本站授權方式

創用 CC 授權條款
阿梅的生物圈一號韓中梅製作,以創用CC 姓名標示 3.0 台灣 授權條款釋出。
此作品衍生自montanahanbio.blogspot.tw

下載檔案請注意

這個部落格的目的

1.讓學生在需要時能有材料自學/預習/複習
2.生物教師(現在及未來的)能一起討論更棒的教學活動

所以請求檔案分享時請您寫個信告訴我您是誰囉~

2016年11月30日 星期三

從腎動脈及腎靜脈灌墨水觀察微血管們

從腎靜脈打



從腎動脈打

高中生物解剖課程的嘗試



我越來越懶了。
我已經好幾年不用書商送的實驗手冊(不管那個名稱叫甚麼)了。

這幾年至少在高三都是用實驗報告。
不過我很懶,所以只要求學生在一學期至少寫兩篇。
而且要是我改到好的兩篇。
所以學期初會先講這張



很多學生覺得解剖很好寫,因為就觀察咩。
所以挑解剖實驗來寫的,我會跟他們說
1.實驗目的要說清楚,非得要殺死一隻豬才能學到的東西是甚麼,也就是為什麼有圖片有模型有動畫還不夠,有甚麼是實際解剖觸摸才能搞清楚的。
2.實驗原理就是在實驗過程中用哪些原則來達到上面的實驗目的。
.
.
以往在解剖時我都笨笨的從頭交代到尾,因為懶,本來今年想要放影片算了,反正學科中心有拜託美蓮老師拍很棒的影片。
不過我的懶,戰勝一切。
我只列了一張問題單,請學生看看要怎麼回答。
然後只要下去問一問就好了,啊哈哈。
而且小朋友常常一副"哼哼我看完了",結果一問就倒掉,然後臉上露出對他自己的疑惑"對欸,我剛剛怎麼沒想到"超好玩。


2016年7月15日 星期五

發酵工程初探--應用生物學探究與實作

從朋友那邊得到三種發酵食品,容易操作(不用無菌操作、可以室溫培養),也很容易得到學生歡心(超級好喝/吃),還能找到很多好資料。
我用其中一種發展了一組課程,但我相信其他兩種也可以照樣操作。
================================================================
食品簡介
這三組發酵食品是milk kefir、water kefir及kombucha。
milk kefir牛奶克菲爾是用牛奶(無糖豆漿也可以)為原料,產物呢,簡單來說是優酪乳,但是跟市售優酪乳很不一樣。
首先,市售優酪乳菌種簡單(通常在八種以內)而固定,牛奶克菲爾中的菌種複雜(可以超過30種)而變動大。因為還含有真菌,這些真菌會製造多糖,形成膠膜狀構造,不止會形成像粉圓一樣的小球體,還會讓優酪乳濃稠,不用加增稠劑就可以。因為菌種複雜,代謝出來的有機酸跟芳香烴類就很多樣,所以牛奶克菲爾的風味比市售優酪乳要多很多。

water kefir(aka tibicos )糖水克菲爾。原料是蔗糖,產物主要是乳酸,酒精及二氧化碳,後期會有的甜味是來自甘露醇。成品是酸甜的微酒精氣泡飲料,網路上有非常多教學影片,配方做法都不一樣。

在美國很多人用椰子水去做,然後每天換。我還沒試過這個做法。據網路上的影片來看,用椰子水去做可以有非常大的產氣量。我猜是椰子水裡有大量的游離胚乳核,大量的核苷酸可以作為刺激真菌分裂的細胞分裂素,所以產氣量大。但是因為台灣弄椰子水比較貴,我還沒試過。

我是用蔗糖水,3~5天換一次,視氣溫而定。喜歡氣泡多的話,加顆(沒有防腐劑、沒有燻硫)無花果可以增加酒精發酵的菌種代謝。
有人說不能加黑糖,可是也有人說加黑糖很好。我試過加黑糖及紅糖,好像沒什麼不可以,但因為酒精味比較重,我不愛,所以後來就還是用蔗糖。
網路上還有很多人說要加小蘇打(還是蘇打?)調整酸鹼值,但我認為那只是改變菌種生長的順序與速度。而且發酵過程產生的酸(還有他們很愛加檸檬片),可能也會和小蘇打進行化學反應,產生二氧化碳。那種配方看到的氣泡量很大的原因可能是這個。
(如果有夥伴願意嘗試找到原因那就太好啦)

kombucha紅茶菌,含糖紅茶為原料,產物主要是醋酸,酒精及二氧化碳。可以簡單快速做出各種醋。因為有會產生細菌纖維素(?)的菌種,所以會產生一層果凍狀的厚膜,變化更多一些,可以拿來做甜點、軟糖、椰果與衣服(!)

