Aproximativ 1,5 miliarde de oameni din întreaga lume sunt supraponderali sau obezi. Mâncăm prea mult sau ne putem da vina pe genele noastre? Iată cum să investigați genetica obezității în clasă.

activitate


Imagine oferită de colros/
Flickr

Obezitatea este o mare problemă, în mai multe moduri. Peste 10% din populația adultă a lumii este obeză; în unele țări aceasta crește la 40%. Bolile de inimă, diabetul de tip 2, unele tipuri de cancer, complicațiile sarcinii, problemele articulare, depresia și anxietatea au fost legate de obezitate w1 .

Modificări ale prevalenței
obezitatea adultului: procentul
a populației adulte cu
un indice de masă corporală de 30 sau
mai mult, în 11 țări
Sursa datelor: internațional
Asociația pentru Studiul
Obezitate (www.iaso.org)

Alimentele bogate în calorii disponibile și un stil de viață mai sedentar sunt de obicei acuzate de creșterea uimitoare a obezității, dar genele noastre ar putea face parte din problemă? Acest articol introduce o parte din cercetările actuale asupra geneticii obezității, împreună cu o metodă dezvoltată de proiectul european Xplore Health pentru extracția ADN-ului, primul pas pentru cercetătorii care doresc să identifice posibile „gene grase”.

Extracția ADN-ului ar fi potrivită pentru studenții intermediari (cu vârste cuprinse între 14-16 ani) sau avansați (cu vârsta peste 16 ani) și ar putea fi finalizată într-o singură lecție. Dacă această metodă nu este adecvată studenților sau laboratorului dvs., încercați una dintre cele două metode alternative (bazate pe aceleași principii, dar folosind materiale mai ușor disponibile), folosind mazăre congelată (Madden, 2006) sau kiwi w2. Instrucțiunile pentru activitatea w5 pot fi descărcate și ca fișiere Word sau PDF de pe site-ul Știința în școală.

Subiectul obezității oferă, de asemenea, o modalitate utilă de introducere a cercetărilor genetice actuale și a problemelor etice într-un context despre care studenții sunt susceptibili să aibă o anumită experiență personală și opinii. La urma urmei, câți adolescenți nu le place mâncarea rapidă și lenevirea în fața televizorului? Alte resurse, inclusiv un pachet de dezbateri pentru explorarea în continuare a problemelor, sunt disponibile pe site-ul web Xplore Health w3 .

Definirea obezității

Cineva este considerat obez dacă are un indice de masă corporală (IMC) de 30 sau mai mult. Gama sănătoasă este de 18,5-25. IMC se calculează împărțind greutatea unei persoane în kilograme la pătratul înălțimii sale în metri.

IMC = greutate (kg)
(înălțime (m)) 2

Deși IMC oferă un ghid util, nu permite variații ale structurii și ale compoziției corpului. De exemplu, sportivii care transportă o mulțime de masă musculară ar fi adesea considerați supraponderali dacă ar fi judecați doar pe IMC.

Ce legătură au genele cu asta?

Obezitatea circulă în familii. Asta înseamnă că obezitatea este genetică sau înseamnă doar că familiile împărtășesc obiceiuri alimentare nesănătoase? Poate surprinzător, studiile asupra gemenilor au arătat că obezitatea ar putea fi până la 70% genetică, deoarece frații care au aceleași gene (gemeni identici) au mult mai multe șanse să aibă aceeași formă a corpului decât gemenii neidentici (O'Rahilly și Farooqi, 2006).

Cercetătorii au descoperit o serie de variante genetice (alele) care par a fi asociate cu obezitatea. Unele dintre acestea sunt rare și afectează un număr foarte mic de persoane, în timp ce altele sunt destul de frecvente și cresc riscul de creștere în greutate în rândul unor părți mari ale populației (tabelul 1).

Variante rare ale unei singure gene

Multiple variante de gene comune

Efect asupra greutății corporale

Contează o mulțime de greutate suplimentară la foarte puțini oameni

Contează un pic de greutate suplimentară pentru mulți oameni

Asocierea cu alte afecțiuni clinice

Poate fi asociat cu boli rare, de ex. deficit congenital de leptină, deficit MC4R

Una dintre multele caracteristici umane variate „normale”, dar se poate asocia și cu alte boli comune, de ex. diabet de tip 2

Cum se găsesc acestea?

