Manual til Bakteriemysteriet SPILLETS FORMÅL Dette spil er udviklet med et overordnet tema og en række minispil. Formålet med spillet er at udvikle et IT-læringsmiljø om multiresistens, som skal illustrere, hvordan de gymnasiale naturvidenskabelige fag bruges i frontforskningen. Projektet skal afdække, om IT kan understøtte elevernes læring ved problembaseret undervisning og ved at visualisere udvalgte dele af stoffet. Læringsmiljøet skal kunne inddrages i den almindelige undervisning i de naturvidenskabelige fag på de gymnasiale uddannelser, og der udvikles undervisningsforløb, hvori spillets temaer indgår. SÅDAN INSTALLERES SPILLET (PC / MAC) Spillet kan downloades fra http://fleretilscience.dk/?page_id=13, og vi anbefaler, at eleverne henter det inden timen, så de ikke overbelaster skolens netværk og har tid til at løse eventuelle problemer. Det er vigtigt, at eleverne har opdateret Java, når de spiller spillet. Windows: Spillet hentes som et zip-komprimeret arkiv og skal pakkes ud før det kan bruges. Udpak arkivet ved at højreklikke på arkivet og vælge "Udpak alle". Programmet kan derefter startes ved at dobbeltklikke på "bakteriemysteriet.exe". Mac OS X: Spillet hentes som en app. Dobbeltklik på den hentede fil for at køre programmet. MANGLENDE RETTIGHEDER (WINDOWS) Hvis programmet ikke kan starte, eller hvis programmet ikke kan gemme spillerens svar, kan det være på grund af manglende rettigheder. Dette kan i nogle tilfælde løses ved at køre programmet som administrator. Dette gøres ved at højreklikke på programmet og vælge Kør som administrator. Hvis denne funktion ikke er tilgængelig, er du nødt til at tage kontakt til din systemadministrator.
TILLAD PROGRAMMER IKKE HENTET FRA APP STORE (MAC OS X) 1. Hent spillet fra http://fleretilscience.dk/games/bakteriemysteriet-osx.jar 2. Åbn Finder og gå til Downloads 3. Åbn spillet ved at højreklikke og vælge åbn med Jar Luancher SPILLETS OPBYGNING Spillet er bygget op af et antal minispil, som hver især anskueliggør anvendelsen af gymnasiale naturvidenskabelige fag igennem en problemstilling. Det overordnede tema for spillet er multiresistens, og spillet er opbygget med en teoridel og en problembaseret del. Derudover inddrager spillet også samfundsmæssige perspektiver. Fra start til slut skal eleven sætte sig ind i den teoretiske baggrund, der er nødvendig for at forske i multiresistens. Derudover skal eleven kunne arbejde tværfagligt, idet flere af minispillene er tværfaglige. Imellem hvert af minispillene er der en videosekvens, som beskriver, hvordan de enkelte opgaver i minispillene kan sættes ind i en større sammenhæng. Det er
muligt at låse op for alle minispil under Indstillinger i øverste venstre hjørne, men dette kræver koden letmefree. Ligeledes kan afspilning af video slås fra også under indstillinger, men dette kræver koden nomorewaiting. Løsningerne til spillet findes i slutningen af dette dokument.
