Progetto: Uguali e unici: IL dna per ricostruire le nostre origini antiche Premessa



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01.06.2018
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Progetto:

Uguali e unici: il DNA per ricostruire le nostre origini antiche

Premessa

Il cuore del progetto consiste in un’attività didattica concepita per il quinto anno del Liceo Scientifico. Nell’ambito del tema delle biotecnologie si è ritenuto interessante proporre un approfondimento sull’analisi del DNA mitocondriale. Avendo contatti con la Dott.ssa Anna Olivieri dell’Università di Pavia, esperta nel settore, si è pensato di svolgere un’attività di laboratorio consistente nell’estrazione del DNA da tampone buccale e nell’analisi di alcune porzioni del DNA mitocondriale degli studenti e dei docenti coinvolti nel progetto. Lo studio del DNA mitocondriale permette, data la sua modalità di trasmissione uniparentale materna, di conoscere alcuni aspetti delle proprie origini, in particolare per quello che riguarda la “linea femminile” 1. La genetica di popolazione, cioè lo studio delle varianti genetiche che differenziano fra loro le popolazioni umane di tutto il mondo, oltre ad avvicinare gli studenti ad alcune delle tecniche base della biologia molecolare e alla ricerca scientifica in generale, va a intrecciarsi con aspetti della Storia più o meno recente della nostra specie e tocca argomenti attuali di Politica e convivenza sociale. Si ritiene pertanto che i risultati del lavoro e le considerazioni derivatene possano essere estremamente formativi per le classi quinte di un Liceo Scientifico e possano al contempo essere proposti anche all’esterno dell’Istituto ovvero, in particolare, alla cittadinanza.



Obiettivi

  • Far apprendere agli studenti, anche con attività pratica di laboratorio, alcune tecniche di biotecnologia e biologia molecolare. 2




  • Far apprendere come si possono ricostruire la storia genetica degli antenati femminili e gli spostamenti antichi delle Donne attraverso le varie regioni del mondo e i continenti.




  • Far riflettere sui risultati dell’indagine: questi studi, come da anni confermato più volte, portano alla conclusione dell’inesistenza delle “razze” umane, togliendo qualsiasi motivazione alle teorie razziste che negli ultimi tempi si sono purtroppo rinvigorite. 3




  • Stimolare il confronto fra posizioni essenzialistiche e posizioni nominalistiche in merito alle classificazioni, alle categorie e ai generi, posizioni dalle quali discendono etiche diverse e modelli valutativi, oltre che comportamentali, differenti tra i quali oggi, sempre più frequentemente, ci troviamo costretti a scegliere.




  • Far conoscere anche ad altre classi dell’Istituto e alla cittadinanza i risultati della ricerca e le considerazioni eventualmente emerse dall’attività.

Attori e destinatari

Saranno impegnate attivamente le due classi V Scientifico; in particolare il piccolo gruppo che segue la curvatura “Scienze applicate”, dopo alcuni incontri iniziali con l’esperta dott.ssa Anna Olivieri, potrà fungere da gruppo tutor rispetto agli altri allievi che seguono il percorso tradizionale, nello svolgimento delle attività pratiche. Il lavoro sarà seguito dal docente di Scienze Naturali, il sottoscritto, Enrico Maria Gliozzi. Terminata l’attività pratica di laboratorio i risultati relativi ai singoli verranno commentati individualmente, mentre si cercherà di dare una spiegazione ed un’interpretazione ai dati complessivi. I risultati e le discussioni su di essi potranno essere presi in esame anche in modo interdisciplinare, coinvolgendo direttamente altri docenti. In particolare, si è pensato da un lato agli insegnanti dell’ambito storico-filosofico, Marco Beccaria e Sabrina Gallinari, i quali, prendendo le mosse da una riflessione sulle varie leggi razziali novecentesche e sull’insussistenza di un’effettiva base scientifica per il razzismo, potranno promuovere una discussione sulla possibile arbitrarietà e convenzionalità delle classificazioni in generi e specie 4. Dall’altro lato, i docenti di Fisica, Mariacristina Ceruti e Daniela Fedeli, potranno proporre approfondimenti riguardanti il dialogo tra scienza e tecnologia, alla sua influenza positiva e negativa sul comportamento e sull’evoluzione della società. Data la particolarità e, per il nostro Istituto, la novità di questo lavoro si ritiene che possa essere interessante illustrare l’attività ad altre classi del Polo e alla cittadinanza.



Fasi e tempi

L’attività di laboratorio prevede le seguenti fasi:



  1. Attività preliminare di laboratorio di 2 ore con il gruppetto di “Scienze applicate” con l’obiettivo di familiarizzare con le tecniche base e gli strumenti di analisi genetica.

