Fly High!

Fly와 함께

Fly High!

전상학, 안주현, 권오민, 조영일, 심현표

2014

융합인재교육(STEAM) 프로그램

학교급 : 고등

구분 : 학생용

Fly와 함께 Fly High!

1. 주제 개요

본 고등 STEAM 프로그램은 첨단 과학기술의 주요 분야로 주목받고 있는 생명공학을 기반으로 내용 이 구성되어 있다. 학생들은 ‘두근두근 내 인생’이라는 영화 내용을 시작으로 자신이 생명공학자가 되어 유전질환 환자인 아름이를 돕기 위한 방법을 진로와 연계하여 활동하고, 유전자 이상으로 인한 초파리 돌연변이의 원인을 진단하고 규명하기 위해 필요한 활동을 차시마다 단계적으로 쉽고 재미있게 수행해 가면서 현대 생명공학 기술이 인간과 얼마나 가까이에 존재하고 있으며 우리 생활과 밀접하게 관련되 어 있는지 체험해볼 수 있다.

본 프로그램은 초등과 중등에서 학습하고 체험해 온 유전과 발생 및 공학기술적인 내용을 실제 자신 의 연구 및 진로에 대한 부분으로 확장시키는 역할을 한다. 생명공학 분야의 기술 발전 속도는 날이 갈 수록 증가하고 있으며, 그 결과물들은 우리에게 직접적인 영향을 미치고 있다. 이를 반영하여 현행 2009개정 교육과정에서 생명공학 관련 내용은 융합형 과학 및 생명과학Ⅱ 교과목에 등장하고 있으며, 현대 생명과학의 깊이 있는 지식을 다루고 있다. 따라서 본 프로그램은 이러한 교과내용과 연계하여 교 사와 학생들이 직접 유전질환 환자의 사연을 접하는 상황 속으로 들어가 현상을 이해하고, 생명공학의 가장 기본이 되는 연구 활동을 설계하여 수행하며 그 결과로 직접 유전질환에 대한 원인규명을 해봄으 로써 감성적 체험을 느낄 수 있게 구성하였다. 이를 통해 학생들은 실제 인간사회에 적용되고 있는 생 명공학의 모습을 느끼고, 이에 대한 자신의 의사결정을 할 수 있도록 성장할 것이다.

2. 학습 목표 ○ _{내용 목표}

- 생명 과학의 개념을 체계적으로 이해하고, 생명공학 기술을 유전자에 관한 지식과 관련지어 설명할 수 있으며, 생명 현상의 탐구와 문제 해결에 이를 적용한다.

- 재조합 DNA, 단일 클론 항체, PCR, 인간유전체 사업, 줄기세포, 장기이식 등 생명 공학 기술의 원리를 이해하 고, 생명 공학의 발달 과정과 가능성 및 사회적 쟁점을 인식한다.

○ 과정 목표

- 생명 현상을 과학적으로 탐구하는 능력을 기르고, 과학․기술․사회의 상호 관계를 인식하여 생명 과학과 관련된 문제 해결에 이를 활용한다.

- 생명 현상과 생명 과학 학습에 흥미와 호기심을 가지고, 생명 과학과 관련된 문제를 과학적으로 해결하려는 태도를 기른다.

3. STEAM 과목 요소

(과학)

‣유전 현상, 유전 질환, 우성과 열성, 돌연변이, 모델동물, 염색체와 유전자, DNA, 전기적 성질과 전 하의 이동

(기술)

‣DNA 추출, 전기영동 키트 다루기, 일루미네이터 만들기, 실험기구 다루기

(미술, 국어, 진로)

‣마인드맵그리기, 그림엽서 쓰기, 명함 만들기, 과학사, 생각 표현하기, 일루미네이터의 설계와 디자 인, DNA 염색, 광고문구 제작활동, 연구활동 동영상 제작

(수학)

‣집합, 측정과 도식화, 상대빈도, 경우의 수, 확률과 통계, 수의 크기 비교

4. STEAM 단계 요소

STEAM 단계요소 관련 차시 내용

상황 제시 1-10차시

반가워 아름아! ­ 유전질환을 앓고 있는 환자의 상황 이해 아름이 돕기 프로젝트 ­ 나의 꿈을 이룬다면 초파리와 함께 Fly High! - 연구팀의 일원이 되자

돌연변이는 왜?! - 왜 돌연변이가 되었을까?