以上三種都是需要氧氣,所以用布或餐巾紙封口就好,不要密閉。
下面是除了罐子之外需要的器具
因為據說不能碰到金屬,所以我準備了一個玻璃壺煮水。
但是我自己覺得啦,其實只要容器是玻璃的就好,其他的器具接觸菌的時間不長,應該是不太會有影響。不過因為東西都買了,所以我也沒有特別嘗試用金屬的東西去操作。
================================================================
基本概念
1.操作
這三組發酵食品雖然不需要無菌操作,但基本的清潔與培養概念還是要教學生。
另外,之所以不需要無菌操作,是因為利用優勢菌種可以淘汰弱勢菌種的概念。所以,維持我們要的菌種在優勢狀態很重要,也就是要給這些菌充足的營養。更換培養基(牛奶、糖水或紅茶)的時間間隔、環境溫度與氧氣濃度就決定了裡面優勢菌種的組成。

以牛奶克菲爾來說,12小時換一次跟24小時換一次,裡面的優勢菌種就會不一樣。我是建議不要超過一天,拖太久,利用乳糖的菌種沒原料,就會讓雜菌有機會生長。

Milk kefir裡的細菌可以在較低溫度生長,而真菌需要較高溫。所以夏天的牛奶克菲爾會比較多真菌做的多糖,顯得濃稠,冬天時做出來的就比較不稠。

網路上的資料都說不要用金屬的濾網與湯匙,我猜可能跟金屬會影響微生物的代謝反應。
我沒勇氣嘗試,也許有興趣的夥伴可以做些實驗試試看。

如果發酵速度太快,不建議用放冰箱來減緩速度。因為當優勢菌種生長速度減緩,雜菌就容易長出來。
可以用減少菌量或是減少原料(或兩者一起)來控制產物量。

如果要比較長時間無法更換培養基,以牛奶克菲爾來說,還是可以放冷凍。
解凍後,縮短更換牛奶的時間,讓優勢菌種早點取回優勢,應該就可以。在解凍後的第一次培養,建議還是先將器具消毒一下,因為優勢菌還不太優勢啊。

無糖豆漿也可以拿來做為原料,我的學生做完後,有的人很喜歡,有的人覺得很恐怖。
我覺得如果要嘗試,建議多更換幾次豆漿,等菌種穩定後,在開始把成品拿來吃。一開始菌種的消長還沒穩定,可能有些蛋白質分解的中間產物還沒有足夠的菌可以繼續分解,可能會有些不好的口味與氣味。

2.菌種與安全
也因為太多因素會影響微生物的生長,這些食品中的菌相變動很大,在食品安全上常讓大家有疑慮。但是,在操作得當、適量攝取的狀況下,可以說幾乎沒有健康風險。

因為益生菌對健康的影響中,其中有一個是跟菌種本身不太有關係,而是菌相的複雜度。多樣的菌相可以提升腸道淋巴組織的狀態,讓我們的免疫系統有真正(但又不會有實質傷害的)的敵人可以對抗,就不會閒閒沒事做去攻擊我們自身的細胞,這是益生菌能降低過敏反應的其中一個機制。
(所以常用抗菌產品的人,反而容易有過敏的產生)

3.二次發酵
每次更換培養基(牛奶、糖水或紅茶)時,是將像粉圓(或像果凍)的固體留在罐子裡,把液體倒出來。
罐子裡加入新的培養基(牛奶、糖水或紅茶),開始新的一輪發酵。

每組發酵食品裡的菌種都有自己的生長順序,所以更換的時間會決定哪一類菌長得最好。
倒出來的液體也含有很多菌,所以可以再加入新的培養基做二次發酵,這時候就是可以玩不同變化的時機了。

舉例來說,牛奶克菲爾在一次發酵8小時候,將液態部分倒在另一個罐子中,這一罐若能盡量倒滿後密封12小時,成品會酸度適中、質地柔滑。因為在8小時的時候,產氣的真菌還沒有開始快速增長,而主要作用的乳酸菌是好氧的乳酸菌。當我們提供缺氧環境時,則換另一批乳酸菌開始長。

還可以將做麵包的酵母減少到30%,然後加入70%的牛奶克菲爾,發酵時間拉長到六小時(記得加保鮮膜)。
烤出來的面包會很細緻柔軟(因為產氣速度比較慢,量比較少,然後又有分解蛋白質的菌種在裡面,所以筋性會降低)

