Тема 10. ІННОВАЦІЇ

матеріал 33

203. Генетична інженерія.

Матеріал

Для вчителя

Для учня

Завантажити матеріал (PDF)

Урок №203. Генетична інженерія. Введення в ідею цілеспрямованих змін генетичного матеріалу, історія, приклади застосувань, суспільні та етичні наслідки.

Очікувані результати навчання:

Пояснює принципи генетичної інженерії та наводить приклади її застосувань у медицині, сільському господарстві та промисловості – [12 ПРО 3.4.1-1]
Знаходить, оцінює та систематизує надійну наукову інформацію про методи редагування геному і використовує її для обґрунтування висновків – [12 ПРО 2.1.1]
Розрізняє наукові аргументи й псевдонаукові твердження щодо ГМО та технологій редагування геному – [12 ПРО 4.1.1-2]
Оцінює ризики, безпекові та етичні аспекти застосування генетичної інженерії і пропонує заходи для мінімізації цих ризиків – [12 ПРО 1.3.1-2 П]
Формулює обґрунтовані висновки за результатами опрацьованих даних та презентує їх у доступній формі – [12 ПРО 1.5.2]
Виявляє емоційно-ціннісне ставлення до внеску вчених, винахідників і підприємців у розвиток науки – [12 ПРО 3.4.2]

Місце уроку в темі: Цей урок – зустріч з темою генетичних модифікацій. Дає учням науково-когнітивну базу і ціннісну орієнтацію для подальшого глибшого розгляду в наступному уроці.

Проблема уроку: Як генетична інженерія змінила медицину, сільське господарство та індустрію?
Які ціннісні, етичні й безпекові питання це породжує?

Цілі сталого розвитку:

Які цілі сталого розвитку опрацьовуємо на уроці:

ЦСР 3. Міцне здоров’я і благополуччя
ЦСР 2. Подолання голоду
ЦСР 9. Інновації та інфраструктура
ЦСР 12. Відповідальне споживання і виробництво

Ключові слова: генетична інженерія, рекомбінантна ДНК, трансгенні організми (ГМО), біотехнологія, CRISPR, біоетика, біобезпека, інновації

План уроку:

Мотивація (5 хв)
Теоретичний блок (10 хв)
Життєва ситуація (15 хв)
Самостійна практика (10 хв)
Рефлексія (5 хв).
Додаткові джерела (після уроку).

Очікувані результати для учнівства:

Я пояснюю базові принципи генетичної інженерії та називаю принаймні три її практичні застосунки (медицина, сільське господарство, промислова біотехнологія).
Я аналізую позитивні ефекти та потенційні ризики конкретного кейсу (наприклад: рекомбінантний інсулін або ГМ-культура) з огляду на науку, суспільство та економіку.
Я виявляю емоційно-ціннісне ставлення до внеску науковців, винахідників і підприємців у розвиток людства – можу обґрунтувати, чому інновації заслуговують на вдячність, але потребують відповідальної регуляції.

Очікувані результати для вчителя:

Учнівство усвідомило і може чітко сформулювати основні поняття генетичної інженерії та приклади її застосувань.
Учнівство вміє критично порівнювати переваги й ризики одного прикладу застосування (на рівні аргументів «за» і «проти») та будувати обґрунтовану позицію.
Учнівство виявило емоційно-ціннісну рефлексію щодо ролі науковців і підприємців у прогресі, показавши здатність співчувати, оцінювати вклад і формулювати питання етики/відповідальності.

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 2 хвилин

Мотивація:

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 5 хв.
🎯 Мета:

Викликати інтерес і здивування учнів прикладами реальних успіхів генетичної інженерії.

Показати, що ця тема поєднує науку, етику та наше майбутнє.

Поставити перші запитання, які стануть основою критичного мислення протягом уроку.

🛠 Як провести:

Почніть з історії про перший рекомбінантний інсулін (коротко, емоційно, без складних термінів).

Покажіть фото «золотого рису» та поясніть, яку проблему він вирішує.

На зображенні лабораторного редагування ДНК підкресліть, що це – сучасна наука в дії, яка потребує великої відповідальності.

