Efter NBIA25: Vad jag vill lära ut

Nu är NBIA25 inte riktigt över än, men min insats är mer eller mindre klar. Idag är ett tillfälle så gott som något att fundera på vad jag med min undervisning — alltså, förutom att göra ett gott nog jobb så att studenterna och de andra lärarna blir nöjda och göra det så pass effektivt att jag har tid att samtidigt forska och ta hand om andra plikter. Hur ser jag på min undervisning? Jag är inte särskilt bra på pedagogik och inte direkt en expert på ämnet heller (utom när jag undervisar just i genetik, möjligen); jag brukar tänka att min enda egentligen tillgång är att jag tycker vetenskap är väldigt roligt. För det gör jag: även de enkla försöken i cellbiologi är roliga och lite eleganta och när vi sedan kommer till NBIC45, molekylärgenetik, kommer vi ju få göra PCR!

Så helst av allt vill jag förmedla att vetenskap är roligt och att vetenskap, på ett sätt, är lätt. Ta Salgueiro & co (1988), som jag inofficiellt rekommenderar som läsning till labb B. I labb B utsätter vi alltså jäst för en hyfsat hög koncentration etanol så att dess cellmembran börjar läcka. Naturlig fråga: hur mycket etanol tål cellmembranet innan det börjar läcka? För att ta reda på det behövs i princip ingen utrustning eller djupare tankeprocess än att vi skulle kunna göra det i labbet. Kolla metoderna och resultaten i artikeln! Nu det här ett ganska blygsamt försök, men poängen är att vetenskaplig kunskap är inom räckhåll. Det är inte så svårt.

Insikt nummer 2 som jag vill förmedla: Vetenskap är samtidigt svårt! Titta på labb C, där vi räknar fagocyterade jästceller i neutrofiler. Försöksuppställningen är enkel nog: blod får koagulera på glas; neutrofilerna fäster vid glaset; vi matar dem med jästceller och behandlar dem med serum eller kontroll; vi kan genomföra allt på ett par timmar. Titta på de data vi får: det är rörigt med tydlig preparat- och observatörseffekt. Inte nog med att olika grupper ser olika antal jästceller per neutrofil i kontrollprovet (ibland noll, ibland ett medel på en handfull), dessutom får grupperna helt olika uppskattningar av effekten av serum. En del av ser en stor effekt; en del ser ingen effekt alls och en del ser en effekt i motsatt riktning mot den väntade. Antag att det skulle gälla något livsviktigt eller kontroversiellt — säg effekten av en medicin — och inte blodserums effekt på neutrofiler. Hur skulle du planera och utföra det här experimentet så att det ger trovärdiga resultat? Det är väldigt svårt.

Annonser

Undervisning: Halvvägs igenom NBIA25

Vi är nu ungefär halvvägs genom laborationerna i cellbiologi; vi har avverkat labb A, med mikroskop och hackade grönsaker och håller på med B, som är diverse övningar med plasmamembran och osmos (de färgglada rören på bilden!). Ni som har Instagram kan se en del av studenternas fotografier under taggen #nbia25. Sedan kommer C, fagocytos, där mitt sidoprojekt i år är att samla in data från grupperna och göra en liten modell (antagligen hierarkisk Poisson) för experimentet. Det blir roligt, och en del av mitt nyårsprojekt att öva mer på statistiska modeller.

Hur som helst, om någon student på kursen läser det här (vilket inte är helt otänkbart då min blogg tydligen är ganska högt upp i sökresultaten för kurskoden …) har jag några rekommendationer: Först och främst, den här lilla visan om jäst och etanol länkade jag redan förra året. Lägg märke till att det här är den rättade versionen efter att några kommentatorer påpekade ett par missar — kanske det enda dokumenterade fallet av konstruktiva kommentarer på YouTube. Vidare, på samma tema: Salgueiro & co (1988) och Quintas & co (2000) om etanol och jästens plasmamembran. Se figur 5 i den första samt figur 2 och 3 i den senare, räkna ut hur stor volymprocent etanol vi använder och jämför! Ha så kul.