液態的部分還可以放冷凍庫,就變成優格冰沙(記得加糖啊)
固態部分長太快可以把它們吃掉一些,有人也把固態部分用紗布包起來,加壓把水擠出來,就變成很像乳酪的東西。

糖水克菲爾則可以加入各式果汁,做天然的碳酸果汁飲料。因為一開始我們的糖水濃度高,所以倒出來的菌液濃度也高,直接加果汁做二次發酵對我來說有點味道太重(但非常好喝),所以我目前比較喜愛的比例是菌液:果汁:水=1:1:1。我喜歡蘋果汁(比蘋果西打還好喝)、橘子汁(比芬達好喝多惹),目前在嘗試蔓越莓、水蜜桃、杏桃跟酪梨。椰子汁則是會有比較重的酒精。
糖水克菲爾的二次發酵產氣量大,所以在氣密瓶中作要小心瓶子本身有瑕疵。
不喜歡氣泡感的話,只要放在一般瓶子就好,還是要加蓋喔,二氧化碳會從縫隙漏掉。

紅茶菌分離出來的菌液很酸,建議不要空腹直接喝。稀釋一點或加果汁調味會比較不傷胃。
我現在喜歡也加入果汁去做二次發酵。舉凡可以作為果醋的,應該都是很好的搭配。也有人加綠茶。

二次發酵要多久?就看大家喜好,反正果汁作為原料,時間越短,被分解的程度就越少。果香會比較接近原來的味道,多些乳酸,跟一些二氧化碳造成的氣泡口感。時間長一點(以目前夏天大概30度左右的氣溫)放36~48小時的話,原來的果汁味道會比較不明顯,除了更多
乳酸味道之外,二氧化碳與酒精就會很明顯。如果放在可以氣密的瓶子,開瓶時就會很刺激喔,會噴的比香檳開瓶還高。

三組菌裡的菌種都有共通性,所以只要用不同培養基,就可以慢慢轉變成另一組菌。
比如說糖水克菲爾只要用牛奶慢慢養,可以轉成牛奶克菲爾的~因為都有乳酸菌啊!

然後因為兩種克菲爾裡都有啤酒酵母,所以只要慢慢加澱粉下去養,提高啤酒酵母比例,就可以當作發麵團的液態酵母喔~

如果學生要做氣密,請務必提醒注意~如果玻璃瓶有敲過,雖然沒有裂痕,但是氣壓高的時候會爆掉的。安全上是還好啦,我比較討厭清理(我爆過四瓶)。所以建議放在一個可以關起來的小箱子或是袋子裡,這樣爆掉的話,也很好清理。

作固液分離時,可以用一個塑膠濾網(網子本身也要是塑膠的喔)跟漏斗幫忙


================================================================
課程設計
以下是我的設計,有很多其他的玩法,看教學目標而定,也可以跟化學科合作喔~
可以針對發酵過程探討,也可以針對發酵產物,如果學校有做fingerprinting的設備,也可以做菌種鑑定。再來就是不同配方及更換時間,會對菌相或是產物有什麼影響?真的不能用金屬的嗎?用了有什麼影響?還有太多變因可以測試,應該可以玩得很大。而且學生自己都會有很多疑問的。

我原本的設定是希望學生能瞭解發酵就是化學反應,然後可以找出影響這組化學反應的因子有原料、菌種、環境因子如溫度、酸鹼度等。
後來到一半時,發現學生連「問出一個可以用實驗檢測的問題」都不會,所以就目標就改為這個,然後能設計出正確的「實驗組、對照組」就好。(這個雖然考試都會選對,但是叫他們自己設計就幾乎全部破功)