  2. Attività di laboratorio di 5 ore. Durante tale attività sarà chiesto ai ragazzi (previa firma di un tutore maggiorenne di un consenso informato) di ottenere un campione biologico della loro saliva e di cellule della mucosa buccale mediante strofinamento (per circa 30 secondi) di un tampone buccale (un comune cotton fioc sterile) all’interno del cavo orale. Questo campione verrà utilizzato dai ragazzi stessi per estrarre il loro DNA, ciascuno il proprio, mediante kit NucleoSpin Tissue - Macherey- Nagel, basato su un protocollo di estrazione salina, con uso di sole sostanze innocue. Il DNA estratto verrà prima quantificato mediante uso di un fluorimetro (Quantus™ Fluorometer – Promega) e poi amplificato mediante PCR. L’amplificazione riguarderà una porzione non codificante del DNA mitocondriale (della lunghezza di circa 800 basi), denominata regione di controllo o D-loop, molto informativa dal punto di vista popolazionistico, in quanto ipervariabile, cioè quasi sempre diversa in individui non imparentati fra di loro per via materna.

  3. Fase presso l’Università di Pavia. Durante tale fase la dott.ssa Olivieri procederà con la verifica dell’avvenuta amplificazione del tratto di DNA in esame, con la purificazione enzimatica e la reazione di sequenziamento (effettuata in out-sourcing presso la ditta BMR Genomics di Padova).

  4. Fase di discussione dei risultati ottenuti: in tale fase della durata di circa 2 ore per classe, la dott.ssa Olivieri discuterà con i ragazzi dei risultati ottenuti. Ciascun partecipante potrà conoscere il suo “aplotipo”, ovvero, il proprio set specifico di mutazioni (varianti/differenze) rispetto alla sequenza di riferimento internazionale. Tale aplotipo servirà per classificare ciascun partecipante in un aplogruppo; la storia genetica specifica di ogni aplogruppo individuato nella classe sarà esposta all’intero gruppo. Inoltre, le mutazioni specifiche di ogni partecipante verranno cercate in un ampio Data Base (archivio), che comprende più di 38000 sequenze di DNA mitocondriali provenienti da tutto il mondo, per restituire l’informazione di quali altri individui nel mondo mostrino un set di mutazioni simili a quelle dei ragazzi, per dire loro da quale/i popolazione/i provenga un loro antenato comune sulla linea femminile.

A queste fasi, legate ad aspetti più prettamente scientifici, seguiranno quelle di riflessione e discussione sui risultati.

  1. Coinvolgimento dei docenti di Storia e Filosofia delle due classi per cogliere e approfondire gli aspetti storici, filosofici e culturali dell’argomento e collaborazione con i docenti di fisica per l’analisi della relazione tra progresso scientifico e società.

  2. Organizzazione di un evento pubblico, aperto alle altre classi e alla cittadinanza, allo scopo di presentare il lavoro svolto, con descrizione dell'esperimento, commento dei risultati e discussione degli elementi emersi dall’esperienza nel suo complesso e dalla riflessione interdisciplinare.

Le prime attività con il gruppo ristretto di “Scienze applicate” potrebbero già svolgersi nel mese di novembre. In dicembre si pensa di poter iniziare nelle due classi lo studio della parte teorica sulle biotecnologie e in gennaio (o al massimo all’inizio di febbraio) si potrebbe svolgere la fase pratica (raccolta campioni e loro analisi). In primavera infine si potrebbe organizzare l’incontro pubblico.

Mentre le parti teoriche verranno trattate per lo più durante l’orario di lezione di Scienze, le fasi più pratiche, richiedendo tempi prolungati, andranno a impegnare due ore per il gruppo ristretto della curvatura “Scienze applicate” (fase 1); una mattina intera (fase 2) e altre due ore per ogni classe (fase 4).



Costi e finanziamenti
La dott.ssa Olivieri svolgerebbe l’attività a titolo gratuito. Sarebbe inoltre disposta a utilizzare attrezzature dell’Università non presenti nei nostri laboratori (nello specifico pipette di vari volumi, mini centrifuga da bancone, guanti sterili, fluorimetro e termociclatore per analisi PCR) senza costi per il nostro Istituto. Tuttavia, dato il costo vivo dei reagenti e delle analisi di sequenziamento, ogni test verrebbe a costare mediamente ca. 20 €, per un totale di ca. 1000 €. Una parte dei test potrebbero essere svolti gratuitamente, ma sarebbe opportuno prevedere un rimborso spese almeno parziale.

Connessioni, interdisciplinarietà
Durante la discussione dei risultati del progetto si rifletterà su come la ricerca svolta identifichi la società del futuro come una comunità globale inclusiva, culturalmente diversificata in cui le persone che parlano lingue diverse, osservano religioni e confessioni diverse e che, possibilmente, sono portatori di geni diversi possano vivere insieme pacificamente. La genetica e la genomica di popolazione hanno la prerogativa di essere scienze interdisciplinari, in grado di mettere insieme discipline come archeologia, antropologia, linguistica e storiografia. Specialmente i risultati che riguardano l'origine dell'Uomo e le migrazioni antiche e/o recenti che hanno portato la nostra specie a colonizzare il mondo sono una fonte continua di arricchimento culturale. Nelle ultime decadi, la genetica umana ha gettato le basi scientifiche per smentire concetti come quello di razza, razzismo e diversità fra i popoli, elevando la scienza a un ruolo di moderno strumento di diffusione di idee di integrazione e globalizzazione, nel rispetto delle diversità culturali delle popolazioni.