DNA, 너의 모습을 보여줘 ­ DNA를 눈으로 보려면?

Fly와 함께 Fly High ­ 나의 연구 동영상 발표회

창의적 설계 1-10차시

아름이 돕기 프로젝트 ­ 마인드맵을 통한 생각 표현 초파리와 함께 Fly High! - 초파리와 관찰 돌연변이는 왜?! - 가설검증을 위한 실험 설계

나타나라 DNA ­ DNA의 추출 DNA를 분리할 수 있다고?! - DNA의 특성

DNA 달리기 ­ DNA 전기영동

DNA, 너의 모습을 보여줘 ­ 일루미네이터의 설계와 디자인 Fly와 함께 Fly High ­ 연구 동영상 제작

감성적 체험 1-10차시

반가워 아름아! ­ 유전질환 환자를 돕기 위한 마음 아름이 돕기 프로젝트 ­ 꿈에 대한 상상과 공감

초파리와 함께 Fly High! - 생명공학자 체험 돌연변이는 왜?! - 동료들과의 토론과 공감

DNA, 너의 모습을 보여줘 ­ 직접 만든 실험기구를 이용한 실험 Fly와 함께 Fly High ­ 성공적인 연구 동영상 제작 및 발표와 감상

1. 반가워 아름아!

아름이는 멋진 아빠, 예쁜 엄마와 함께 사는 꿈 많은 친구였습니다. 하지만 어느 날 갑자기 또 래 친구들과는 다른 모습을 갖게 되었습니다. 아름이의 부모님은 이렇게 말씀하십니다.

“우리 아이는 세상에서 가장 특별합니다.”

아름이에게 무슨 일이 일어난 것일까요? 영상을 통해 아름이를 만나 봅시다.

아름이는 남들보다 빨리 늙는 ‘선천성 조로증’이라는 병을 앓고 있습니다. 그래서 아름이는 얼굴과 몸은 80살, 마음은 16살 소년입니다. 일반적으로 조로증을 앓고 있는 어린이들은 합병 증으로 인해 보통 8~21세에 사망하며, 평균적으로는 13세까지 생존하는 것으로 알려져 있습니 다.

지금은 하루하루 늙어가는 것만이 자신의 전부라고 생각하고 있는 아름이를 우리가 도울 수 있는 방법은 없을까요? 아름이가 건강해져서 아름이 가족이 매일 두근두근한 인생을 살아갈 수 있도록 돕기 위해서는 어떻게 해야 할까요?

이제ㅡ세상에서 가장 늙은 아들과 부모, 그리고 그들이 희망과 건강을 되찾도록 돕기 위한 우 리들의 이야기가 시작됩니다!

1) 아름이에 대해 알아봅시다!

J아름이의 사연이 담긴 영상자료를 보고 다음 내용을 생각해 봅시다.

1) 아름이가 걸린 질병의 이름은 무엇인가요?

2) 이 질병으로 인한 증상은 무엇인가요?

3) 영상에서 언급된 이 질병의 원인은 무엇인가요?

[교사용 Tip]

4) 이 질병으로 인해 아름이와 가족이 겪고 있는 어려움은 무엇인가요?

5) 장래희망이 작가인 아름이는 시간이 날 때마다 일기를 씁니다. 증상이 점점 더 심각해지는 아름이 일기의 일부분을 읽고 아름이에게 보내는 엽서를 작성해 봅시다.

2014년 9월 3일 수요일 날씨 흐림

올해 나는 열일곱이 되었다.

내가 열여덟이 될지, 열아홉이 될지 알 수 있는 방법은 없다.

그런 건 우리가 정하는 게 아니다. 우리가 확신할 수 있는 건 시간이 많지 않다는 것뿐이다.