我是用water kefir做主軸,因為這個受歡迎程度比較高。

如果要用紅茶菌kombucha作為主軸,資料更多
這組菌裡,有木質醋酸菌,所以可以合成(應該是)細菌纖維素,用椰子汁養,就會出現真正的椰果喔。

這三組菌的簡單比較如下,產物及菌種都只是大概而已喔。


牛奶克菲爾milk kefir
糖水克菲爾water kefir
紅茶菌kombucha
原料
全脂牛奶
20%蔗糖溶液
12%蔗糖紅茶
產物
主要是乳酸、少量二氧化碳、各種小分子有機酸
乳酸、CO2甘油、醋酸及甘露醇
主要是醋酸、乳酸、少量二氧化碳
細菌
Acetobacter fabarum
Acetobacter lovaniensis  
Acetobacter syzygii  
Acinetobacter  
Bifidobacterium spp Dysgonomonas  
Enterococcus faecium  
Gluconobacter japonicus
Halococcus spp.
Lachancea meyersii
Lactococcus lactis subsp. cremoris  
Lactococcus lactis subsp. lactis  
Leuconostoc lactis
Leuconostoc mesenteroides  
Pelomonas  
Pseudomonas putida    
Shewanella  
Streptococcus thermophilus
Weissella   
乳酸菌 Lb. amylovorus  
乳酸菌 Lb. brevis  
乳酸菌 Lb. buchneri 
乳酸菌 Lb. casei  
乳酸菌 Lb. paracasei  
乳酸菌 Lb. crispatus 
乳酸菌 Lb. delbrueckii
乳酸菌 Lb. helveticus  
乳酸菌 Lb. kefiranofaciens  
乳酸菌 Lb. kefiri  
乳酸菌 Lb. parabuchneri
乳酸菌 Lb. parakefiri  
乳酸菌 Lb. plantarum
乳酸菌 Lb. satsumensis
乳酸菌 Lb. uvarum
 乳酸菌 Lb. hordei/mali
 乳酸菌Lb. harbinensis/brevis
 乳酸菌Lb. casei/rhamnosus/paracasei
 乳酸菌 Lb. hilgardii/diolivorans
 乳酸菌 Lb. ghanensis/nagelii
 雙歧桿菌Bifidobacterium psychraerophilum:
 醋酸菌 Acetobacteraceae                 
 未知菌種
Gluconobacter oxydans
Komagataeibacter sp.
K. intermedius,
K. kombuchae
真菌
Candida inconspicua
Geotrichum candidum  
Kazachstania aerobia
Kazachstania exigua Kazachstania unispora  
Kluyveromyces lactis  
Kluyveromyces marxianus  
Kluyveromyces marxianus var. lactis  
Pichia fermentans  
Pichia guilliermondii
Pichia kudriavzevii
Saccharomyces cerevisiae  
Saccharomyces martiniae  
Saccharomyces turicensis  
Saccharomyces unisporus
釀酒酵母Saccharomyces cerevisiae
酒香酵母Dekkera bruxellensis
Pichia,
Brettanomyces/Dek-kera,
Candida
Zygosaccharomyces;
Zygosaccharomyces bailii

分成三個階段
一、引誘+觀察                                                                                                                                       
我得到這三組菌之後,因為量不夠三個班的學生分,所以我花了些時間先把菌養夠,才開始這個課程。在這個過程當中,也讓我自己熟悉菌的狀況跟可能出現的問題。

這三組菌都是好喝的菌,變化也很多,有很多玩法,如果喜歡,老師自己可以玩出很專業的東西喔。
以milk kefir跟kombucha來說,都有商業生產的產品,而且還很高貴~

我在上學期倒數第三週,把三組菌的二次發酵產品帶給他們喝,大家都很喜歡,尤其是糖水克菲爾的蘋果汁二次發酵。大家自己選要哪一種都可以,登記給我(當然學生有自己喜歡的發酵食物想嘗試也可以,像是我還有提供紅麴跟酒麴,另外給他們操作說明。)

倒數第二週則是請他們自備玻璃瓶(不用太大,因為菌也不多,但不能是金屬蓋子),我帶菌種去分給他們。

最後一周跟學生聊聊,確認他們養菌的方法沒有太天兵(有人整罐拿去蒸,我也不懂為什麼),就交待寒假作業,請他們紀錄養菌的過程中,想到的疑惑,還有查了哪些資料,這些是我下學期開學後的活動起點。我沒有印講義1養菌方法講義3觀察與資料搜尋,而是給他們連結,直接請他們自己下載就好,因為很多資料用電子檔比較方便整理。


下學期的應用生物學,第二章有發酵的單元
先講 講義5益生菌與人體,這是從我去紐約自然科學博物館看的展覽+我們只有10%是人類整理出來的。
然後講講義2發酵原理講義4呼吸作用與發酵
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
二、形成問題+設計實驗                                                                                                                        
然後把學生在寒假養菌的過程中想到的問題用合併列印,印在回收的答案卡後面。
看他們的問題很有趣,大家可以參考看看。沒有受過科學訓練的人,想出來的問題,跟我們的想像很不一樣噢。

接下來讓學生用全班的討論來將問題分類,大概就可以歸納出問題都繞在「原料」「菌種」「產物」「培養條件」這四大因子上(但要從空白的領悟出這四個因子,其實對他們來說有點難度)
然後可以提供便利貼,讓他們去嘗試回答同學的問題。