1 BAKTERIECELLEN/ HVAD ER BAKTERIER? INDBLIK I BAKTERIECELLEN Dette minispil er udformet som et puslespil og giver en grundlæggende introduktion til de vigtigste komponenter i bakteriecellen. Organeller og andre vigtige komponenter introduceres og beskrives. Det er vigtigt, at eleven læser beskrivelsen for senere at være i stand til at svare på spørgsmålene i spillet. Pointsystemet er dels baseret på tid (timeren kan ikke ses af eleven) og dels baseret på elevens evne til at svare rigtigt i første forsøg. 1.1 WALKTHROUGH Læs introteksten, og kør herefter musen henover de forskellige komponenter i cellen for at læse om deres funktion. Placer boksene med komponentnavnene på de rette komponenter. Herefter skal der svares på multiple choice spørgsmål om den enkelte komponent. Hvis der svares forkert, fjernes den forkerte svarmulighed, og der kan svares igen. Vær opmærksom på, at tiden, der bruges på hvert enkelt svar, også har indflydelse på pointscoren. Svar til sidst på et spørgsmål om de fagudtryk, der bruges til at beskrive bakteriecellens form. 1.2 IDEER TIL LÆRING En del af spørgsmålene kan besvares ved, at eleven grundigt har læst den beskrivende tekst for de enkelte komponenter. Her kan det være nyttigt at tage notater til en tekst. Det kan også være nyttigt, at eleverne hører hinanden i de enkelte beskrivelser af cellekomponenterne. Cooperative Learning kan bruges med udgangspunkt i de vigtigste pointer om de forskellige cellekomponenter og deres placering. 1.3 OBS Det er vigtigt at undgå, at eleven bare gætter og svarer forkert, indtil det rigtige svar rammes. Forkerte svar vil resultere i en lavere score, men det kan være fristende at gætte fremfor at læse sig frem til et kvalificeret svar. Pointscoren er knyttet til tid, og eleven skal derfor på forhånd være rustet til at svare både rigtigt og hurtigt. Hvis eleven først her skal bruge tid på at læse sig frem til det rigtige svar, vil det altså gå ud over scoren. De rigtige svar kan findes sidst i dokumentet.
2 KEMISKE BINDINGER/ KEMISKE BINDINGER I BAKTERIECELLEN Spillet beskæftiger sig med de kemiske bindinger og funktionelle grupper, der findes i cellekomponenterne, som eleven har stiftet bekendtskab med i minispil 1. Spillet indeholder en række spørgsmål, som besvares med fritekst, og der er god hjælp at hente i spillets beskrivende tekst. 2.1 WALKTHROUGH Når musen føres henover en cellekomponent på illustrationen eller en boks med komponentens navn, kommer et spørgsmål med en tilhørende illustration frem. Hvis eleven ikke svarer korrekt på 3 forsøg, præsenteres tre svarmuligheder, som kan være en hjælp for eleven. Til sidst i spillet skal eleven spille et aktionpræget spil (ved at klikke på boksen proteinsyntese ), hvor der skal samles aminosyrer til proteinsyntesen. 2.2 LÆRING Spillet forudsætter kendskab til funktionelle grupper og kemiske bindinger. Derfor kan det være en idé forud for spillet at gennemgå begreber som: hydrogenbindinger, peptidbindinger, esterbindinger, 1,4- og 1,6-bindinger, aminer (primær, sekundær, tertiær) og carboxylsyregrupper. Desuden er der enkelte spørgsmål, som handler om beregning af mængder og masser, molare masser og omregning til milli- og mikrogram. 2.3 OBS Når friteksten skal indtastes i svarboksen, er det vigtigt, at stavningen er korrekt, ellers genkender spillet ikke svaret.
3 BAKTERIEVÆKST/ NÅR ÉN BLIVER TIL MANGE! BAKTERIEVÆKST 3.1 WALKTHROUGH Spillet starter med en introduktion til differentialligninger. Ideen her er at give eleven et indblik i praktiske anvendelser af denne type funktioner. Efter en teoretisk introduktion og en enkelt opgave, hvor eleven skal analysere en ligning (svar kan findes her), skal eleven spille en aktionbaseret sekvens, hvor forskellige vækstfremmende og hæmmende faktorer kommer i spil. Herefter skal eleven endnu engang svare på et spørgsmål om de matematiske funktioner i spillet og slutteligt tilpasse en vækstkurve ved at ændre på variable i funktionen. 3.2 OBS Det er vigtigt, at eleven er opmærksom på, at de vækstfremmende og hæmmende faktorer, der præsenteres i spillet (næring, antibiotika etc.), er de samme, som er repræsenteret matematisk i de funktioner, der arbejdes med i spillet. På denne måde konkretiseres delelementer i de matematiske funktioner således, at de kan knyttes til noget virkeligt.
