Молекулярная генетика для школьников
Польза ГМО и почему дети похожи на своих родителей: интервью с организатором Московской олимпиады школьников по генетике.
Этим летом впервые состоялась Московская олимпиада школьников по генетике. На неё приглашали учеников из 8-10 классов, однако попробовать свои силы могли и 11-классники. Соревнование прошло дистанционно, в нём приняли участие почти 4 тысячи школьников со всей России.
О том, как возникла идея провести олимпиаду по генетике, насколько эта наука популярна среди детей и как представлена в школьной программе, рассказала одна из составителей заданий, аспирантка кафедры биохимии биофака МГУ и научный руководитель сборной Москвы при подготовке к Всероссийской и Международным олимпиадам по биологии Виктория Лавренова.
Сейчас Виктория работает в лаборатории генной инженерии Федерального научного-клинического центра физико-химической медицины ФМБА России. В прошлом она сама призёр Международной биологической олимпиады и лауреат премии Президента РФ для поддержки талантливой молодёжи.
Насколько генетика сегодня перспективное направление науки?
Генетика традиционно считается частью биологии и медицины. Но последние 20-30 лет она бурно развивается: появляются новые дисциплины, такие как молекулярная генетика, геномика, биоинформатика. Также следует понимать, что современная генетика важна для медицины. Существует очень много наследственных заболеваний, часть из которых раньше не поддавалась лечению. Однако сейчас ситуация меняется, появляются лекарства на основе генной терапии, и, возможно, это путь к лечению каких-то заболеваний.
Все мы слышали много скепсиса о ГМО – генномодифицированных организмах – а на самом деле в них нет ничего вредного, скорее, наоборот. С помощью достижений современной генетики можно выводить сверхпродуктивные сорта растений, кормовые культуры и даже животных с полезными свойствами.
Ситуация с коронавирусом тоже свидетельствует о важности генетики. Например, для тестирования вакцины нужны генномодифицированные грызуны с определёнными свойствами, чтобы смоделировать ситуацию, более похожую на действие вакцины на организм человека.
В какие дисциплины вы бы посоветовали углубиться ребятам, которые хотят связать жизнь с этой наукой?
В первую очередь, это, конечно же, математика, потому что в основе классической генетики лежит теория вероятностей. Чтобы понять некоторые области молекулярной и популяционной генетики, нужны математические знания, если не на уровне профильного класса, то очень близко к нему. Потому математика, теория вероятностей, статистика сильно помогут в освоении генетики.
Помимо этого, если хочется изучать молекулярную генетику, то здесь потребуется химия. Без нее разобраться в структуре макромолекул, понять принципы передачи информации между организмами и многое другое будет непросто.
Что знания генетики дают нам в обычной жизни, и позволяют ли её менять на обыденном бытовом уровне?
Именно генетика позволяет понять, почему дети похожи на своих родителей. Можно разобраться, какие признаки мы наследуем, или отследить склонности к видам деятельности, например, к спортивным достижениям.
Знание генетики позволяет развенчать бытовые мифы. Люди шутят, что если съесть генномодифицированный помидор, то станешь мутантом, но, конечно, это не так. Если мы едим такой продукт, и все его вещества у нас в организме расщепляются, то никакого вреда нет.
Как появилась идея провести олимпиаду по генетике?
Московская олимпиада школьников (МОШ) по биологии существует давно, но участвовать в ней могут только ребята из 5-8 классов. Организатором совместно с Центром педагогического мастерства выступает биофак МГУ, он же проводит несколько олимпиад первого уровня для старшеклассников. Потому считалось, что необходимости в проведении МОШ для других классов нет. Однако регулярно озвучивались предложения всё же расширить Московскую олимпиаду по биологии и на 9-11 классы. И вот в этом году они пересеклись с растущим интересом к генетике. Эта наука получает большую поддержку со стороны Президента РФ и правительства. Например, в 2018-2019 годах в России были организованы три больших геномных центра мирового уровня. С этого года заметна тенденция на популяризацию генетики в области образования. Необходимо развивать интерес школьников к этой науке. Потому что сейчас на примере историй про ГМО мы видим, что познания ребят в этой сфере немного не соответствуют действительности.
Эти несколько факторов привели к появлению МОШ по генетике, которая по сути является продолжением или даже расширением олимпиады по биологии.
Насколько популярна генетика среди школьников? Чем это объясняется?
На мой взгляд, обычно дети начинают интересоваться генетикой, если попали в профильный химико-биологический класс и при этом у них хорошо с математикой. Поэтому, когда в 9 классе такой ребёнок сталкивается с генетикой, то оказывается, что там много теории вероятностей. Таким ребятам нравится разбираться в задачах, и они непроизвольно увлекаются и генетикой.
Есть и те, которые приходят из углублённой биологии. От осознания молекулярной биологии и биохимии приходит понимание процессов, которые происходят в клетках, и дети начинают интересоваться, например, генной терапией, прикладными областями. Особенно этот интерес высок, если у школ есть возможность проводить практикумы. Например, в Москве существует Институт биологии гена РАН, и он в рамках проекта Департамента образования и науки города Москвы https://www.mos.ru/donm/ организовывал для школьников и учителей открытые курсы. На них проводились опыты с дрозофилами, генномодифицированными мышами, и все дети были в восторге.