IMG_0049 IMG_0052 IMG_0025 IMG_0037

ps. Berberisrödjaren!

Inför NBIA25: upptäckten av arkéerna

Det finns många olika sorters celler i biosfären. En del av dem, eukaryoterna, har sitt dna innanför ett inre membran i en cellkärna och en del andra, som kallas prokaryoter, har ingen kärna. Men det visar sig att det inte är fullt så enkelt, för det finns två stora grupper som saknar kärna, bakterier och arkéer, som inte alls är särskilt nära släkt. Arkéerna upptäcktes på 70-talet av bland andra Carl Woese och de bildar en tredje gren på livets stora släktträd. De tre grupperna eukaryoter, bakterier och arkéer brukar kallas de tre domänerna.

Nu är det kanske inte så enkelt heller. Dels har mikroorganismer olika sätt att flytta gener mellan arter som inte fungerar som arv i nedstigande led. Det kallas horisontell genöverföring, och det gör att grenarna på livets träd här och där ser ut som ett nätverk eller någon sorts rhizom, om vi ska spinna vidare på liknelsen. Dessutom är det inte helt klart att det verkligen är tre domäner; det finns minst en alternativ hypotes där eukaryoterna är att betrakta som en del av arkéerna. Men ändå. Det skulle inte vara riktig biologi om det var enkelt.

Igår nämnde jag i förbifarten sekvensering av gener för ribosomalt RNA. Ribosomen är den del av cellen som utför proteinsyntes och den är väldigt gammal, en del av det universella maskineri som alla celler delar. Dess funktion är så viktig att den ackumulerar mutationer långsamt. Därför går det att jämföra rRNA-gener för att identifiera arter, och jämföra dem mellan arter för att se hur nära släkt de är med varandra. Det var så arkéerna upptäcktes. Woese & co jämförde rRNA-sekvenser, i och för sig inte bara med sekvensering utan med ett RNA-nedbrytande enzym och tvådimensionell gelelektrofores (härlig vintage-metod!), hos ett gäng eukaryoter och prokaryoter och kom fram till att en del prokaryoter inte alls var nära släkt med bakterierna. Nyckelmening:

These ”bacteria” appear to be no more related to typical bacteria than they are to eukaryotic cytoplasms.

Jag rekommenderar den här bloggposten av Jonathan Eisen, Most important paper ever in microbiology? Woese & Fox, 1977, discovery of archaea, Och själva artikeln: den är inte så lång, och fritt tillgänglig.

Shaki_khan_palace_interier

(Äldre livsträd. Foto: Urek Meniashvili via Wikpedia. cc:by-sa 3.0)

Litteratur

Woese CR, & Fox GE (1977). Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: the primary kingdoms. PNAS, 74 5088-9

Inför NBIA25: snäckors och salamandrars kloroplaster

Dagens organell: kloroplasten, stället i växtceller och gröna alger där fotosyntesen äger rum. Fotosyntes i eukaryoter är en fråga om symbios. Det började med någon kusin till cyanobakteriernas förmoder som på något sätt hamnade inuti en annan cell och utvecklades till vad som idag är en organell med visst oberoende i form av egen arvsmassa och egen delning. Kloroplasten producerar energirika organiska molekyler från ljus och kärnan i processen är lite lik en bakvänd version de försurade vakuolerna jag bloggade om igår. Energin från ljus konverteras till en pH-skillnad över ett membran inne i kloroplasten. När vätejonerna sedan passerar ut igen tar cellen vara på energin till energirika bindningar som i ATP och NADPH.