아이들은 무럭무럭 자란다. 그리고 나는 무럭무럭 늙는다. 내겐 누군가의 한 시간이 하루와 같고, 다 른 이의 한 달이 일 년쯤 된다. 이제 나는 아버지보다 늙어버렸다.

아버지는 자기가 여든 살이 됐을 때의 얼굴을 내게서 본다. 나는 내가 어른이 됐을 때의 얼굴을 아버 지에게서 본다. 오지 않은 미래와 겪지 못한 과거가 마주본다.

아버지가 묻는다.

“다시 태어난다면 무엇이 되고 싶니?”

나는 큰 소리로 답한다.

“아버지, 나는 아버지가 되고 싶어요.”

아버지가 다시 묻는다. 더 나은 것이 많은데, 왜 당신이냐고.

나는 수줍어 조그맣게 말한다.

“아버지, 나는 아버지로 태어나, 다시 나를 낳은 뒤 아버지의 마음을 알고 싶어요.”

아버지가 운다.

2. 아름이 돕기 프로젝트

1] 누가, 어떻게?!

1) 아름이와 같은 유전질환 환자를 도울 수 있는 다양한 사람들을 생각해보고, 내가 만약 각 입장의 사람들이라면 아름이를 어떻게 도울 수 있을지 간단하게 마인드맵으로 그려봅시다. 다 양한 직업을 추가하여 자유롭게 그려보세요.(예: 컴퓨터공학자, 기계공학자, 요리사 등)

2] 생명공학자들은, 이렇게?!

J오늘날 전 세계에서는 불치병의 치료를 위해 많은 연구자들이 병에 대한 연구를 진행하고 있 습니다. 특히 아름이의 병처럼 유전질환의 연구에는 여러 가지 생명 과학과 공학적인 지식과 기술이 필요합니다. 다음에 제시된 생명공학 연구 사례들을 살펴보고 자료의 빈 칸을 채워봅시 다.

1) 조로증 관련 유전자의 발견

'조로증' 일으키는 유전자 발견

조로증을 일으키는 유전자가 국내 연구진에 의해 처음 발견됐다.

조로증은 어린이의 성장이 지연되고 피부의 노화현상, 탈모, 골격의 손상 등을 수반하는 치명적인 유전질 환이다. 서울대학교 차세대융합기술연구원 김성훈 교수 연구팀은 1일 "단백질 합성효소와 결합하는 다기 능성단백질 'AIMP3' 유전자의 발현이 증가할 경우에 조로증 증세가 나타나는 것을 쥐 실험을 통해 확인 했다."고 밝혔다.

AIMP3 유전자를 정상 이상으로 증가시킨 실험대상 쥐 70마리 중에 50%가 평균수명(2.5년)을 다하지 못 하고 조로증 증세를 나타내며 1년이 못돼 죽었고, 20%는 1년 6개월 이전에 죽었다.

앞서 김 교수 연구팀은 지난 2005년 AIMP3 유전자의 발현이 감소할 경우 다양한 암 발생이 증가하는 것을 세계 최초로 발견했었다.

김 교수는 "이번 연구로 AIMP3가 암과 노화를 조절하는 기능을 동시에 수행하고 있음을 알게 됐다."며 "

인간에게 치명적인 두 가지 질환의 연구에 매우 중요한 단서를 제공하게 된 것"이라고 말했다.

이번 연구결과는 노화연구 전문 학술지 'Aging Cell' 9월호에 발표됐다.

출처: 2010-10-01 연합뉴스

J누가 연구했을까?

J어떻게 연구했을까?

J무엇을 알아냈을까?

J왜 연구했을까?

2) 생명공학의 도우미, 초파리

생쥐에서 초파리로…생물학 실험실의 감초 세대교체

사람의 1년은 초파리의 하루

가정에서 포도나 바나나 등 과일에 생긴 초파리로 인해 성가신 경우가 적지 않다. 이렇게 귀찮고 하찮은 벌레로 생각하는 초파리가 생물학에서는 더없이 소중한 연구도구로 사용되고 있다.