Запропонуйте учням обговорити наведенні питання в парах, а потім попросіть 2–3 групи озвучити свої думки.

❓ Запитання для дискусії:

Чому історія з інсуліном змінила ставлення до біотехнологій?

Які емоції у вас викликає ідея змінювати ДНК живих організмів?

Чи є межа, за яку науковці не повинні заходити?

Як ГМО зробило життя – кращим?

Уявіть: лікарня, кінець 1970-х. У палаті – хлопчик з важким діабетом. Його життя залежить від інсуліну, який на той час отримували з підшлункових залоз свиней та великої рогатої худоби. Це дорого, боляче та не завжди безпечно. А потім група вчених у Каліфорнії вперше використала бактерію, щоб та виробляла людський інсулін. Це врятувало мільйони життів – і стало першим великим проривом генетичної інженерії.

Рис. 1. Флакон рекомбінантного інсуліну – ліки, створені завдяки генетично модифікованим бактеріям.
Джерело: WhatIsBiotechnology

Тепер уявіть, що кукурудза в полі стійка до комах-шкідників без застосування хімічних пестицидів, а рис додатково містить вітамін А, щоб рятувати дітей від можливої «курячої сліпоти» в країнах, де цей дефіцит є поширеним явищем. Це не фантастичні історії, а справжні досягнення сучасної науки на сьогоднішній день.

Рис. 2. Звичайний і «золотий рис» – сорт, збагачений провітаміном А.
Джерело: Wikimedia

Генетична інженерія змінює медицину, сільське господарство, здійснює вплив екологію та навіть майбутнє видів, які ми ще можемо врятувати від вимирання.

Рис. 3. Вчений у лабораторії, ка працює з технологією CRISPR. Джерело: Stanford

Але є й інший бік – що буде, якщо генетичні зміни вийдуть за межі лабораторії без контролю?
Як гарантувати, що інновації працюватимуть на благо, а не на шкоду?

Відео для натхнення у вільний час: «How CRISPR lets us edit our DNA» (TED, ~5 хв)
– історія про те, як інструменти редагування геному можуть змінити світ.

Відео

Обговоріть у парах:

Чи довіряєте ви технологіям, які змінюють живі організми?
Що для вас важливіше – швидкий науковий прогрес чи повна безпека?
Кому належить вирішувати, які генетичні зміни дозволені, а які ні?

Тобі може знадобитися:

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 10 хв.
🎯 Мета:

Ознайомити учнів з основними інструментами генетичної інженерії.

Показати, що технології вже активно використовуються у медицині, сільському господарстві та науці.

Підготувати учнів до розуміння прикладів із реального життя, які розглядатимуться у наступних блоках.

🛠 Як провести:

Для кожної технології поставте учням запитання «А як би ви використали це у світі майбутнього?».

Порівняйте точність CRISPR із точністю «редагування тексту в документі» – це легко зрозуміє навіть той, хто далекий від біології.

❓ Питання для обговорення:

Які ризики можуть виникнути при застосуванні CRISPR?

Чи варто змінювати гени майбутніх поколінь?

Як би ви використали плазміди, якби були біоінженером?

Сучасна генетична інженерія – це як високоточний інструмент у руках науковців, що дозволяє змінювати генетичний код так само, як програмісти редагують комп’ютерний код.
Нижче – ключові технології та матеріали, які допоможуть розібратись у темі.

🔬 1. Молекулярні «ножиці» CRISPR-Cas9

CRISPR-Cas9 – це метод, що дозволяє точно «вирізати» і «вставляти» потрібні ділянки ДНК. Своєрідний «генетичний фотошоп».

Використовується для:

виправлення мутацій, що викликають хвороби;
створення рослин, стійких до шкідників;
дослідження функцій генів.

Рис.4. Схематичне зображення механізму роботи CRISPR–Cas9: фермент Cas9 «розрізає» ДНК у заданому місці. Джерело: LabAssociates

🧬 2. Плазміди – «генетичні флешки»

Плазміда – це маленька додаткова кільцева молекула ДНК у клітинах бактерії, яку можна штучно «доповнити» потрібними генами і «завантажити» у клітину.