Hur bekvämt vore det inte att ha egna kloroplaster och kunna utvinna sin egen energi från solljus? Om växterna och algerna tagit upp dem så borde väl djur kunna? Det finns minsann ett helt gäng djur som lever åtminstone delvis på fotosyntes: svampdjur, nässeldjur, plattmaskar, blötdjur och sjöpungar (Venn, Loram & Douglas 2008). Men jag tänkte skriva om två extra roliga exempel: en snäcka som lagrar kloroplaster men inte verkar använda dem och en salamander vars ägg lever i symbios med fotosyntetiserande alger.

preview_315007

(Figur S1 från Maeda & al 2012. cc:by-3.0)

Det finns snäckor som tar upp kloroplaster från algerna de äter. Fyra snäckelarter har den egenheten att kloroplasterna finns kvar i deras matsmältningsapparat i månader och kallas mycket målande för kleptoplaster. Men hjälper kleptoplasterna verkligen snäckan att producera energi, eller ligger de bara där? Tyvärr verkar det, enligt Christa m.fl. (2013), Plastid-bearing sea slugs fix CO2 in the light but do not require photosynthesis to survive, och Meada m.fl (2012) Algivore or Phototroph? Plakobranchus ocellatus (Gastropoda) Continuously Acquires Kleptoplasts and Nutrition from Multiple Algal Species in Nature, som att de bara ligger där. Snäckorna verkar äta kleptoplasterna, inte använda dem som solceller.

Det är alltid roligt att stöta på en vetenskaplig debatt som en inte visste om: Snäckorna kan tydligen leva väldigt länge utan mat, och den gängse hypotesen har varit att det de får sin näring från de stulna kloroplasternas fotosyntes. Men Christa & co gjorde ett experiment där de höll snäckor i mörker och behandlade dem med en kemikalie som hämmar fotosyntes, och de klarade sig lika bra ändå. Snäckor utan någon möjlighet att få näring från fotosyntes klarade sig lika bra som kontrollsnäckorna i ljus. Åtminstone snäckarterna Elysia timida och Plakobranchus ocellatus verkar inte ha någon nytta av att deras internaliserade kloroplasters fotosyntes. Meada & co tittade på P. ocellatus i sin naturliga miljö, där de främst verkar leva just på att äta alger.

Den fotosyntetiska salamandern, däremot, verkar verkligen ha nytta av sin algpartner. Men det fungerar på ett helt annat sätt. Folk har studerat den länge, men Kerney m.fl (2011), Intracellular invasion of green algae in a salamander host, är ett exempel. Salamandern Ambystoma maculatum bor större delen av sitt liv under jorden, men den lägger ägg i våtmarker. På embryostadiet omges salamandern av gröna alger. I experiment med ljus och mörker klarar sig salamanderägg med alger och ljus bättre än de utan, och vice versa: det verkar alltså vara ett ömsesidigt utbyte mellan salamanderembryon och alger. Det Kerney & co gjorde i den här studien är bland annat att sekvensera algernas rRNA-gener för att placera vilka sorts görna alger det är, titta med elektronmikroskop och hitta alger inuti cytoplasman i salamanderceller, nära mitokondrierna. Trots det såg salamandercellerna normala ut. Det är kanske det konstigaste och intressantaste med hela affären: djur har ett synnerligen komplicerat och aggressivt immunförsvar som är specialiserat på att skilja egna celler från främmande organismer. Hur gör salamandern för att släppa in sin algpartner?

Litteratur

Christa G, Zimorski V, Woehle C, Tielens AG, Wägele H, Martin WF, Gould SB. (2013) Plastid-bearing sea slugs fix CO2 in the light but do not require photosynthesis to survive. Proc Biol Sci 281 doi:10.1098/rspb.2013.2493

Kerney R, Kim E, Hangarter RP, Heiss AA, Bishop CD, Halla BK. (2011) Intracellular invasion of green algae in a salamander host. PNAS 108 doi:10.1073/pnas.1018259108

Venn AA, Loram JE, Douglas AE. (2008) Photosynthetic symbioses in animals.  J. Exp. Bot. 29 doi:10.1093/jxb/erm328

Maeda T, Hirose E, Chikaraishi Y, Kawato M, Takishita K, et al. (2012) Algivore or Phototroph? Plakobranchus ocellatus (Gastropoda) Continuously Acquires Kleptoplasts and Nutrition from Multiple Algal Species in Nature. PLoS ONE e42024. doi:10.1371/journal.pone.0042024

