volgen een aantal ideeën voor werkvormen. Andere ideeën zijn welkom, deel ze via de ‘reageer button’ onderaan dit webartikel.

Werkvormen met het lesmateriaal als uitgangspunt

• Studenten krijgen het materiaal (of de link) mee en krijgen de opdracht een recensie te schrijven over het materiaal
• Een klassikale evaluatie van het materiaal: hoe bruikbaar is dit? Wat zijn de tips en tops?

Eventueel kun je bij een bespreking van het lesmateriaal ook deze online Prezi-presentatie gebruiken.

Werkvormen met genetisch testen als uitgangspunt

• Bezoek een aantal websites over genetisch testen: Bedrijven zoals 23andMe, Counsyl of HairDX. Of een medische test bij het VUmc. Bespreek vragen zoals wat genen mogelijk over iemand kunnen vertellen, wat we wel/niet kunnen voorspellen en wat je zelf wel/niet zou doen n.a.v. kennis over je eigen genen
• Angelina Jolie heeft naar aanleiding van een genetische test haar borsten laten amputeren (zie dit krantenartikel). Bespreek tot welke keuzes genetische testen kunnen leiden, aan de hand van dit krantenartikel.

Voor meer informatie over genetisch testen, lees het artikel ‘Morele oordeelsvorming – genetisch testen’.