Diabetes øvelser i Det Virtuelle Laboratorium

Få et indblik i, hvordan diabetes påvirker kroppen, samt hvordan sygdommen kan diagnosticeres og behandles, ved at se på teorien fra flere forskellige vinkler. Denne underside vil være centreret omkring bioteknologiske øvelser i Det Virtuelle Laboratorium. Før I går i laboratoriet, er det selvfølgelig vigtigt, at I forstår den bagvedliggende teori. Projektet er inddelt i tre dele, som hver indeholder en øvelse samt en række underelementer, herunder teori, quiz, databehandling m.m. 

Lærere bør se både lærevejledningen til Det Virtuelle Laboratorium og lærevejledningen til forløbet.

Del 1: Genetisk test for forøget diabetesrisiko

Gensekventering kan benyttes til at diagnosticere diabetes. En mutation i HNF1A-genet forårsager ofte den sjældne diabetesform MODY, da genet koder for en faktor, som er essentiel for transskriptionen, og derved regulerer lever- og pankreasgener. Et defekt HNF1A-gen medfører lavere insulinniveau og dermed diabetes. En enkel metode til at påvise kendte mutationer er at oprense DNA, opformere genet med PCR og detektere det ved hjælp af gelelektroforese. I denne øvelse skal I diagnosticere en mus ved hjælp af denne metode. Metoden kan også anvendes til at teste mennesker for mange sygdomme.

Teoretisk materiale

• Afsnittet “Bugspytkirtlen” i Diabetes, fysiologi og anatomi – Biotech Academy
• Afsnittet “Glykogen og glykogenmetabolisme” i Funktionen af glukose i kroppen – Biotech Academy
• Afsnittet “Insulinudskillelse og blodsukkerregulering” i Hormoner, insulin og blodsukkerregulering – Biotech Academy
• Afsnittet “Insulins effekt på kroppens celler” i Hormoner, insulin og blodsukkerregulering – Biotech Academy

Instrumenter og teknikker

• En centrifuge bruger centrifugalkraft til at adskille stoffer i en væske efter deres massefylde. En prøve i et eppendorfrør placeres i centrifugen sammen med en modvægt for at skabe balance og undgå farlige vibrationer. Når centrifugen kører, presser den tunge partikler mod bunden af røret, mens lettere stoffer bliver øverst. På den måde kan man f.eks. udskille DNA eller celler fra en opløsning.
• Gelelektroforese bruges til at adskille DNA eller proteiner efter størrelse i en gel. DNA, som er negativt ladet, bevæger sig mod den positive pol, når der tilsluttes strøm. Korte DNA-stykker bevæger sig hurtigere gennem gelen end lange, så de sorteres i bånd efter længde.

• PCR (Polymerase Chain Reaction) er en metode til at kopiere DNA hurtigt og præcist. Teknikken bruger enzymet DNA-polymerase og to primere, som markerer det DNA-stykke, der skal kopieres. Hver cyklus består af tre trin: Opvarmning til 95 °C (DNA-strengene skilles), nedkøling til ca. 60 °C (primerne binder til DNA’et) og elongering ved 72 °C (DNA-polymerase danner nye strenge). Efter ca. 30 cyklusser har man millioner af kopier af det ønskede DNA.

Nu skal du i gang med det praktiske. Start med quizzen, derefter læs øvelsesvejledningen igennem og udfyld flowchartet inden du laver øvelsen.

Rapportering 

1. I en af banerne var der et bånd der lyste tydeligt op. Hvad indikerer dette bånd og hvilken mus tilhørte den?
2. Den undersøgte punktmutation ændrer blandt andet GAA til TAA i DNA-sekvensen. Hvorfor resulterer denne ændring i et ikke-funktionelt protein? 
3. Hvorfor vil et knockout af en transkriptionsfaktor der initierer transkriptionen af insulin medfører diabetes?

Del 2: Insulinfølsomhed

Teoretisk materiale

• Alle afsnit i Typer af diabetes – Biotech Academy

Instrumenter og teknikker

• Blodprøver er blod udtaget fra en vene, som fører blod tilbage til hjertet, og kan undersøges for salte, enzymer, hormoner, proteiner, celletyper og genetisk materiale. Blodet består af celler (røde og hvide blodlegemer samt blodplader), plasma (væsken med vand, sukker, salte, enzymer og koagulationsfaktorer) og serum (den del af plasma, der ikke størkner).