Studii de gene candidate, studii pe animale, secvențierea exomei

Studii de asociere la nivel de genom

Testarea genetică prenatală și terapia genică

Înțelegerea riscului de îmbolnăvire și adaptarea strategiilor de prevenire a bolilor


Un obez, cu deficit de leptină
mouse (stânga) lângă un normal
mouse (dreapta)
Imagine oferită de SUA
Departamentul Energiei, Stejar
Laboratorul Național Ridge

Gena Ob este o singură variantă de cauză a obezității. Controlează apetitul producând un hormon numit leptină. Persoanele care poartă două copii defecte ale acestei gene nu pot produce leptină și au o dorință constantă de hrană. Persoanele obeze, cu deficit de leptină, tratate cu injecții cu leptină au revenit la o greutate normală. O altă genă care acționează într-un mod similar este gena Mc4r, care face parte dintr-o cale de semnalizare care controlează comportamentul alimentar (O'Rahilly și Farooqi, 2006).

Cu toate acestea, aceste mutații cu o singură genă sunt destul de rare. Au fost identificate câteva alte variante de gene mult mai frecvente care, deși nu sunt o cauză directă a obezității, fac ca purtătorii să aibă o probabilitate mai mare de a se îngrășa. Exemplele includ variante ale genei Fto și genei Tmem18. Studiile au constatat că persoanele cu o copie a variantei „la risc” Fto cântăresc, în medie, cu 1,2 kg mai mult decât persoanele cu alte variante, în timp ce cei cu două copii ale variantei „la risc” cântăresc, în medie, cu 3 kg mai mult.

Deci, oamenii care poartă aceste „gene grase” mai frecvente sunt destinate obezității sau își pot scăpa soarta? Aceste variante genetice predispun pur și simplu oamenii să se îngrașe, dar cu o dietă și un stil de viață sănătos, nu există niciun motiv pentru care purtătorii să nu poată menține o greutate sănătoasă.

Cercetătorii obezității explorează, de asemenea, epigenetica (interacțiunile dintre gene și mediu) și modul în care căile de semnalizare (de exemplu, hormonii și sistemul nervos) din organism afectează metabolismul și comportamentul. Ei speră că printr-o mai bună înțelegere a naturii complexe a poftei de mâncare, a metabolismului și a depozitării grăsimilor, va fi posibil să se dezvolte tratamente sau strategii mai bune pentru controlul consumului de alimente la persoanele care sunt predispuse genetic la obezitate.

Activitatea elevilor: Extragerea propriului ADN

Faceți clic pe imagine pentru a mări.
Imagine oferită de @el taller
interactiv, Parcul Științific al
Barcelona

Materiale

  • Micropipete sau pipete de transfer gradate
    Dacă nu aveți micropipete, puteți utiliza pipete de transfer de plastic de unică folosință calibrate/gradate. Pe aceste pipete „tulpina” este gradată, permițând transferarea volumelor mai mici de 1 ml cu suficientă precizie pentru acest experiment.
  • Bucle de cultură de unică folosință sau tampoane bucale


Imagine oferită de @el taller
interactiv, Parcul Științific al
Barcelona

  • Tub mic Falcon sau eprubetă cu bung sau capac
  • Tuburile Falcon sunt eprubete calibrate cu capace cu șurub. Dacă nu le aveți, folosiți eprubete normale

  • Baie de apă la 40 ° C (opțional)
  • Soluție dezinfectantă
  • Soluție de liză
  • Soluție de proteinază K.
  • Soluție de acetat de sodiu
  • Etanol rece sau alcool izopropilic (frecare) (păstrați-l în congelator până când este necesar)


Imagine oferită de @el taller
interactiv, Parcul Științific al
Barcelona

Metodă

  1. Așezați 1 ml soluție de liză în tubul Falcon sau eprubeta.
  1. Răzuieți energic o buclă sau un tampon în jurul interiorului obrajilor și peste limbă.
  1. Așezați bucla sau tamponul în tamponul de liză și amestecați-l pentru a vă disloca celulele.


Imagine oferită de @el taller
interactiv, Parcul Științific al
Barcelona

  1. Puneți bucla sau tamponul în dezinfectant.
  1. Repetați pașii 2-4 de încă două ori pentru a vă asigura că obțineți o mulțime de celule. Utilizați de fiecare dată o buclă nouă sau un tampon.
  1. Adăugați 20 µl (sau 1 picătură dacă utilizați pipete de transfer) de proteinază K în tub.
  1. Capaceți tubul și inversați-l de câteva ori pentru a amesteca.
  1. Incubați amestecul în baie de apă sau la temperatura camerei timp de 10 min.


Imagine oferită de @el taller
interactiv, Parcul Științific al
Barcelona

  1. Se adaugă 100 sodiu acetat de sodiu.
  1. Capaceți tubul și agitați bine pentru a amesteca.
  1. Se adaugă 3 ml de etanol rece.
  1. Capaceți tubul și inversați-l foarte încet pentru a se amesteca.
  1. ADN-ul dvs. ar trebui să apară ca un precipitat albicios.