Насколько глубоко данный раздел представлен в школьном курсе?
В курсе биологии генетику проходят в 9 классе, и основное внимание уделяется именно классической генетике, законам классической наследственности. А на молекулярную генетику даётся лишь обзорный взгляд. Этим объясняются сложности детей при попытке понять, как идёт генетическое редактирование, как появляются ГМО.
В профильных 10-11 классах генетику проходят более углублённо, но таких школ по стране не очень много. В Москве ребята изучают генетику на профильных семинарах в Центре педагогического мастерства https://cpm.dogm.mos.ru/, создано специальное мобильное приложение. И все это помогает побеждать на олимпиадах. Но, конечно, важно, чтобы в обычной школе изучению генетики уделялось ещё больше внимания.
Когда, с вашей точки зрения, можно начинать изучать генетику? В школе она идёт в старших классах, стоит ли давать материал ребятам помладше?
Существуют энтузиасты, которые уверены, что элементы преподавания генетики следует вводить даже в начальную школу. На простейшем уровне младшеклассникам можно объяснять, почему мы похожи на маму и папу, и почему у кошки рождаются котята, а не щенята.
Кто готовил задания олимпиады, и по какому принципу отбирались темы?
Задания составлял коллектив авторов: преподаватели биологического факультета МГУ и методисты Центра педагогического мастерства. У всех уже имелся опыт подготовки вопросов для олимпиад. В составлении участвовали и учёные, которые параллельно погружены в научную работу. Например, я занимаюсь генной инженерией и при подготовке задач использовала свои наработки.
При составлении заданий первым делом придумывается некая общая концепция относительно формата и тем. В олимпиаде по генетике мы сделали небольшую тестовую часть, которая дается участникам для разминки, и задачи с открытым ответом.
Что касается тем, мы сразу решили, что должна быть классическая генетика, потому что этот раздел представлен в школьной программе. Также были задания по молекулярной и популяционной генетике. Эти два раздела в школьном курсе освещаются довольно кратко.
Кроме того, олимпиада включала задания и по смежным областям. Например, по вирусологии и генной инженерии. Составляя задания, мы не могли обойти стороной и актуальную повестку. Поэтому был вопрос о том, какой фермент у вируса затормаживается под действием «Фавипиравира». Решить задачу можно было исходя из информации о геноме коронавируса.
Какие разделы генетики сейчас особенно актуальны, и были ли они представлены на олимпиаде? Как с ними справились участники?
Если говорить о популярных направлениях, то следует выделить молекулярную генетику, которая связана с генной терапией и медициной, а также геномику, а именно биоинформатический анализ последовательностей. Заданий на эти темы было немного, но они всё же присутствовали в олимпиаде. К сожалению, участники из 8-9 классов справились с ними не так хорошо, как с классической генетикой. Но такой результат был отчасти ожидаем, ведь эти темы почти не представлены в школьной программе. Старшеклассники в задачах по молекулярной генетике показали более глубокие познания. Мы связываем это с тем, что к 10 классу ребята уже более или менее набили руку в решении заданий на подобную тематику.
С творческой задачей по геномике справился небольшой процент участников. Предполагалось, что для её решения достаточно будет логики и самого условия задания. Но на данном этапе такой формат оказался для школьников сложным.
Кроме того, олимпиада новая, поэтому, возможно, ребятам пока было сложно ориентироваться в понятиях.
Олимпиада проходила дистанционно. Пришлось ли как-то специально адаптировать задания под онлайн-формат?
Да, задачи, в которых участник должен был ввести свой ответ, мы постарались разбить на максимальное число подпунктов, чтобы был виден ход решения.
Задания по каким темам оказались самыми сложными для участников и почему?
В школьном курсе генетики достаточно много тем, но не все они для базового уровня. На мой взгляд, стоит четко разделять: программа по генетике, которую должен знать любой школьник, программа для интересующегося ребенка или программа для олимпиадника. Логично, что в таком случае существует ряд тем, которые хорошо усваиваются меньшим процентом школьников. То же самое мы увидели и на олимпиаде. Например, с заданиями по законам Менделя справились все, а вот вопросы про взаимодействие генов оказались сложнее.
Расскажите, как планируется развивать олимпиаду в будущем?
Структурно олимпиада будет состоять из трех туров: заочного пригласительного и двух основных очных – теоретического и практического, на котором предусмотрено выполнение кейсов. Скорее всего, это будет что-то из области молекулярной генетики, анализ экспериментальных данных.
Практика – это всегда здорово. Мы не только популяризируем генетику, но ещё и помогаем школьникам увидеть, как работает учёный в лаборатории. Потому что сейчас мало ребят представляет, что такое генетическая наука.
Я уверена, чем интереснее будет практический тур, тем больше школьников смогут почувствовать себя реальными учёными.