Використовується для:

створення бактерій, що виробляють інсулін;
доставки генів у клітини тварин та рослин.

Рис.5. Плазміда з позначеними ключовими генетичними елементами.
Джерело: MicrobeNotes

🌱 3. Агрoбактерія – «кур’єр» для рослин

Agrobacterium tumefaciens – бактерія, яка в природі переносить ДНК у рослини.
Вчені навчилися використовувати її для введення корисних генів у ДНК рослин.

Використовується для:

створення ГМО-рослин (стійких до хвороб, з вищою врожайністю);
дослідження генетичних функцій у ботаніці.

Рис.6. Агрoбактерія під електронним мікроскопом. Джерело: ResearchGate

🧪 4. Гелевий електрофорез– «ДНК-відбитки пальців»

Метод розділення фрагментів ДНК за розміром у гелі під дією електричного струму.
Використовується для:

перевірки результатів генної інженерії;
криміналістики (ДНК-ідентифікація);
досліджень у молекулярній біології.

Рис.7. Електрофорез: яскраві смуги ДНК під ультрафіолетом. Джерело: Shutterstock

💻 5. Біоінформатика

Це аналіз генетичної інформації за допомогою комп’ютерних алгоритмів.
Використовується для:

пошуку генів, пов’язаних із хворобами;
моделювання майбутніх генетичних змін;
глобальних проєктів, як-от «Геном людини».

Рис.8. Візуалізація генетичних даних у біоінформатичному софті. Джерело: Physalia

Життєва ситуація:

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 15 хв.
🎯 Мета блоку:

Ознайомити учнів з базовою ідеєю цілеспрямованих змін генетичного матеріалу.

Показати приклади реального застосування генетичної інженерії.

Стимулювати дискусію про суспільні та етичні наслідки.

🛠 Як провести:

Покажіть учням серію зображень у логічному порядку:

Дайте завдання «стати біотехнологами»: придумати ідею генетичної модифікації для вирішення проблеми (харчової, медичної, екологічної)

Ви – команда молодих біотехнологів у науковому стартапі. До вас звертається фермер, який роками вирощує томати, але в нього проблема – через шкідників він втрачає до половини врожаю.

Він чув, що у світі вже створюють рослини стійкі до комах-шкідників та хвороб за допомогою генетичної інженерії. Ваше завдання – пояснити фермеру, як це працює, і запропонувати ідею, яку технологію можна застосувати.

Але перед цим ви самі пройдете шлях від «нативного» гена до «модернізованого» організму, щоб зрозуміти, що таке цілеспрямована зміна ДНК.

КРОК 1. Вивчаємо приклад
Перегляньте фото:

Рис. 9. Природний томат (звичайний сорт) – зправа і генетично-модифікований – зліва. Джерело: LiveProduction

Рис. 10. Генетично модифікований томат із підвищеним вмістом антиоксидантів (пурпурний колір). Джерело: EarthlyMisiion

КРОК 2. Знайомимось з інструментами
Ознайомтесь з інфографікою:

Рис. 11. Принцип роботи CRISPR-Cas9. Джерело: Scor

КРОК 3. Моделюємо процес
У групах придумайте, які гени ви могли б:

додати (наприклад, ген стійкості до комах з іншої рослини);
«вимкнути» (наприклад, ген, через який плоди швидко псуються).

КРОК 4. Обговорюємо наслідки
Подивіться фото:

Рис. 12. ГМ-кукурудза (зправа), яку не пошкодили шкідники. Джерело: APSNet

Рис. 13. Протест проти ГМО. Джерело: NewsMedia

Обговоріть:

Чому частина людей підтримує, а частина – виступає проти ГМО?
Які можуть бути ризики та переваги для природи і людей?

💬 Дискусія з класом:

Чи можна «покращувати» природу, змінюючи ДНК?
Де закінчується наука і починається етика?
Як би ви пояснили генетичну інженерію людині, яка вважає це діями «проти природи»?

Попрактикуймо самостійно:

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 10 хв.
🎯 Мета блоку:

Навчити учнів застосовувати знання про генетичну інженерію у реалістичних сценаріях.

Розвинути вміння аналізувати наукові дані та фото результатів експериментів.