Notă de siguranță

Soluțiile pot irita ochii și pielea, așa că purtați o haină de laborator, ochelari de protecție și mănuși. Saliva poate transporta boli; manipulați-vă numai buclele sau tampoanele și puneți obiectele uzate în dezinfectant.

Eliminare: lichidele pot fi turnate pe chiuvetă cu multă apă. Buclele sau tampoanele folosite pot fi plasate în deșeuri normale după dezinfectare timp de 15 minute.

Întrebări pentru discuție

  • Ce înseamnă „liză”? Cum ajută acest lucru să extragă ADN-ul?
  • Tamponul de liză conține un detergent numit SDS. Folosind cunoștințele despre structura celulară, ce crezi că face detergentul?
  • În interiorul celulelor, ADN-ul se găsește strâns înfășurat și legat de o varietate de proteine. Care etapă ajută la eliberarea ADN-ului din proteine?
  • Ce vă spune ultimul pas despre solubilitatea ADN-ului atât în ​​apă sărată, cât și în etanol?
  • Cum ați putea confirma că precipitatul alb este într-adevăr ADN?

Activități de extindere

  • Comparați această metodă de extragere a ADN-ului cu metodele mai simple folosind mazărea congelată (Madden, 2006) sau kiwi w2. În ce se deosebesc? Care funcționează cel mai bine? Puteți explica de ce? Puteți afla care metodă este cea mai apropiată de metoda pe care o folosesc geneticienii profesioniști?
  • Simpla extragere a ADN-ului cuiva nu este suficientă pentru a spune dacă are o predispoziție pentru obezitate. Ce alte teste ar mai trebui făcute? Aflați mai multe despre tehnicile utilizate în cercetarea genetică.
  • În multe țări, părinții care suferă de afecțiuni genetice grave, cum ar fi fibroza chistică sau hemofilia, pot opta pentru diagnosticarea genetică pre-implantare pentru a evita copiii care poartă boala. Credeți că această procedură ar trebui să fie disponibilă pentru părinții care au predispoziție genetică pentru obezitate? Colegii tăi sunt de acord cu tine?

De ce există atât de multe metode diferite de extracție a ADN-ului?

Aceasta este doar una dintre multele metode publicate pentru extragerea ADN-ului din celule (de exemplu, Madden, 2006 și site-ul web N2 Scientists w2). Acestea variază de la cele foarte simple (folosind lichid de spălat și sare de masă) la metode care utilizează substanțe chimice mai familiare biologilor moleculari. Principiile de extracție sunt aceleași în toate cazurile: se folosește un detergent pentru a sparge membranele celulare, se adaugă o enzimă pentru a digera proteinele care mențin ADN-ul strâns înfășurat și apoi se adaugă sare și alcool rece pentru a crea condiții în care ADN-ul este insolubil.

Principala diferență este că, cu cât metoda este mai avansată, cu atât ADN-ul rezultat va fi mai pur. De exemplu, în cea mai simplă metodă, o mulțime de pectină este amestecată cu ADN-ul. În mod clar, cercetătorii în materie de obezitate și alți biologi moleculari au nevoie ca probele lor să fie cât mai pure posibil.

Aprovizionarea și pregătirea reactivilor

Soluție de liză (50 ml)

  1. Pregătiți soluție salină tris-tamponată (TBS) conform instrucțiunilor producătorului sau rețetei standard.
    TBS poate fi achiziționat ca o soluție gata făcută, sub formă de tablete sau alcătuit de la zero w4 .

Notă de siguranță

Se recomandă o soluție gata preparată de dodecil sulfat de sodiu (SDS), deoarece SDS sub formă de pulbere este dăunătoare dacă este inhalat. Dacă se folosește SDS sub formă de pulbere, profesorul trebuie să pregătească soluția, purtând o mască și folosind hota de fum. A se vedea, de asemenea, nota generală de siguranță Știință în școală.

  1. Dacă utilizați o soluție SDS 10% gata, adăugați 5 ml SDS la 45 ml TBS.
  2. Dacă utilizați SDS sub formă de pulbere, dizolvați 0,5 g în 50 ml TBS.
  3. A se păstra la frigider până când este necesar.

Soluție 3 M de acetat de sodiu (pentru 50 ml)

  1. Se dizolvă 12,3 g acetat de sodiu anhidru în 50 ml apă distilată.
  2. Se adaugă HCI diluat pentru a se regla la pH 5,2.
  3. A se păstra la frigider până când este necesar.