接下來我找一篇糖水克菲爾的研究報告給學生看。

water kefir的發酵作用(英文)water kefir的發酵作用(我翻譯的中文)有一些專有名詞我盡力在網路上找,如果不是台灣常用的說法,也非常希望大家跟我說。
這個部分如果可以跟化學老師一起設計教學的引導會很棒!
中文的部分也可以做簡化再給學生,因為內容有很多專有名詞,會讓他們頭很痛。
我想了很久,還是給他們完整版(其實我已經刪掉一些東西了),因為我想讓他們理解真正的研究報告有多嚴謹,所有實驗都是可追蹤、可重複的。所以就忍痛逼他們看完了。

在看完的第一時間,請他們簡單記錄


"摘要"涵蓋內文的哪些內容 []前言 []材料與方法  ⬜[]結果  ⬜[]討論
我注意到材料與方法的書寫重點與特點分別是....
我認為作者在結果與討論所作的區別是......
第一次看正式的研究報告,我發現它與一般的教科書或科學雜誌的不同有..........
這篇報告的內容回答了我的問題.......
我很好奇........
我有想到........
我覺得.........

現在回頭想想,我實在很貪心,光看報告跟討論這個就可以做一個超過四節課的課程,我竟然塞在兩節課裡。雖然有挺不錯的效果,但是其實可以好很多。


要花些時間解釋每一步的實驗設計,因為有一些設計是微生物學專有的。
還有,這個實驗裡的操縱變因只有一個,就是時間。但學生會覺得有很多個!

讓他們共同提問,把看不懂的地方弄懂。


將文章裡的段落分配給不同小組,請小組整理那一段的實驗設計,討論一下這一段到底作者要回答什麼問題~這個對他們超難的喔。
然後請各組簡單講給全班聽。請大家把聽到的結果整理在講義6變因與實驗設計上。

最後把糖水克菲爾發酵的過程與結果跟學生確認一次(講義6water kefir實驗中的結果圖表彙整



看完,解釋完,讓他們看過後再回頭看前面同學累積問題,用文章中學到的實驗設計與結果再重新回答這些問題。


讓他們小組討論在布幕上選一個喜歡的問題,討論要如何設計實驗來探討。
這對學生很難喔。
首先要讓他們問出一個「可以用實驗檢測的問題」就會花掉一節課
因為
1.要先讓他們將卡片上的疑問,變成一個「問句」
2.這個問句不能是「是否會影響」,而要變成「如何影響」
3.讓問句中的結果是可以量化檢測的

直接用講的讓他們練習會比較簡單,但是我希望能讓他們自己發現「原始的問題」與「受過訓練的問題」的差異,所以就花了超久的時間(也因為我的引導功力低落...)。

問題弄好了,基本實驗設計就好了。
接下來讓他們討論具體的實驗裝置與步驟。
沒做過實驗的學生會對操縱操縱變因的概念很模糊。
例如,如果溫度是變因,他們的原始設計就是「高溫」「低溫」而已。
問他們如何改變溫度,會出現「吹冷氣」、「放冰箱」這種不會出現在老師腦袋中的方法。(據說是因為這兩種機器可以設定溫度)
如果追問溫度要設定幾度,還會出現50度、0度這種想法,超有趣的。
但是如果問他們,如果要讓菌長得比較好的溫度,他們卻又知道是在室溫附近。
對於要如何控制溫度不波動,不知道水浴槽這種東西的學生,會比較無法想像。
總之這個過程超有趣的。

建議先說明操縱變因、控制變因及應變變因的關係,雖然他們學過,但是......you know......



擬定題目



(須為能反映控制變因及測量項目的問句)
操縱變因 

說明控制此變因的方法或裝置


控制變因

說明如何設置對照組,並確保控制變因不會影響結果


應變變因

說明測量數據的方法


請以簡圖表示實驗組與設計組的裝置數量及實驗流程








設計一個紀錄數據的表格







請設計一個圖表呈現數據間的關係



在這個活動的後半,需要學生想像到時候結果要如何記錄,如何做圖。
這有助於他們檢查自己的實驗設計是不是正確。
所以要先從講義6water kefir實驗中的結果圖表彙整來看看正確的作圖。
對我來說,比較難教的是設計一個記錄數據的表格,因為他們從來沒有自己設計實驗過,所以無從想像。

比較正確的做法是他們設計完,跟我確認完設計與器材後,就開始讓各組進行實際操作實驗。
讓他們從操作中發現自己的不精準,從整理數據時發現表格要如何設計才容易記錄,做出圖表後跟大家報告,再來看作圖。

但我教到這邊就懶了,所以只有乾實驗的設計。
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
三、執行實驗+歸納結果+討論與延伸                                                                                               
這是原先設計想要做而沒做的。