4 MIKROSKOPI/ UNDER LUPPEN MIKROSKOPI. Spillet handler om mikroskopi. Med udgangspunkt i 2 forskellige linser (konkav og konveks) skal eleven foretage udregninger ud fra parametre som brydningsindeks og radius. Ydermere skal eleven rekonstruere lysets brydning i de to typer af linser. 4.1 WALKTHROUGH Eleven bruger de oplyste egenskaber for de forskellige linser til at svare på spørgsmålene. Hvis det ikke lykkes at svare korrekt på tre forsøg, fremkommer tre svarmuligheder, der kan hjælpe eleven. De rigtige svar kan findes sidst i dokumentet. Dernæst skal eleven bruge musen til at trække lysstråler på plads, så lysets brydning stemmer overens med den måde, de to linser hver især bryder lys. 4.2 LÆRING Spillet forudsætter, at eleven har kendskab til de basale egenskaber for linser og brydning af lys. Derudover skal eleven også kunne bruge radius og brydningsindeks i simple beregninger. Det vil være en god ide på forhånd at have gennemgået forskellige linser, illustrationer af, hvordan lyset opfører sig og brydes i de forskellige linser og eventuelt have diskuteret, hvad forskellige typer af linser typisk bruges til og hvorfor. Derudover er det en fordel, hvis eleven kender de grundlæggende principper bag et mikroskops funktion (primært bright field). 4.3 OBS I den del af spillet, hvor lysets brydning skal genskabes, skal de enkelte lysstråler forbindes til linsen ved at trække strålen hen til linsen og klikke på dét røde felt, hvor man mener den hører til.
5 MASSESPEKTROMETRI/ MASSESPEKTROMETRI SHERLOCK HOLMES PÅ PROTEIN-NIVEAU 4.1 WALKTHROUGH Spillet beskæftiger sig med massespektrometri, og hvordan dette bruges inden for mikrobiologien. For at give eleven et indtryk af massespektrometriens anvendelsesmuligheder starter spillet med en række opgaver om sammenhængen imellem energi, bølgelængder og frekvens. (Svarene kan findes her). Dernæst skal eleven ændre på indstillingerne i et virtuelt massespektrometer for at opnå et brugbart resultat. (De optimale indstillinger findes her). 4.2 LÆRING Fordi massespektrometri (MS) er et rimeligt komplekst arbejdsredskab, forsøger spillet at give eleven en mulighed for at afprøve teknikken mere hands on. Der er dog stadig en hel del fysik og matematik i spil, så det er vigtigt, at disse koncepter er forstået således, at indstillingen af det virtuelle MS er funderet i fornuftige overvejelser i stedet for, at eleven blot prøver sig frem. Det kan desuden være en god idé at arbejde med analyse af nogle simple MSgrafer.