Показати взаємозв’язок між наукою, економікою та екологією в Україні.

Формувати критичне мислення та етичну відповідальність.

❓ Обговорення після виконання:

Чи можуть помилки у підготовці змінити медичне рішення?

Як думаєте, чи достатньо бути уважним, щоби стати хорошим лаборантом?

Які особисті якості важливі для професій, пов’язаних з діагностикою?

Ви працюєте у біотехнологічній лабораторії, що бере участь у міжнародному проєкті з редагування геному рослин, стійких до посухи (актуально для південних регіонів України). Вам надали дані кількох експериментів. Ваше завдання – визначити, який із них дав найкращий результат, де є технічні проблеми, а де – потенційні ризики для довкілля.

Отримані результати:

Вам надіслали фото кукурудзи з полів. Сорт без генетичної модифікації, та він же після генного редагування ростуть на сусідніх ділянках. Видно помітні зміни у кращому зростанні під час посухи ГМО-кукурудзи.
З іншої ділянки ви отримали фото з мутантною рослиною, у якої непередбачено змінився колір листя та знизилась врожайність.

Проаналізуйте дані та заповніть таблицю:

Експеримент	Які наслідки генетичної модифікації?	Чи досягнута мета?	Потенційні ризики	Ваш висновок
А	Кукурудза після модифікації росте краще при нестачі води	Так	Мінімальні, якщо контрольоване поширення	Можна впроваджувати у виробництво
B	Рослина з аномальним кольором і низькою врожайністю	Ні	Погіршення якості сорту, ризик поширення негативних ознак	Проєкт слід призупинити

Який експеримент можна вважати успішним? Чому?

У якому випадку потрібне доопрацювання методу?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Чи є тут приклад можливих етичних або екологічних ризиків?

Рефлексія:

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 5 хв.
Діяльність учителя:

Дайте слово кільком учням, щоб вони поділилися висновками.

Підкресліть ключову ідею: «Генетична інженерія – це інструмент, який може змінювати життя людей, але потребує мудрого та етичного використання».

✅ Підготовка до наступного уроку: «На наступному занятті ми спробуємо змоделювати власний проєкт генетичної модифікації з урахуванням етичних обмежень».

На завершення уроку зупинимося, щоб подумати, що нового ми відкрили для себе у світі генетичної інженерії.
📝 Індивідуальна робота:
Запишіть три головні факти, які ви сьогодні дізналися про цілеспрямовані зміни генетичного матеріалу.

__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________

Уявіть, що ваш друг/подруга каже:
«Генетична інженерія – це небезпечно і взагалі не потрібна суспільству наука».
Сформулюйте коротку, переконливу відповідь, використовуючи факти з уроку.

Доповніть фразу:
«Я вважаю, що генетична інженерія корисна, тому що…»

Визначте, наскільки впевнено ви розбираєтеся в темі, оберіть кількість ДНК-емодзі:

🧬🧬🧬🧬🧬🧬🧬🧬🧬🧬

У вільний від відпочинку час:

• «CRISPR – революція в генетиці»

Відео

«Як ГМО змінюють світ» (KurzGesagt)

Відео

Завантажити матеріал (PDF)

Урок №203. Генетична інженерія. Введення в ідею цілеспрямованих змін генетичного матеріалу, історія, приклади застосувань, суспільні та етичні наслідки.

Очікувані результати навчання:

Цілі сталого розвитку:

Які цілі сталого розвитку опрацьовуємо на уроці:

ЦСР 3. Міцне здоров’я і благополуччя
ЦСР 2. Подолання голоду
ЦСР 9. Інновації та інфраструктура
ЦСР 12. Відповідальне споживання і виробництво

План уроку:

Мотивація (5 хв)
Теоретичний блок (10 хв)
Життєва ситуація (15 хв)
Самостійна практика (10 хв)
Рефлексія (5 хв).
Додаткові джерела (після уроку).

