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Para aprender Ciencias hay que hacer Ciencias

Jorge E. Allende

Profesor Facultad de Medicina, Universidad de Chile

Co-Presidente de la Corporación de la Red Latinoamericana de Ciencias Biológicas (RELAB)

Presidente de la Fundación Allende Connelly

CONGRESO DEL FUTURO PARA JÓVENES (FUTURISTAS)

17 Y 18 de Noviembre, 2016

Santiago - Chile

• Para aprender Ciencias hay que hacer ciencias, para las ciencias experimentales esto significa que los estudiantes deben hacer experimentos que demuestren algún Concepto Fundamental que se está enseñando.

• En la educación media en Chile, y en otros países de América Latina, se hacen muy pocos trabajos experimentales.

• Relato sobre una innovación en la Enseñanza de la Biología en Educación Secundaria que se está probando en Chile y otros 5 países latinoamericanos y que permite que estudiantes hagan experimentos de la Biología del Siglo XXI en sus Liceos.

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¿Por qué es especialmente importante la Biología? Una razón es que estamos en una Revolución Biológica debido a una Edad de

Oro de la Biología Molecular 1944 El material Genético es el ADN en los seres vivos - 1944

Las proteínas están genéticamente determinadas – 1949 La estructura del ADN es una doble hélice – 1953 El Código Genético que traduce el idioma de los nucléotidos al idioma de las proteínas (1961-1965).

El Código Genético es universal – la ingeniería genética es posible 1973 – 1975. Es posible hacer bacterias, animales y plantas transgénicas 1975 – 1980. El PCR para amplificar genes - 1983. Métodos para secuencia ADN – 1986 (Sanger) El clonamiento de animales incluyendo mamíferos 1994 El secuenciamiento del Genoma Humano 1988 - 2002 (ADN Basura) Gran parte del Genoma Humano codifica elementos regulatorios 2005 – 2012

2016 Ahora es posible intervenir los genomas de los seres vivos y sacar, agregar y modificar la información genética de los seres vivos – CRISPR – Cas 9 2014-2016 – Llamado a una moratoria de experimentos con Línea Germinal Humana.

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Proyecto Wellcome Trust para “Difundir las Ciencias de la Vida en la Sociedad”

2011 2012

RELAB presentó proyecto en el año 2011 con 3 países participantes con una Universidad de cada país: México – UNAM Costa Rica – Universidad de Costa Rica Chile – Universidad de Chile Se aprueba proyecto con USD$ 48.000

Actividades: 1.- Organización de Cursos Teórico-Prácticos en Biología Molecular y Genómica para Profesores de Biología en Educación Secundaria Cada país se organizaron cursos con similares contenidos que capacitaban y actualizaban a los profesores en 4 conceptos fundamentales de la Biología Molecular y Genómica. Estos cursos son de carácter intensivo y tenían 40 horas de clases, experimentos y discusiones que se dictan de lunes a viernes.

2.- Visita a los Liceos Los profesores que aprueben los cursos pueden solicitar la visita del laboratorio portátil al liceo donde ellos trabajan. Los profesores dictan las clases teóricas a sus alumnos y participan en la organización de los experimentos que usando el “laboratorio portátil” hacen sus alumnos con la asesoría técnica de los estudiantes de postgrado de la Universidad que acompañan al laboratorio portátil. Esto último es clave porque permite el contacto entre los estudiantes de media con los estudiantes de postgrado de las Universidades y este diálogo es tremendamente beneficioso para los dos tipos de estudiantes. Los liceanos ven que hay jóvenes chilenos que se han embarcado en una vida dedicada a la ciencia y los de postgrado adquieren una experiencia clave en transmitirle a la sociedad el porqué es importante que se cultive las ciencias. 4

Conceptos Fundamentales Cubiertos en este curso con Clases Teóricas y Experimentales

• Concepto Fundamental 1

• La identidad genética de las especies y de los individuos esta determinada por la información genética contenida en la estructura del ADN de esas especies e individuos

• El Fenotipo depende del Genotipo

• Experimento de Gustadores y No Gustadores de PTC – Demostración en Feria Alumnos de los Liceos usan técnica de PCR que ganó Premio Nobel de Medicina el año 1993 para amplificar el gen TAS 2R 38 que está en el cromosoma 7.