초파리는 성충이 되기까지 10일이 걸린다. 그 이후 2~3개월가량 살다가 생을 마감한다. 사람의 1년이 초 파리에게는 하루인 셈이다. 또한 몸집이 작으면서도 번식력이 뛰어나고, 값싼 먹이로 키울 수 있다는 이 점을 가지고 있기 때문에 초파리는 생명체의 수명이 어떻게 결정되고 어떠한 조작으로 질병을 이겨내고 수명을 늘릴 수 있는지를 연구하는데 있어 큰 활용도를 지니고 있다. 실험동물로 많이 사용되는 생쥐에 비해 실험기간을 3개월로 단축시키고 공간 또한 적게 차지해 더욱 각광받고 있다.

인간의 질병연구 중에서는 파킨슨병 연구에 많이 활용된다. 파킨슨병은 퇴행성 신경질환으로, 뇌에서 운 동신경 조절을 담당하는 도파민이라는 신경신호전달물질을 분비하는 도파민 신경세포가 죽어가면서 운동 능력을 잃게 만든다. 현재 도파민을 보충해주는 치료법이 있지만 도파민 신경세포가 죽어가는 것 자체를 막는 방법은 아직 개발되지 않았다.

이런 가운데 파킨슨병 유전자를 초파리에 조작, 뇌를 조사하자 도파민 신경세포 수가 감소했음을 확인했 다. 또 사람에게 사용하는 파킨슨병 치료제를 초파리에게 먹이자 회복했다. 연구자들은 이 파킨슨병 모델 초파리를 이용, 파킨슨병 유전자인 핑크1(PINK1)과 파킨(parkin)에 돌연변이가 일어나면 미토콘드리아가 손상되면서 파킨슨병이 발병한다는 사실을 밝혀냈다.

동아대 고형종 미토콘드리아 허브제어 연구센터 교수는 "미토콘드리아 기능 이상이 주요 원인인 각종 질 병 모델을 연구하는 과정에서 초파리를 활용하고 있다."고 말했다.

출처: 2014-09-24 국제뉴스

J초파리가 실험동물로 좋은 점은 무엇일까?

J어떤 연구에 초파리를 활용했을까?

J초파리를 이용하여 무엇을 알아냈을까?

3) 초파리에서 찾는 생명연장의 꿈

젊음 유지 비결, 초파리에서 찾았다!

최근 영원한 젊음을 꿈꾸는 사람들에게 희소식이 있다.

UCLA 생명과학자들이 노화를 늦추는 유전자를 초파리에게서 발견했다. 초파리를 연구하는 과학자들이 PGC-1이라는 이름의 유전자를 활성화하자, 미토콘드리아 활동이 증가했다. 미토콘드리아는 아주 작은 세 포의 발전기인데 세포 성장을 조절하고, 세포가 언제 살고 죽는지를 판단한다.

데이비드 워커 UCLA 통합생물학(integrative biology) 조교수는 “우리는 초파리의 소화관에 있는 PGC-1 유전자를 촉진시켰을 때 초파리의 수명이 늘어나는 것을 발견했다. 장(腸)에 있는 조직세포에서 이 유전자 한 개만 활성화시켜도 초파리의 생명은 연장된다.”고 말했다.

연구에 참여한 생물학자들은 초파리 장(腸)의 노화를 지연시키고 그들의 수명을 50% 정도 연장시켰다.

이를 통해 연구진은 PGC-1 유전자의 활동을 증가시키는 것이 세포 수준과 전체 동물 수준 모두에서 노 화를 늦출 수 있다는 결론을 얻었다. 그들은 PGC-1 유전자의 활동을 촉진시키는 것이 노화를 늦추는지 여부를 실험했고 소화관에 초점을 맞춘 실험에서 가설이 증명됐다.

게다가 초파리에 있는 PGC-1 유전자의 증가가 창자에 있는 세포 변화가 시작되는 것을 지연시켰다. 새 로운 연구는 미토콘드리아, 조직세포, 줄기세포와 노화 사이의 연관성을 보여주는 것으로 데이비드 워커 부교수는 이제 PGC-1 유전자가 노화 관련 질병을 퇴치하려는 제약회사들의 잠재적인 표적이 될 것이라 고 예상했다.