6 ANTIBIOTIKA/ DET TUNGE SKYTS ANTIBIOTIKA I spillet skal eleven konstruere et antibiotikamolekyle. Indledningsvist fortælles om antibiotika og resistens, og dernæst skal eleven bruge en værktøjskasse til at bygge organiske molekyler. 6.1 WALKTHROUGH Spillet startes ved at klikke på det membranbundne protein (PBP) i illustrationen og herefter læses om antibiotika og resistens. For at bygge antibiotikamolekylet trækkes de enkelte komponenter (funktionelle grupper, benzenringe etc.) ind i den store boks. Molekylet kan fjernes ved at trykke på reset, og det endelige resultat kan tjekkes ved at klikke på færdig. Molekylet opbygges trinvist, så det er nemmere for eleven at overskue de enkelte trin frem for konstruktionen af ét stort, komplekst molekyle. De rigtige svar kan findes sidst i dokumentet. 6.2 LÆRING Det primære tema i dette minispil er organiske molekyler og nomenklatur. Der arbejdes ud fra en simpel struktur, som udbygges. Spillet lægger derfor op til yderligere arbejde med nomenklatur i organisk kemi, lægemiddeludvikling og syntese. Her kan det også være relevant at diskutere isomeri og især optisk isomeri i forbindelse med udvikling af lægemidler (eksempelvis thalidomid). I forbindelse med arbejdet med nomenklatur kan eleven desuden selv udarbejde en guide til navngivning/tegning af organiske molekyler, som dels kan bruges i forbindelse med spillet og videre frem i kemifaget (inspiration: http://www.masterorganicchemistry.com/2010/10/30/summary-sheet-6-alkanenomenclature/ )
7 ENZYMKINETIK/ NÅR BEHANDLINGEN SLÅR FEJL ENZYMKINETIK KAN FORKLARE RESISTENS 7.1 WALKTHROUGH Spillet handler om enzymkinetik og tager udgangspunkt i antibiotika. Eleven introduceres til enzymkinetik med udgangspunkt i Michaelis-Menten og Lineweaver- Burk-funktioner og skal ud fra sæt af rådata beregne Vmax og Km for forskellige enzymatiske reaktioner. Der introduceres koncepter som: kompetitiv hæmning, non-kompetitiv hæmning og un-kompetitiv hæmning. Ved at bruge de rådata for anvendelse af oxacillin der gives i spillet, skal eleven beregne Vmax og Km samt kunne identificere hvilken type hæmning, der er tale om. De rigtige svar kan findes sidst i dokumentet. Rådata kommer frem ved at klikke på knappen rådata og fjernes igen ved at klikke uden for boksen. 7.2 LÆRING Spillet lægger op til en gennemgang af enzymkinetik og farmakokinetik. Udover at kunne analysere resultater af kinetiske forsøg på baggrund af rådata kan emner indenfor farmakokinetik behandles, eksempelvis fysisk-kemiske forhold, lipofilicitet, proteinbinding etc. Da spillet introducerer ukendte datasæt, kan der forud for spillet eventuelt arbejdes med datafangst samt behandling og håndtering af større datamængder.
8 REPLIKATION/ UNDER ANGREB HVAD KAN PÅVIRKE BAKTERIENS OVERLEVELSE OG REPLIKATION? 8.1 WALKTHROUGH Spillet er et aktionspil, hvor man styrer en DNA-gyrase igennem en DNA-streng. Her gælder det om at undgå stoffer, som kan hæmme gyrasens funktion, for eksempel giftstoffer og antibiotika. 8.2 LÆRING Det læringsmæssige aspekt er en introduktion til DNA-gyrasen og eventuelt andre komponenter i det centrale dogme, og hvordan disse påvirkes af udefrakommende faktorer. Her er også mulighed for at arbejde med forskellige stoffers skadevirkninger og diskutere, hvordan observerede effekter på vigtige komponenter i det centrale dogme måske kan bruges til vores fordel, når vi udvikler ny antibiotika.
9 BEHANDLING AF MRSA/ ER DER EN LÆGE TIL STEDE? HVAD GØR VI VED EN MRSA-INFEKTION? 9.1 WALKTHROUGH I spillet samles en række af de koncepter, eleven hidtil har gennemgået i de andre minispil. Patienten, som er blevet fulgt igennem hele spillet, skal behandles, og her er det vigtigt, at eleven bruger de redskaber, der er blevet gennemgået i de tidligere spil. Spillet starter med et puslespil, hvor eleven skal samle en graf. Denne graf skal studeres nøje, og eleven skal læse teoriafsnittet, som introducerer begreber som Kmax, t½, MIC99 og MPC. Eleven skal tage stilling til, hvilken type antibiotika, der er mest hensigtsmæssig at anvende i patientens tilfælde. (Svarene på spørgsmålene kan findes her). Spillet samler op på de 8 andre minispil og giver således en fornemmelse af, hvilken relevans fysik, kemi, matematik og biologi har i resistensforskningen.