2016年7月13日 星期三

你能喝酒嗎?--用亞洲紅asian flush作為基因與遺傳的教案



如這是從http://www.gbhealthwatch.com/Trait-Asian-Flush.php翻譯過來的文章
如ㄑ
可以從性狀講到基因,從基因講到突變,從突變講到DNA。 這學年是搭配高二基因與遺傳的章節做結尾活動。
用5mm見方的脫脂棉片貼在手腕內側7分鐘後,拿起來若是紅紅的,就表示ALDH作用不足。
還可以帶到族群遺傳及生物地理學的概念喔。
至於怎麼用,就看大家囉~
另外感謝薛靜瑩老師的好點子,還可以跟鐮刀型紅血球貧血症做比較,可以看不同天擇壓力下的微演化過程喔。

==================================================================
genes and me » asian flush  


如果你曾經跟中國、日本或韓國人一起去喝酒,多半都會看到他們只喝了一口酒就滿臉通紅。但若問他們是不是不舒服,他們又可以好像正常的說笑。
所謂的「亞洲紅」就是指這種在東亞很常見的酒精反應。在1981年時就已經有醫學報告( Lancet)指出這個反應與肝臟的ALDH2酵素作用不足有關https://lh5.googleusercontent.com/Lkg8SkLTye8Ia3n0Om_n-ATm0-1MOHK_fxhyeNg6HdB4tPwyDHtzAxuXAxwxPzbD81_oh5pnoniw5hwco9-EgvahyEteFBUNIIo3WKolZdWYEsDVMvUDr3AOm4Ew6BWIS0jbrs0
人體內主要是在肝臟分解酒精,主要的兩種分解酵素是乙醇去氫酶(ADH)與乙醛去氫酶(ALDH)。他們會合作將乙醇氧化為乙醛,再氧化為乙酸。
chemical breakdown of alcohol
正常的乙醛去氫酶基因ALDH2*1上的其中一個核苷酸G變成A(rs671=ALDH2*2),導致轉譯後的胺基酸從原本的麩胺酸變成離胺酸。改變後的乙醛去氫酶基因稱為ALDH2*2,轉譯出來的酵素將乙醛轉變為乙酸時的效率很差,造成乙醛在血液中堆積,也就使得微血管擴張,在皮膚較薄的地方看起來就會紅紅的。
對於人類來說,乙醛是一個致癌因子。研究顯示喝酒後臉紅除了顯示ALDH2功能不足外,可能也意味著罹患食道癌的風險增加6到10倍。訓練酒量有時候會慢慢減少喝酒臉紅的現象,但罹患食道或其它相關癌症的風險仍然是非常高的。
有趣的是ALDH2*2這個突變後的基因只出現在約1/3東亞後裔身上。某些歐洲人也會有喝酒後臉紅的現象,但是就不是因為ALDH2*2這個基因了,至於為什麼,還沒有人知道真正的原因。下面的圖中,紅色的部分顯示的就是ALDH2*2這個基因在各個地方族群中所佔的比例(主要一共有四種不同的ALDH2基因).

ALDH2*2這個基因在地理上與種族間的分布很特殊,所以有研究者認為這與種植稻米的歷史有關。有的研究者認為這個突變基因是從二、三千年前居住在東南亞北部的百越族開始的。歷史學家認為百越族是河姆渡文化的起點,也是最先開始種植稻米與茶的民族。
.在研究乙醇去氫酶ADH時,科學家也發現類似的現象。正常版的ADH基因中第47個核苷酸發生點突變,造成突變版的基因「ADH1B」,原本應該轉譯出天門冬胺酸在突變後就變成了組胺酸。突變後的乙醇去氫酶作用特別「快」,可以快速地將乙醇轉化為乙醛,但細胞來不及將乙醛轉化為乙酸時,乙醛就會在血液中堆積。就像ALDH2*2 基因,ADH1B這個突變版的基因特多的族群也是集中在最先種植稻米的地方。
Geographic and racial distribution of the ALDH2*2 allele為為什麼最先開始種植稻米的族群會保留這些突變基因呢?有科學家認為是因為具有這些突變基因的人喝了酒會不舒服。釀酒的歷史幾乎跟種植稻米一樣悠久。釀造出來的酒精提供了一個安全的飲料來源,也幫助當時的人們保存過剩的稻米。但是喝太多酒所帶來的問題,不論是以前還是現在都是一樣的,經濟上的、健康上的負面效果都很大。所以,基因都正常的人反而比較可能有酗酒的問題,雖然不一定那麼簡單,但統計上已經證明具有突變基因ADH1B*47His或是 ALDH2*2的人,有酒精成癮的機率較低。
References
1. Peng Y, Shi H, Qi XB, Xiao CJ, Zhong H, Ma RL, Su B. The ADH1B Arg47His polymorphism in East Asian populations and expansion of rice domestication in history. BMC Evolutionary Biology 2010, 10:15. PMID:20089146
2. Cui R, Kamatani Y, Takahashi A, Usami M, Hosono N, Kawaguchi T, Tsunoda T, Kamatani N, Kubo M, Nakamura Y, Matsuda K. Functional variants in ADH1B and ALDH2 coupled with alcohol and smoking synergistically enhance esophageal cancer risk. Gastroenterology. 2009 Nov;137(5):1768-75. PMID:19698717
3. Chen YC1, Peng GS, Wang MF, Tsao TP, Yin SJ. Polymorphism of ethanol-metabolism genes and alcoholism: correlation of allelic variations with the pharmacokinetic and pharmacodynamic consequences. Chem Biol Interact. 2009 Mar 16;178(1-3):2-7. PMID:1901492