이번 연구에는 UCLA 분자생물학 연구소와 솔크 생물학 연구소, UC샌디에이고 생물학부가 함께 참여했 다. 연구 결과는 학술지 ‘세포대사학’(Cell Metabolism) 온라인 판에 게재됐으며 곧 인쇄판에도 실릴 예 정이다.

출처: 2011-11-02 연합뉴스

J누가 연구했을까?

J무엇을 알아냈을까?

J알아낸 사실을 어디에 이용할 수 있을까?

3. 초파리와 함께 Fly High!

1] 우리는 Fly High 연구팀

이제 여러분은 아름이와 같은 유전질환 환자들에게 희망을 안겨 주기 위한 Fly High 연구팀 의 연구원이 되었습니다. Fly High 연구팀에서는 초파리(Fly)를 이용한 연구들을 진행하고 있 어요. 우리도 함께 연구에 참여해 봅시다. 이제부터 여러분이 진행하는 모든 연구 활동은 틈틈 이 사진과 기록으로 남겨서 모든 연구 끝난 뒤 사람들에게 공개해 주세요!J

1) 아래에 있는 명함에 자신에 대한 정보를 채워서 나의 명함을 만들어 봅시다.

2) 우리 연구팀에게 한 무리의 초파리들과 함께 주현이의 사연이 도착했습니다. 무슨 사연인지 함께 읽어봅시다.

안녕하세요? Fly High 연구팀 여러분~

저는 지난 여름에 포도껍질에서 처음 발견한 초파리를 키우며 살아가고 있습니다. 초파리들도 제가 좋았는지 무럭무럭 자라 서 알도 낳고 유충과 번데기로 성장하더니 벌써 여러 세대의 초파리들이 저와 함께 생활하고 있습니다.

그런데 요즘 갑자기 특이한 표현형을 가진 초파리들이 생겨났 습니다. 아무래도 어딘가 아프거나 이상해진 것 같은데 그 이 유를 모르겠어서 이렇게 사연과 초파리들을 보냅니다. 이상한 초파리들이 생겨난 이유를 알려주세요!

3) 의뢰받은 문제를 해결하려면 우선 초파리에 대해 알아야겠네요. 초파리는 어떻게 생겼을까 요? 야생형 초파리(WT)를 관찰해 보고, 암컷과 수컷을 찾아 특징을 기록해 봅시다.

종 류 그 림 특 징

WT 암컷

WT 수컷

4) 의뢰받은 초파리들을 관찰하고 같은 것끼리 분류하여 특징을 간단히 기록해 봅시다.

종 류 그 림 특 징

1

2

3

4. 돌연변이는 왜?!

1] 왜 그럴까?

1) 눈이 없는 돌연변이 초파리가 야생형 초파리와 다른 형질을 갖게 된 원인은 무엇인지에 대 한 자신의 생각을 다음 빈 칸에 표현해 봅시다.

2) 1)의 생각을 바탕으로 눈이 없는 돌연변이 초파리가 야생형 초파리와 다른 형질을 갖게 된 원인에 대한 가설을 조별 토의를 통해 완성하여 봅시다!

눈이 없는 돌연변이 초파리는 ( )의 이상으로 야생형 초파리와 다른 형질을 갖게 된다.

3) 다음은 2)의 가설을 검증할 수 있는 실험 설계에 대한 토의 과정 일부를 나타낸 것이다. 조 별 토의를 통해 2)에서 세운 가설을 검증할 수 있는 실험 설계를 완성하여 봅시다!

“생명체의 형질을 결정하는 것은 ( )이고, 우리는 ( )의 이상으로 눈이 없는 돌연변이 초파리가 생겨났다고 가설을 세웠으니까, 정말 ( )의 이상이 있는지 직접 확인하면 되지 않을까?”

“그거 좋은 생각이다! 그러기 위해서는

( )하면 되겠는걸!”