10 LØSNINGER 10.1 BAKTERIECELLEN/ HVAD ER BAKTERIER? INDBLIK I BAKTERIECELLEN Protein Svar: (2) Met-Gly-Ser-Pro-Phe-STOP" DNA Svar: (1) 3-TACCGGT-5 RNA Svar: (1) Den ekstra hydroxylgruppe på RNA et autokløver sig selv Effluxpumpe Svar: (1) Ja Pencillin Binding Protein (PBP) Svar: (3) PBP bruges til at opretholde cellevæggen Ribosom Svar: (2) Proteinsyntese DNA Polymerase Svar: (2) Den kan replicere DNA til DNA Cellevæg Svar: (2) Beskyttelse af cellen imod de osmotiske kræfter Plasmamembran Svar: (2) Kulhydrater Cytosol Svar: (3) Ingen af de ovennævnte Plasmid Svar: (1) Selvstændigt replicerende dobbeltstrenget DNA Bakteriens Form Svar: (2) Coccus
10.2 KEMISKE BINDINGER/ KEMISKE BINDINGER I BAKTERIECELLEN Der tages ikke højde for store og små bogstaver, så eleverne skal generelt bruge små bogstaver. Plasmamembran: 1. ester (Der tjekkes, om ester indgår i svaret. Det vil sige, at ester-binding også er rigtigt.) 2. 9z,12z,15z (Der tjekkes om 9z,12z,15z indgår i svaret) 3. 278 Peptidoglycan: 1. 1,4 Protein og Ribosome: 1. peptid (Der tjekkes, om peptid indgår i svaret) 2. glutaminsyre og glutamat 3. tyrosin 4. primær amine eller primær amin giver fuld point. amine eller amin giver halvt point 5. karboxyl, carboxyl, karboxylsyre eller carboxylsyre 6. 2,5 eller 2.5 DNA/RNA Polymerasen: 1. fosfodiester eller phosphodiester 2. 12 10.3 BAKTERIEVÆKST/ NÅR ÉN BLIVER TIL MANGE! BAKTERIEVÆKST Svar: 1. 2 2. 0 og M 3. y=m/(1+ce^(-amx))
10.4 MIKROSKOPI/ UNDER LUPPEN MIKROSKOPI. DEL 1 Linse 1 Svar: 5,10 Linse 2 Svar: 4,56 Linse 3 Svar: 5,00 Linse 4 Svar: -4,90 Linse 5 Svar: 51,30 MIKROSKOPI/ UNDER LUPPEN MIKROSKOPI. DEL 2 Linse 1 Svar: (1) Fordi deres brændpunkt ligger før linsen, og derved spejlvender linserne ikke billedet, mens okularet gør Linse 3 Svar: 5 Linse 4 Svar: 100 10.5 MASSESPEKTROMETRI/ MASSESPEKTROMETRI SHERLOCK HOLMES PÅ PROTEIN-NIVEAU Svar: 1. 3 m 2. 1,99*10^-16 j 3. 332 nm 4. 2 5. 4,2*10^-5
10.6 ANTIBIOTIKA/ DET TUNGE SKYTS ANTIBIOTIKA Opgave 1 Opgave 2 Bemærk at OH-gruppen kan placeres alle steder på ringen for at få en korrekt løsning! Opgave 3
Opgave 4 Opgave 5 Opgave 6 Bemærk at F- og Cl-gruppen kan byttes om og vil stadig give en korrekt løsning!
10.7 ENZYMKINETIK/ NÅR BEHANDLINGEN SLÅR FEJL ENZYMKINETIK KAN FORKLARE RESISTENS PBP uden antibiotika Svar: (V max ) 10,04 Svar: (K m ) 2,04 Nyt antibiotika Svar: (V max ) 5,83 Svar: (K m ) 1,59 PBP ved brug af oxacillin Svar: (3) Un-kompetitiv