• Concepto Fundamental 2

• La mayoría de las células de los organismos multicelulares contienen la misma información genética que el total del organismo pero esas células presentan diferencias en morfología y expresan proteínas diferentes que les permiten cumplir diferentes funciones fisiológicas. Esto está mediado por la regulación de la expresión genética.

• Concepto Fundamental 3

• El Código Genético que se usa para traducir la información genética para generar proteínas es prácticamente universal en todos los seres vivos que habitan o habitaron en nuestro planeta y la maquinaria usada para lograr la traducción es también muy similar en diferentes seres vivos. Estos dos hechos son la base para poder hacer ingeniería genética permitiendo que el material genético que es introducido en células vivas de otra especie pueda ser correctamente expresada en la célula receptora.

• Experimento de Transgénesis con gen de proteína fluorescente verde en bacterias – Plasmidio y foto de bacterias fluorescentes. Alumnos usan la proteína cuyo descubrimiento ganó el Premio Nobel de Química el 2008. DETALLES EN LA FERIA

Se trasnsforma a E. coli con este ADN circular que contiene varios genes

Plasmidio pGLO

Transfección en E. coli

Apaga expresión

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Poleron de Alumnas Liceo 7

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Conceptos Fundamentales Cubiertos en este curso

• Concepto Fundamental 4

• La evolución Darwiniana puede ser investigada por medio de un estudio comparativo de las secuencias nucleótidicas de los genes o de las secuencias de aminoácidos presentes en las proteínas codificadas por esos mismos genes presentes en especies relacionadas. La genómica molecular nos aporta información sobre la escala de tiempo en la cuál las diferentes ramas filogenéticas fueron emergiendo en el proceso evolutivo.

• Experimento computacional entrando a banco de datos (NCBI) que tienen la estructura de millones de genes y de las proteínas que estos genes codifican.

• Uno introduce la información de un gen y usa un software llamado BLAST que busca todos los genes similares al humano.

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Secuencia de amino ácido de sub-unidad catalítica de enzima CK2α en varias especies: humana, rata, pollo, rana, (Xenopus laevis), pez cebra y levadura (S. serviciae)

Equivalencia de Amino Ácidos A= Alanina C=Cistenia D= Ácido aspartico E= Ácido glutámico F= Fenilalanina G=Glicina H=Histidina I=Isoleucina K=Lisina L=Leucina M=Metionina N=Asparagina P=Prolina Q=Glutamina R=Arginina S=Serina T= Treonina V=Valina W=Triptofano Y=Tirosina

• El Laboratorio portátil en Chile es realmente portátil pues cabe en una maleta con ruedas y puede ser transportado en el portaequipaje de un vehículo normal, solo requiere fuente de electricidad y acceso a agua potable y mesones.

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En la Feria en el Jardín del Congreso uds. pueden verlo y tener mayor detalle de los experimentos y conocer algunos de los estudiantes de doctorado que actúan como monitores.

Labor realizada en la Etapa Piloto del Proyecto 2012 – 2015 en Chile

Patrocinio y financiamiento : Wellcome Trust (Reino Unido), CONICYT - Chile Red Latinoamericana de Ciencias Biológicas, Universidad de Chile, UNESCO, Fundación Allende Connelly, Municipalidades de Santiago, Providencia, Independencia, Lo Prado, Maipú, Puente Alto, Renca.

1.- Cursos para profesores (4)– 80 profesores de Biología capacitados con módulo teórico-práctico de Biología Molecular y Genómica.

2.- 26 Visitas a liceos de la R.M. y 1 a San Carlos (8ava. Región) aproximadamente 750 estudiantes de media han hecho experimentos de la Biología del Siglo XXI con el laboratorio portátil (30 estudiantes de postgrado han colaborado como monitores).

3.- Se organizaron 2 Talleres Latinoamericanos para generar módulos de “Proteínas y Enzimas” y “Fecundación y Desarrollo Temprano de Embriones Animales”. Con participantes científicos de Argentina, México, Brasil, Perú, Uruguay y especialistas en currículum de Uruguay, Costa Rica y Argentina, además de la Unidad de Currículum y Evaluación del MINEDUC de Chile.