Att komma i stämning inför NBIA25: vakuoler och petunians färger

En del av en doktorandtjänst är att undervisa, i mitt fall ungefär en femtedel av min tid. Det mesta av den tiden består av laborationer. Det är å ena sidan kul, för jag gillar laborativt arbete och tror att praktiska övningar är bra för lärandet. Sedan är det väl ingen som verkligen lär sig labbarbete på kurserna, men en får pröva på lite i alla fall. Å andra sidan består arbetsuppgifterna till stor del av att plocka fram och ställa undan prylar. Nu är det dags för årets kurs i Cellbiologi, inte längre den första men fortfarande en av de första kurserna på biologiprogrammet. Cellbiologi kan vara rätt tekniskt — många lådor och pilar! — men laborationerna handlar mycket om roliga observationer en kan göra med rätt enkla medel: mikroskop, hyfsat vanliga kemikalier, grönsaker, jäst och blodceller.

Kursen började den här veckan, men laborationerna kommer inte igång riktigt än. För att komma i stämning tänkte jag läsa och blogga lite kort om roliga artiklar som har (vaga) kopplingar till kursmaterialet. Jag visste till exempel inte att petuniablommor har olika färg beroende på vilket pH de har i sina vakuoler. Vi tar det från början: Vakuoler är en sorts organeller, membranklädda avdelningar inne i celler. Vakuoler kan lagra vatten, salter, näring innehålla enzymer och — i många färgade celler — färgämnen. I petuniablommans fall: anthocyaniner — organiska färgämnen som är pH-känsliga. Det är därför rödkålssaft fungerar som pH-indikator. Jag har skrivit förut om andra genetiska varianter som kan reglera hur mycket anthocyanin som producera i en annan blomma. Att vakuolen är avskärmad från resten av cellen med ett membran betyder att den kan ha en annan kemisk miljö än cytosolen. Petuniablommans vakuoler är surare än resten av cellen och dess pH dras ner av proteiner som sitter i membranet och pumpar vätejoner från cytosolen till vakuolens insida. Blommorna (Petunia x hybrida) är oftast röda eller lila, men det finns genetiska varianter som ger mindre surt pH i vakuolerna och blå blommor.

Det finns åtminstone sju olika gener som kan mutera och orsaka blå blommor. Artikeln ifråga, Faraco m fl (2013). Hyperacidification of Vacuoles by the Combined Action of Two Different P-ATPases in the Tonoplast Determines Flower Color, handlar om hur författarna identifierade en av generna, PH1, som visade sig koda för en en del av ett sådant membranprotein. Tillsammans med produkten av genen PH5 bildar de en enhet som förbrukar energi från ATP till att försura vakuolens insida. Artikeln är fritt tillgänglig och har flera snygga figurer.

Zirguezi_Purple_Petunia

(Petunia. Foto: Zirguezi via Wikipedia.)

Litteratur

Faraco m fl (2014). Hyperacidification of Vacuoles by the Combined Action of Two Different P-ATPases in the Tonoplast Determines Flower Color Cell Reports 6 doi:10.1016/j.celrep.2013.12.009

Om någon av mina studenter läser det här

Så har ni förhoppningsvis gjort er förtjänta av en välbehövlig paus. Jag vill inte uppmuntra till dryckenskap eller kille-med-gitarrbeteende, men den här söta nördiga videon innehåller i alla fall några kul upplysningar om osmoreglering, cellsignalering samt vår favoritorganism från labb B1.

(Mina och mina … Studenterna är väl sina egna. Dessutom är jag bara med på labbar och hoppar in på ett par föreläsningar. Men det tycker jag är fullt tillräckligt mandat att föreslå youtubeklipp i alla fall.)

Undervisning: jästlabben

IMG_0049

Den här veckan kör vi två undervisningslabbar på tema plasmamembran: Vi blandar jästsuspension med neutralrött, utsätter jästen för diverse förhållanden, centrifugerar ner den och se om den fortfarande har samma glada röda färg. Dessutom osmosövning med röda blodkroppar. (Tips: var beredd på att späda. Den 1-molariga saltlösningen kallar.)