2] 나타나라 유전물질!

생물의 유전물질을 찾기 위한 선배 과학자의 노력이 담긴 아래 자료를 읽고, 아름이의 유전물 질인 염색체의 위치를 진핵세포 그림으로 나타내 봅시다.

2

유전물질이 숨겨진 곳을 찾아라!

1665년 영국의 로버트 훅(Robert Hooke, 1635~1703)에 의해 세포가 발견된 이후, 성능이 좋은 현미경과 염색액의 발달로 세포의 구조와 성분에 대한 연구가 활발하게 이루어졌다. 1882년 플 레밍(Flemming, W., 1843~1905)은 체세포분열 중인 진핵세포에 염색약을 처리하여 관찰하는 과 정에서 핵 속에 염색이 잘 되는 독특한 구조의 물질이 있음을 발견하였다.

당시에는 이 물질이 무엇인지 몰라서 그저 염색이 잘 된다는 의미로 염색체라는 이름을 붙였는데, 20세기에 이르러 많은 과학자들의 노력으로 염색체가 바로 유전을 담당하는 유전물질임이 밝혀지게 되었다. 유전물질인 염색체는 DNA와 히스톤 단백질로 구성되어 있으며, DNA는 유전자의 본체로 유 전 정보를 담고 있다.

유전물질의 발견은 인류 역사상 가장 위대한 업적 중의 하나로 손꼽히며, 이러한 발견의 단서를 제 공한 플레밍의 염색체 발견은 인류 역사상 가장 위대한 100대 발견, 세포생물학의 10대 주요 사건 으로도 꼽힌다.

2) 염색체, DNA, 유전자는 모두 같은 물질들일까요? 이들의 관계를 고려하여 다음의 빈 칸에 알맞은 용어를 채워봅시다.

3] 초파리의 DNA를 추출해 봅시다(1)

야생형 초파리와 눈 없는 돌연변이 초파리의 DNA를 추출해 보자!-<1단계>

① 야생형 초파리와 돌연변이 초파리를 마취시킨 후, 각각 30마리씩 microcentrifuge tube (e-tube)에 옮겨 담는다.

② 초파리를 담은 두 튜브를 -20℃의 냉동실에 넣어 놓는다.

③ 새로운 튜브에 100% ethanol 500μl 담아 –20℃의 냉동실에 넣어 둔다.

④ 새로운 튜브에 70% ethanol 500μl 담아 –20℃의 냉동실에 넣어 둔다.

5. 나타나라 DNA

1] 초파리의 DNA를 추출해 봅시다(2).

지난 시간에 -20℃의 냉동실에 넣어두었던 두 초파리 튜브를 꺼내서 다음 과정을 진행하도록 합시 다.

① 초파리를 얼려 두었던 두 튜브에 각각 DNAzol 400μl을 넣고, pestle을 이용하여 초파리 를 약 3분 정도 천천히 갈아준다.

② DNAzol 600ul을 더 넣고, 튜브의 뚜껑을 닫은 후 튜브를 위아래로 반복하여 뒤집어 내용 물이 잘 섞이게 해준다.

③ 튜브를 원심분리기에 균형을 맞추어 넣고, 10000 × g(중력의 10000배의 원심력)의 속 도로 10분 동안 원심분리한다.

④ 마이크로파이펫을 이용하여 상층액을 조심스럽게 새로운 microcentrifuge 튜브로 옮겨 담 는다.

⑤ 냉동실에 넣어 두었던 100% ethanol을 꺼내서 ④의 튜브에 100% ethanol 500μl를 천천히 조심스럽게 넣어주면서 층이 생기는 부분을 관찰한다.

⑥ 다시 튜브의 뚜껑을 닫고 위아래로 뒤집어 내용물을 섞이게 해 준다.

⑦ 원심분리기를 이용하여 13000rpm(1분에 13000 바퀴 회전) 의 속도로 1분 동안 원심분리한다.

⑧ 상층액을 버린 후, 냉동실에서 꺼낸 70% ethanol 500μl을 넣고, 다시 13000rpm의 속도로 1분 동안 원심분리한다.