2016年6月5日 星期日

103高一免疫


高一的免疫對我來說很困擾。
因為課本講的好細,在一節課裡要把專一性免疫的原理講到學生不至於完全聽不懂已經很困難,還要講很多名詞跟作用。
所以以前我一邊講會一邊用一些比喻。
可是後來擔心比喻不恰當會讓學生反而卡住,所以想說講作用本身就好。
我發現在其他單元,原理很單純的,沒比喻是比較好的,我還可以省下時間讓學生討論。
可是在這邊,不用比喻我實在沒能力讓高一在一節課中把這個稍稍搞清楚。

所以我這次一開始就說了一整套比喻。
我也跟學生說明因為這個很複雜,所以我先用比喻讓大家把發生的事情搞清楚。

有一個語言認知有點困難的小孩,有特別來跟我說,她這次有聽懂了~(雖然我不確定她聽懂多少,但至少她很開心就是了)
所以我想說記錄一下這次的流程

================================================


我們班是一個國家,常常有外星人入侵。
這些外星人來自很多不同星球,有些來這邊搶資源,造成很多破壞,有些會附身到人類身上,吃空你的內臟,在人類身體裡繁殖出好多個外星人。這些外星人越生越多最後把人類身體都撐破了。
所以我們班有兩組警察來保衛我們。
第一組警察是這一組。
他們每個人都專門對付不同星球來的人。比如說他負責甲星球,她是負責乙星球來的外星人。
這一組警察怎麼殺外星人呢?他們會製造導彈,只要發射出去,就會自動追蹤某個星球的外星人。所以這組警察超輕鬆的,他們只要待在警察局裡面喝茶聊天就好惹~
只要有人通報說,「ㄟㄟㄟ,有 你負責的外星人入侵,趕快工作吧」的時候,坐在辦公桌那邊按按鍵就好了(請老師認真表演)

第二組警察就不一樣了,他們專門找那種已經被外星人附身的地球人。
他們三不五時就要出去巡邏,而且要看得很仔細(老師記得去一個人旁邊上下打量)。
如果覺得好像看到露出一截狐狸尾巴,就要確認一下是不是自己負責的外星人。

如果是自己負責的外星人要怎麼做。你的同胞被附身了,大家覺得要怎麼做?
把外星人趕出來?把同胞殺死?
不過如果要確定外星人被趕盡殺絕,要選哪一個?
是der,把同胞殺死吧~

這組警察會緊緊抓住這個被附身的人(請緊抓一個不會抗議,而且比較有戲劇效果的學生),然後就用武器一直捅一直捅,捅到他什麼都流出來為止。這樣這個人一定會死翹翹。(老師請認真表演)

可是這組警察啊,是要殺死自己的同胞的,他不能殺錯啊。他不只要認得外星人,還要能辨別地球人是不是真的被附身,免得人家只是衣服有線頭,他也以為是外星人附身。
所以跟第一組警察從大學一起畢業以後,第二組警察還要再去讀研究所才可以。讀完,確認不會殺錯人才能放他們出來工作。
第一組警察的部門我們給他們一個代號是B部門。
第二組警察的部門是T部門。
(最好有圖卡)

如果是你,你想要當哪一組警察?你要當第一組比較輕鬆的B部門,還是第二組比較厲害的T部門?
(老師一定要停下來讓他們選)
(通常會有人兩組都不選)
那沒舉手的人要做什麼工作?