Criteri di valutazione
Fra i criteri di valutazione del progetto poniamo la risonanza e la visibilità che il progetto avrà sia all’interno della scuola (pubblicazione della ricerca sul giornale scolastico, sviluppo di una visione interdisciplinare delle conoscenze, punto di partenza per la stesura di percorsi interdisciplinari) sia nella comunità locale (conferenze, discussione dei risultati con la cittadinanza locale, pubblicazione della ricerca sui giornali locali).


Bibliografia:

Barbujani, G. L' invenzione delle razze. Capire la biodiversità umana. Edizioni Bompiani. 2006.

Barbujani, G., Cheli, P. Sono razzista, ma sto cercando di smettere. Editrice Laterza. 2010.

Barbujani G, Colonna V. 2010. Human genome diversity: frequently asked questions. Trends Genet. 26(7): 285-95.

Cavalli Sforza, L.L., Cavalli Sforza, F., Chi siamo. La storia della diversità umana, Milano, Arnoldo Mondadori, 1993

Cavalli Sforza, L.L., Menozzi, P., Piazza, A.. Storia e geografia dei geni umani. Editrice Adelphi 2000.

Gould, S. J., Intelligenza e pregiudizio, Roma, Editori Riuniti, 1991.

Soares P, Achilli A, Semino O, Davies W, Macaulay V, Bandelt HJ, Torroni A, and Richards MB. 2010. The archaeogenetics of Europe. Curr Biol 20(4): R174-183.

Torroni A, Achilli A, Macaulay V, Richards M, and Bandelt HJ. 2006. Harvesting the fruit of the human mtDNA tree. Trends Genet 22(6): 339-345.


1 Il DNA mitocondriale: una prospettiva al femminile dell’evoluzione umana.

Nella cellula umana quasi tutti i geni (circa 25.000) sono confinati nel nucleo in duplice copia e sono trasmessi in parti uguali dai genitori secondo le leggi di Mendel. I 37 geni del DNA mitocondriale (mtDNA) si trovano, invece, nei mitocondri, organizzati in una piccola molecola di DNA circolare (lunga circa 17.000 coppie di basi). Questa molecola è presente in ogni cellula in centinaia o migliaia di copie ed è trasmessa esclusivamente dalla madre. Il DNA mitocondriale umano è inoltre caratterizzato da un più elevato tasso evolutivo che è 10 – 20 volte quello dei geni del nucleo. Perciò, la sua variazione di sequenza si è generata lungo linee di radiazione materna esclusivamente per l’accumulo sequenziale di nuove mutazioni. Questo significa che l’mtDNA umano è un archivio molecolare della storia e delle migrazioni delle donne che lo hanno trasmesso alle generazioni successive. Poiché questo processo di differenziazione molecolare è relativamente veloce e ha avuto luogo principalmente durante e dopo il recente processo di colonizzazione e diffusione dell’Uomo moderno in diverse regioni e continenti, i diversi rami (aplogruppi) dell’albero evolutivo mitocondriale tendono a essere circoscritti a differenti aree geografiche e a differenti popolazioni umane. Quindi studiando quante e quali mutazioni caratterizzano un individuo si può risalire alla storia genetica dei suoi antenati femminili: il numero di mutazioni che separano due individui è indice della distanza temporale che li separa dall’antenata comune, mentre l’analisi degli aplogruppi permette di ricostruire gli spostamenti antichi dell’Uomo, o meglio delle Donne, attraverso i continenti e le varie regioni del mondo.



2 Fra gli obiettivi pratici poniamo l’apprendimento di I) tecniche base di estrazione del DNA da un campione biologico (nella fattispecie un campione di saliva e cellule della mucosa buccale estratto mediante tampone buccale); II) amplificazione del DNA estratto mediante PCR (polimerase chain reaction); III) sequenziamento di un tratto di DNA ed analisi delle sequenze ottenute. I punti I e II verranno svolti dai ragazzi presso l’Istituto “A. Volta” di Castel San Giovanni, mentre il punto III verrà svolto presso l’Università di Pavia, con discussione dei risultati in classe.


3 In particolar modo, l’attività permetterà di acquisire concetti importanti sull’evoluzione di Homo sapiens e sull’origine delle moderne popolazioni umane. Questo permetterà di discutere con i ragazzi sul concetto di “diverso” e di “straniero” e di come la scienza e in particolare la genetica possano aiutare a far crollare preconcetti culturali, razziali e persino religiosi/ideologici.


4 La difficoltà riscontrata dalla burocrazia nazista, così come dai vari scienziati della razza e dai propagandisti antisemiti, nell’individuazione di una definizione precisa di “ebreo”, oltre a dimostrare l’impossibilità di cogliere l’essenza della realtà (soprattutto attraverso elementi biologici), induce a riflettere sulla tradizionale, ma sempre attuale, questione relativa al valore delle classificazioni e delle categorie universali, sul loro carattere convenzionale e strumentale.




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