• Blodsukker måles med et glukosemeter, som bruger en glukosestick indeholdende enzymet glukoseoxidase. Enzymet omdanner glukose i blodet til glukonolaktone, hvilket skaber en elektrisk strøm. Glukosemetret måler strømmen og omregner den til blodets glukosekoncentration

• En vortex bruges til at blande væsker, forhindre celleklumpning og resuspendere bundfald efter centrifugering. For kraftig vortex kan dog skade nogle celler.

Nu skal du i gang med det praktiske. Start med quizzen, derefter læs øvelsesvejledningen igennem og svar på spørgsmålene herunder inden du laver øvelsen.

1. Hvorfor kan det være en god idé at anvende vortex?
2. Hvorfor er det vigtigt at skifte til en ny kanyle hver gang man tager en ny blodprøve? 
3. Hvis man giver musen 20 ml af den koncentrerede sukkeropløsning. Hvad er stofmængden så? 
4. Såfremt man skal overføre 50 μl, hvor mange ml svarer dette til? 
5. Og hvilken Gilson pipette vil du anvende: 20, 100 eller 1000? 

Databehandling og rapportering

Del 2.a: 

1. Hvad er forskellen på insulin- og glukoseniveau mellem den raske og syge mus og hvorfor? 
2. Antag at musen har fastet og grænseværdierne for at diagnosticere mus for diabetiske er de samme som for mennesker. Kan du på baggrund af blodprøverne konkludere om musene er diabetiske? 
3. Hvorfor er glukose- og insulinkoncentrationen omvendt proportionale? 

Del 2.b: Indsæt data fra øvelsesdel 2.b. Redegør for kurvernes forløb og forklar forskellene mellem dem. Diskuter for eksempel, hvorfor blodsukkeret er forskelligt ved starten, og hvorfor det falder hurtigere hos den raske mus.

Del 2.c:  Indsæt data fra øvelsesdel 2.c i Excel-skabelonen. Redegør for kurvernes forløb og forklar forskellene mellem dem. Diskuter, hvilken mus der kræver mest glukose for at opretholde en blodsukkerkoncentration på 5 mmol/L, og forklar hvorfor.

Del 3: Insulinproduktion

Teoretisk materiale

• Afsnittet “Type 1 diabetes” i Behandling af diabetes – Biotech Academy
• Afsnittet “Type 2 diabetes” i Behandling af diabetes – Biotech Academy

Instrumenter og teknikker

• Ved at indsætte et gen for et ønsket stof (f.eks. insulin) i en mikroorganisme med genteknologi, kan mikroorganismen producere stoffet og fungere som en cellefabrik. Denne teknik gør det muligt at fremstille store mængder værdifulde stoffer billigt og miljøvenligt.

• Fermentering er den proces, hvor man dyrker mikroorganismer som cellefabrikker for at få dem til at producere et stof, f.eks. insulin. Mikroorganismerne dyrkes i en lukket tank (fermentor), hvor man styrer forhold som pH, temperatur, luft og næring, så cellerne vokser og producerer mest muligt.

Figur 1: Oversigt over nødvendige, regulerende dele for gen-ekspression.

Nu skal du i gang med det praktiske. Start med quizzen, derefter læs øvelsesvejledningen igennem og udfyld flowchartet inden du laver øvelsen .

Databehandling og rapportering

1. Hvorfor er man interesseret i at have høj biomasse (udover at have høj produktkoncentration)?
2. Hvilket substrat kunne man forestille sig der blev brugt i denne process?
3. Hvilke vækstbetingelser vist sig at være bedst for produktion?
4. Hvilken reaktion forventes at se i musens blodsukker såfremt det producere insulin virker og hvorfor?
5. Stemte dette overens med hvad i observerede i det virtuelle laboratorie?
6. Nævn tre andre organismer der kan bruges som produktionsorganismer ud over gær.
7. Nævn tre andre værdifulde stoffer i kunne forestille jer kunne produceres ved denne metode.

Socrative

Alle quizzer kan også gennemføres på Socrative som alternativ til almindelig papirform. Se lærevejledningen for yderligere information.

Kahoot!

• Enter Game PIN – Kahoot!

Kildehenvisning

Undersiden er udarbejdet af Niklas Ladegaard Andersen og Gustav Kjær Lindved i 2017, sponsoreret af Danish Diabetes Academy og støttet af Region Syddanmark. Materialet er efterfølgende blevet opdateret af Victoria Francke i 2025.