啊那將好了~如果有第三組工作叫做「出一張嘴指揮官」,你就是專門負責觀察有哪些外星人的痕跡,指揮這兩組裡面負責的警察開始工作。

如果有第三組工作,那我們再來選一次好了。


出一張嘴最聰明了,又不用巡邏,也不用努力製造子彈,多好啊~~
(通常會有一些學生要努力消化這種價值觀)
最近的歷史上有一個人,因為出一張嘴很厲害,所以被我們尊敬著,還幫他做了一首歌呢!
(是誰呢,請大家自行發揮想像力)


可是出一張嘴是最重要的一環,他叫錯人,或是根本沒叫人,那這兩組警察就根本不會工作了~~所以我們的OO還是很值得尊敬的啦(免得被家長投訴)



前面我們說的是這些警察怎麼工作,接下來我們要說這個過程當中兩個很棒的設定。

地球只有一個,可是外星球有好多個,這些外星人入侵地球的時候,也不會單槍匹馬就來了。也就是說,每次來的外星人也許是從同一個星球來,可是可能一次來很多!

可是如果我們平時這兩組警察裡,負責每個星球的各有一百個警察,萬一有些外星球的人根本沒來,那麼那些警察要花掉好多薪水才能養他們ㄟ,而且閒閒沒事幹亂按按鍵就會導彈滿天飛。
可是如果負責每個星球的都先只養一個,萬一來的外星人很多就剉賽了。

所以我們這個國家在養警察時有個很棒的設計喔。
就是!平時人少少,等到要工作前,先自行複製很多個自己,再一起進攻外星人。
而且這些複製出來的警察,一部分是馬上一起攻擊外星人的,還有一些是會留在警察局,下次一起攻擊的。

像這邊畫的,這四個警察都認得不同外星人,但是若有乙外星人入侵,那麼負責乙星球的警察先複製出六個自己,其中三個現在一起開始工作(就是開始製造導彈),另外三個,會下次再開始共作。

所以下次如果再有乙外星人進來,那麼就會有四個負責乙星球的警察開始複製,就不像第一次一樣只有一個單打獨鬥。

也就是說,乙星球的外星人來得越多次,負責乙星球的警探就會越來越多。
假設一直都沒甲外星人來,我們也不用花這麼多薪水養攻擊甲外星人的警察~



前面我們講的這組故事裡,兩組警察是淋巴球,誒...我忘記第一組的部門代號了,是什麼?(老師請裝的像一點)歐對了是B,那第二組呢?是的,是T...
我們身體裡的警察大學,是骨髓,第二組警察,T部門的,他們要去的研究所在胸部有個特殊的地方叫胸腺。



可是同樣都是警察,為什麼他們製造出來的子彈會針對不同外星人呢?

把右上角淋巴球幹細胞和五種胞毒T細胞拿在手上,靠近學生,讓學生看得清楚上面的基因編號和受體結構。簡單解釋一下基因組合不同導致受體結構不同的關係就好。

放回黑板,解釋五種針對不同抗原的胞毒T細胞,只有其中一個被挑出來工作,並且會先複製出「下次備用的細胞」(讓我們身體下次會「記得」這次入侵,並且能夠更快反應,所以叫「記憶」細胞)跟「這次作用的細胞」。(一邊說一邊寫)

然後解釋巡邏到被感染的細胞時,T細胞用穿孔素使受感染細胞死亡。因為是T細胞毒死其他細胞,所以叫「胞毒」T細胞

另外一邊B部門發生一樣的事情「有好多警察」「其中一個被挑出來」「有這次作用跟下次作用的細胞」。(重點在重複clonal selection還有記憶性的機制)




剛剛有提到出一張嘴的,需要很正確的指揮別人,所以也要去研究所,跟第二組警察是一起畢業的,所以也是算T部門的,不過他是協助兩個部門的角色,所以叫輔助者T細胞。

他怎麼知道要指揮誰呢~
(從病原被吞噬開始講起-->吞噬細胞作抗原呈現-->去兩個部門找跟自己認得同一個外星人的警察開始作用)(其實這邊也有clonal selection,但我要等有學生個別問的時候才講)


從病原入侵開始到產生記憶細胞再講一次。
可以同時請他們參考下面白板上的文字版。整理在講義上。




=======================================
剩下的十五分鐘,讓學生參考黑板與課本

找出
1.初級與次及淋巴器官
2.為什麼某些地方的淋巴結比較多?

跟同學討論下列問題

1.請以細胞免疫及抗體免疫的記憶性解釋疫苗的作用
2.後天性防禦的設計有甚麼優點
3.最近一次生了什麼感染性的疾病?請上網尋找疾病病因及致病機制(甚麼病原、如何使人體產生各種症狀),並以本節所學解釋復原的過程