⑨ 상층액을 버린 후, 튜브에 증류수 100μl을 넣어 잘 녹여준다.

⑩ 추출한 DNA가 담긴 튜브를 –20℃의 냉동실에 넣어 둔다.

1) ⑤의 층이 생긴 부분에서 관찰한 실험 결과를 아래에 그림과 글로 기록해 봅시다.

2) 추출한 DNA는 어떻게 보이나요? 야생형 초파리와 돌연변이 초파리의 DNA의 차이점이 관 찰되는지 확인해 봅시다. 관찰되나요? 차이가 보이지 않는다면 그 이유는 무엇인지 조원들과 논의하여 아래에 기록해 봅시다.

6. DNA를 분리할 수 있다고?!

1] DNA 달리기

돌연변이 초파리와 야생형 초파리의 핵 안에 한데 뭉쳐있던 DNA를 분리하여 서로 비교할 수 있는 방법은 무엇일까요? 아래 그림의 육상선수들처럼 DNA도 구분해 낼 수 있는 방법이 있을까요?

1) 육상선수는 달리는 속도에 따라 비교하고 구분할 수 있습니다. 다음에 제시된 DNA의 특성 을 이용하여 크기가 다른 DNA조각을 분리할 수 있는 방법을 생각해 봅시다.

<DNA의 특성>

1. 당, 인산, 염기로 구성되어 있다.

2. 안정된 이중나선 구조를 이룬다.

3. 물에 녹으면 인산에 의해 (–)전하를 띤다.

길이가 다른 DNA 조각들을 어떻게 분리할 수 있을까?

2) DNA가 들어있는 젤의 양쪽에 아래 그림과 같이 전극을 연결하면 전류의 흐름에 따른 DNA 이동은 어떻게 일어날지 이야기해 봅시다.

3) 길이가 서로 다른 DNA조각을 동시에 아래와 같은 전기장 내에 위치시키면 각 DNA는 어떻 게 이동할지 이야기해 봅시다.

4) 실제 전기영동에서는 이미 크기를 알고 있는 DNA조각인 래더DNA마커를 이용합니다. 래더 DNA마커가 이동한 위치와 알고 싶은 DNA조각의 위치를 비교하여 DNA조각의 크기를 가늠할 수 있습니다.

다음 전기영동 결과를 보고, 연구자가 전기영동 한 여러 DNA조각들이 분리된 크기를 말해 봅시다.

5) 아래 그림의 젤은 왼쪽에 있는 홈(well)에 시료를 넣고 전기영동할 수 있습니다. 야생형 초파리와 돌연변이 초파리의 DNA를 비교하기 위해서는 어떤 순서로 시료를 넣을지 부서원들과 토의해 결정해 봅시다. 결정된 순서대로 각 well에 넣을 시료를 well 옆에 적어 봅시다.

7. DNA 달리기

1] DNA 전기영동

J 다음과 같이 전기영동을 위한 DNA시료를 만들고, 전기영동을 직접 수행해 봅시다.

① 추출하여 준비해 둔 초파리의 DNA를 냉동실에서 꺼낸다.

② 1.5ml 튜브를 4개 준비하여 각 튜브에 네임펜으로 튜브에 넣을 시료(야생형 gDNA, 돌 연변이 gDNA, 야생형 눈 DNA, 돌연변이 눈 DNA)의 이름을 적는다.

③ ②의 튜브에 각 튜브에 해당하는 초파리의 DNA를 5씩 넣는다.

④ 각 튜브에 로딩염색약을 2씩 넣는다.

⑤ 준비한 젤을 전기영동기 안에 넣는다. 이 때 반드시 well부분이 (-)쪽을 향하도록 젤 방 향에 주의하여 넣는다.

⑥ 젤이 잠기도록 1×TAE용액을 전기영동기 안에 부어 넣는다.

⑦ 마이크로파이펫으로 첫 번째 well에 1kb 래더 DNA마커 4 를 천천히 로딩한다.