Se presentaron conferencias sobre este proyecto en el Congreso de la Ciencia, Tecnología e Innovación Y Educación de la Organización de Estados Iberoamericanos en Buenos Aires, Argentina 2011, en el Simposio de RELAB en Montevideo, 2013 en la Academia Pontificia de Ciencias en el Vaticano 2015, Roma y en la Fundación La main à la pâte en París Francia 2015.

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Página web : www.laboratoriosportatiles.cl

2016

• “…Módulos Teóricos y Experimentales, desarrollados conjuntamente por científicos y especialistas en currículum, son muy valiosos porque estos presentan: los tópicos científicos más relevantes, las ideas científicas esenciales de un campo del conocimiento que son más significativas para una comprensión profunda, y también los experimentos más demostrativos que son factibles a precios razonables y también señalan los senderos cognitivos que pueden ser entendidos por los estudiantes…”.

• “…Considerando la calidad y eficiencia del módulo existente para biología molecular, uno debiera rápidamente hacer esfuerzos para escalar el proyecto cubriendo otras áreas de las ciencias experimentales incluyendo la física, la química y astronomía y las ciencias de la tierra. Al otorgarle a los estudiantes la experiencia de usar diferentes módulos durante su educación secundaria los expondrá a una amplia gama de estas ciencias…”

Informe de Dres. Pierre Léna de Francia, Amy D’Amico de U.S.A. y Anna Pascucci de Italia

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Escalamiento Proyexto 2016

Esta recomendación ha tenido su efecto y el Ministerio de Educación aprobó un Proyecto con fecha 10 de Junio entre

el Ministerio y la Fundación Allende Connelly.

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2016 Convenios entre la Fundación Allende Connelly, RELAB y 9 Universidades

• Instituciones que están trabajando en el Escalamiento del Proyecto

• Regiones 1. Universidad de Antogagasta –Región Antofagasta 2. Universidad de La Serena –Región de Coquimbo 3. Universidad Católica de Valparaíso – Región de Valparaíso 4. Universidad de Talca –Región del Maule 5. Universidad de Concepción – Región del Bío-Bío 6. Universidad Austral de Chile – Región de los Ríos

• Región Metropolitana

1. Universidad de Chile 2. Universidad de Santiago de Chile 3. UMCE – Corporación RELAB

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Actividades Realizadas el Año 2016 • 6 cursos para profesores realizados en 5 regiones con aproximadamente 60 profesores

participantes.

• Aproximadamente 20 liceos visitados, 7 en Región Metropolitana y 13 en otras 4 Regiones por los laboratorios portátiles con aproximadamente 400 alumnos que han usado el laboratorio portátil de biología molecular para hacer experimentos del Siglo XXI.

• Organización de Conferencia Internacional “Mejorando el Aprendizaje de la Biología y Otras Ciencias Experimentales Relacionadas en los niveles desde Parvularios hasta Educación Media” con 40 expertos internacionales de 24 países y 4 continentes. Abril 15 y 16, 2016. – Consenso Mundial de que la Indagación y la Experimentación son la mejor manera de enseñar ciencias.

• Taller Latinoamericano de Microbiología (Septiembre 1 y 2, 2016) que generó un módulo teórico-práctico de Microbiología del Siglo XXI que vamos a probar en Enero 2017 en un curso para profesores de biología de media.

• Cursos para estudiantes de pedagogía en biología de la UMCE con los módulos de Biología Molecular, Proteínas y Enzimas y Fecundación y Desarrollo Temprano de Embriones Animales.

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Planes para el 2017 • Escalamiento de Módulos de Biología Molecular, Proteínas y

Enzimas y Fecundación y Desarrollo Temprano de Embriones Animales en 7 Regiones.

• 16 Cursos para profesores en Enero y Julio

• 96 Visitas a liceos lo que permitiría que cerca de 3000 alumnos de media pudieran hacer experimentos.

• Capacitación de estudiantes de pedagogía en Biología con módulos teórico-prácticos en 8 Universidades.

• Evaluación Internacional del proyecto en su impacto en el aprendizaje.

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