Очікувані результати для учнівства:

Я пояснюю базові принципи генетичної інженерії та називаю принаймні три її практичні застосунки (медицина, сільське господарство, промислова біотехнологія).
Я аналізую позитивні ефекти та потенційні ризики конкретного кейсу (наприклад: рекомбінантний інсулін або ГМ-культура) з огляду на науку, суспільство та економіку.
Я виявляю емоційно-ціннісне ставлення до внеску науковців, винахідників і підприємців у розвиток людства – можу обґрунтувати, чому інновації заслуговують на вдячність, але потребують відповідальної регуляції.

Мотивація:

Як ГМО зробило життя – кращим?

Відео для натхнення у вільний час: «How CRISPR lets us edit our DNA» (TED, ~5 хв)
– історія про те, як інструменти редагування геному можуть змінити світ.

Відео

Обговоріть у парах:

Чи довіряєте ви технологіям, які змінюють живі організми?
Що для вас важливіше – швидкий науковий прогрес чи повна безпека?
Кому належить вирішувати, які генетичні зміни дозволені, а які ні?

Тобі може знадобитися:

🔬 1. Молекулярні «ножиці» CRISPR-Cas9

Використовується для:

виправлення мутацій, що викликають хвороби;
створення рослин, стійких до шкідників;
дослідження функцій генів.

🧬 2. Плазміди – «генетичні флешки»

Використовується для:

створення бактерій, що виробляють інсулін;
доставки генів у клітини тварин та рослин.

🌱 3. Агрoбактерія – «кур’єр» для рослин

Використовується для:

створення ГМО-рослин (стійких до хвороб, з вищою врожайністю);
дослідження генетичних функцій у ботаніці.

🧪 4. Гелевий електрофорез– «ДНК-відбитки пальців»

Метод розділення фрагментів ДНК за розміром у гелі під дією електричного струму.
Використовується для:

перевірки результатів генної інженерії;
криміналістики (ДНК-ідентифікація);
досліджень у молекулярній біології.

💻 5. Біоінформатика

Це аналіз генетичної інформації за допомогою комп’ютерних алгоритмів.
Використовується для:

пошуку генів, пов’язаних із хворобами;
моделювання майбутніх генетичних змін;
глобальних проєктів, як-от «Геном людини».

Життєва ситуація:

КРОК 1. Вивчаємо приклад
Перегляньте фото:

КРОК 2. Знайомимось з інструментами
Ознайомтесь з інфографікою:

КРОК 3. Моделюємо процес
У групах придумайте, які гени ви могли б:

додати (наприклад, ген стійкості до комах з іншої рослини);
«вимкнути» (наприклад, ген, через який плоди швидко псуються).

КРОК 4. Обговорюємо наслідки
Подивіться фото:

Обговоріть:

Чому частина людей підтримує, а частина – виступає проти ГМО?
Які можуть бути ризики та переваги для природи і людей?

💬 Дискусія з класом:

Чи можна «покращувати» природу, змінюючи ДНК?
Де закінчується наука і починається етика?
Як би ви пояснили генетичну інженерію людині, яка вважає це діями «проти природи»?

Попрактикуймо самостійно:

Отримані результати:

Вам надіслали фото кукурудзи з полів. Сорт без генетичної модифікації, та він же після генного редагування ростуть на сусідніх ділянках. Видно помітні зміни у кращому зростанні під час посухи ГМО-кукурудзи.
З іншої ділянки ви отримали фото з мутантною рослиною, у якої непередбачено змінився колір листя та знизилась врожайність.

Проаналізуйте дані та заповніть таблицю:

Експеримент	Які наслідки генетичної модифікації?	Чи досягнута мета?	Потенційні ризики	Ваш висновок
А
B

Який експеримент можна вважати успішним? Чому?

У якому випадку потрібне доопрацювання методу?

Чи є тут приклад можливих етичних або екологічних ризиків?

Рефлексія:

__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________

Доповніть фразу:
«Я вважаю, що генетична інженерія корисна, тому що…»

Визначте, наскільки впевнено ви розбираєтеся в темі, оберіть кількість ДНК-емодзі:

🧬🧬🧬🧬🧬🧬🧬🧬🧬🧬

У вільний від відпочинку час:

«CRISPR – революція в генетиці»

Відео

«Як ГМО змінюють світ» (KurzGesagt)

Відео

Завантажити матеріал (PDF)

Ділись та обговорюй важливе