⑧ ⑦과 같은 방법으로 초파리 DNA시료를 두 번째 well부터 각각 7씩 차례대로 로딩한 다. 순서는 야생형 gDNA, 돌연변이 gDNA, 야생형 눈 DNA, 돌연변이 눈 DNA 시료의 순 서로 한다.

⑨ 전기영동기의 뚜껑을 덮고 전원을 연결하여 스위치를 켜고 전기영동을 시작한다.

⑨ 약 20~30분 기다리면서 로딩염색약이 젤 의 정도 지점까지 이동하면 전원을 끄고 전기영 동을 멈춘다.

8.~9. DNA, 너의 모습을 보여줘!

1] 일루미네이터가 필요해요

J 전기영동 결과를 눈으로 확인하기 위해서는 일루미네이터라는 특별한 장치가 필요합니다.

일루미네이터는 전기영동을 통해 젤 상에서 분리된 DNA 조각에 특정 파장을 내는 빛을 쪼여 우리가 눈으로 DNA를 관찰할 수 있게 해주는 장치입니다. 보통 광원으로 푸른색 빛을 사용하 며, 여기에 주황빛의 투명한 덮개를 덮어 관찰합니다.

2] 우리가 직접 만드는 일루미네이터

1) 다음에 제시된 준비물을 이용하여 젤 속의 DNA를 관찰하기 위한 일루미네이터를 조별로 설계하고, 제작해봅시다. 일루미네이터 제작을 위해 고려해야 할 점(크기, 주어진 재료 및 기 구, LED의 배치 방법 등)을 조별로 충분히 논의한 후 설계하도록 합시다.

<재료 및 기구>

검은색 폼보드, 푸른색 LED기판, 12V직류전원어댑터, 주황빛 투명 아크릴판, 접착제, 칼, 30cm 자, 니퍼, petri dish(150*20mm), 절연테이프

<설계도>

<기초 설계도 예시>

2) 우리가 직접 만든 일루미네이터로 전기영동 결과를 관찰해 봅시다. 전기영동이 끝나면 전원 이 꺼진 것을 확인한 후, 장갑을 착용하고 젤을 조심스럽게 빼내어 일루미네이터로 옮깁니다.

주변을 어둡게 하고 일루미네이터의 전원을 켜서 전기영동 결과를 확인합니다. 결과를 아래에 표시해 봅시다.

3) 초파리 종류별로 전기영동 결과에 어떤 차이가 있는지 분석하여 기록해 봅시다.

4)우리가 직접 만든 일루미네이터를 광고할 수 있는 기회가 생겼어요! 각 조별로 자신이 만든 일루미네이터의 장점을 소개하는 신문광고 문구를 만들어 봅시다.

10. Fly와 함께 Fly High!

1] 우리들의 연구 성과는요~

J 초파리와 함께 한 우리의 연구는 어땠나요? 우리는 초파리를 이용하여 생물체의 유전물질인 DNA를 직접 추출하고, 전기영동하여 결과 비교를 통해 눈 없는 돌연변이 초파리가 왜 그런지 알게 되었습니다. 이제 우리의 성공적인 연구 결과를 주현이와 다른 사람들에게 공개할 시간이 에요!

1) 사진을 모아서 동영상을 만들어주는 어플리케이션을 이용하여 지금까지 진행한 연구의 전 과정 사진으로 ‘나의 연구 동영상’을 만들어 봅시다. 연구의 전 과정이 포함되도록 구성하고, stop motion, easy toon, snap movie 등 다양한 동영상 어플리케이션을 활용해서 만들면 됩니 다. 사진의 배열과 줄거리 등의 아이디어 정리를 위해 아래 빈 칸을 이용하세요.

2) 만든 동영상의 장면들을 장면별로 간단하게 소개하는 소개글을 작성해 주세요.

나의 연구 동영상 제목 :

장면 장면 제목 장면 내용 소개

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2) 조원들이 만든 동영상을 함께 감상하고, 잘 표현된 점 또는 좋은 점을 아래에 기록해 주세 요.

제 소감은요...

조원 이름 영상 제목 잘 표현된 점 또는 좋은 점