Proteinaza K (100 μg/ml)

  1. Se dizolvă 1 mg proteină K în 10 ml soluție salină tris-tamponată.
    Este necesară doar o cantitate foarte mică de enzimă, deci este posibil să doriți să alcătuiți un volum mai mic dacă aveți un echilibru suficient de precis. Pur și simplu ajustați cantitățile în consecință.
  2. A se păstra la congelator până când este necesar.

Soluție dezinfectantă

Dezinfectanții potriviți includ soluție de hipoclorit de sodiu 0,015 M, soluție 1% Virkon® sau înălbitor de uz casnic 5%. După înmuiere timp de cel puțin 15 minute, buclele pot fi transferate într-o pungă de plastic (purtați mănuși) și aruncate cu deșeuri normale.

Pentru a vă ajuta să găsiți reactivii necesari, o listă cu numerele de produse pentru Sigma-Aldrich este prezentată în tabelul 2. Cu toate acestea, le veți putea obține și de la alți furnizori.

Numărul produsului Sigma-Aldrich

Referințe

  • Krotscheck F (2010) Utilizarea științei de ultimă oră în programa: echilibrarea greutății corporale. Știința în școală16: 19-26.
  • Madden D (2006) Discovering DNA. Știința în școală1: 34-36.
  • O'Rahilly S, Farooqi IS (2006) Genetica obezității. Tranzacții filozofice ale Societății Regale din Știința biologică din Londra361 (1471): 1095-1105. doi: 10.1098/rstb.2006.1850

Referințe web

  • w1 - Fișa informativă a Organizației Mondiale a Sănătății nr. 311 Obezitate și supraponderalitate este disponibilă pe site-ul web al OMS.
  • w2 - O metodă simplă de extracție a ADN-ului care folosește fructe de kiwi și nu necesită produse chimice sau echipamente de specialitate poate fi găsită pe site-ul Naked Scientists.
  • w3 - Puteți descărca metoda de extracție a ADN-ului detaliată în acest articol, precum și idei de lecții, jocuri și videoclipuri legate de obezitate și alte subiecte de științe ale sănătății pe site-ul web Xplore Health. Site-ul și majoritatea resurselor sunt disponibile în engleză, spaniolă, franceză, poloneză și catalană. Xplore Health este un proiect european de educație realizat de oameni de știință, educatori, centre științifice și muzee. Oferă tinerilor experiențe multimedia inovatoare și experiențe practice despre științe de sănătate de ultimă generație, pentru a acoperi decalajul dintre cercetare și educație.

    Pentru a afla mai multe despre obezitate, cauzele, consecințele și tratamentul acesteia, precum și aspectele etice, legale și sociale asociate obezității, descărcați informațiile de bază pentru educatori, O criză a grăsimii? (disponibil în engleză, franceză, poloneză și spaniolă), de pe site-ul web Xplore Health.

    Resurse

      Experimentul a fost dezvoltat pentru proiectul Xplore Health cu ajutorul oamenilor de știință de la Institutul de Cercetare în Biomedicină din Barcelona, ​​Spania. Pentru a afla mai multe despre cercetare, consultați pagina web a patologiei moleculare și a terapiei în grupul de cercetare a bolilor eterogene și poligenice sau citiți unul dintre articolele originale de cercetare:

  • O animație a procesului de extracție a ADN-ului este disponibilă pe site-ul Learn Genetics al Universității din Utah.
  • Fișa informativă despre genetică și obezitate poate fi descărcată de pe site-ul web al Centrului Național de Educație și Dezvoltare în Genetică din Marea Britanie.

Autor

Sarah McLusky este un scriitor independent, editor și consultant în domeniul educației. De asemenea, predă biochimie la Newcastle College, Marea Britanie.

Rosina Malagrida are o diplomă în chimie la Universitatea din Barcelona, ​​Spania și un master în comunicare științifică la Imperial College London, Marea Britanie. Este specializată în activități de educație non-formală, bazate în principal pe cercetarea în domeniul sănătății. În prezent, este șefa Centrului de implicare publică în cercetarea sănătății de la Irsi Caixa din Barcelona, ​​unde coordonează portalul educațional european Xplore Health w3. Rosina a lucrat anterior la Barcelona Science Park și la muzeele științifice din Londra și Barcelona, ​​dezvoltând expoziții, ateliere experimentale, târguri și dezbateri pentru a reduce decalajul dintre cercetare și societate.

Lorena Valverde deține o diplomă în biologie la Universitatea din Barcelona, ​​Spania și un master în imunologie la Universitatea din Barcelona și Universitatea Autonomă din Barcelona. Lorena face în prezent un doctorat în biomedicină și lucrează ca profesor la Universitatea din Barcelona. A colaborat cu Xplore Health, oferind ateliere experimentale pentru studenți și publicul larg la Parcul Științific din Barcelona.