Bioinformatika – računalno putovanje u genetiku
Projekt “Bioinformatika – računalno putovanje u genetiku” godišnji je projekt rada s darovitim učenicima u osnovnim i srednjim školama u šk. god. 2025./2026. sufinanciran od Ministarstva znanosti, obrazovanja i mladih.
Voditeljice projekta su Inez Birolla Sić, prof. matematike i informatike, izvrsna savjetnica i Vlatka Kuhar, prof. biologije i kemije, izvrsna savjetnica.
U projektu je sudjelovalo 16 učenika drugih, trećih i četvrtih razreda, dok je u nekim aktivnostima sudjelovao veći broj učenika svih razreda.
Pogledajte našu avanturu u genetiku!
Na početku – pitanja
“Što je bioinformatika i što sve može?”, “Što u personaliziranoj medicini znače veliki podaci?”, “Kako izgleda primjena bioinformatike u istraživanjima raka?”, “Kako je razvoj tehnologije sekvenciranja genetičke informacije zauvijek transformirao način na koji istražujemo živi svijet?”
Na sva ova pitanja pokušali smo dobiti odgovor od naših znanstvenika, doc. dr. sc. Rose Karlić s Biološkog odsjeka PMF-a u videu Bioinformatika osobno i prof. dr. sc. Kristiana Vlahovičeka, voditelja istraživačke skupine za bioinformatiku i računalnu biologiju na zagrebačkom PMF-u u videu Genomika – kako je sekvenciranje gena biologiju pretvorilo u digitalnu znanost.
Predavanje “Okolišna DNA – tragovi života koje ne vidimo”
Dr. sc. Matej Vucić s Prirodoslovno-matematičkog fakulteta u Zagrebu održao nam je 9. 3. 2026. predavanje na temu “Okolišna DNA – tragovi života koje ne vidimo”. Dvjestotinjak učenika prvih, drugih, trećih i četvrtih razreda imali su priliku čuti zanimljivosti vezane uz okolišnu DNA te značaju pronalaska e-DNA u urbanim slatkovodnim ekosustavima.
Terenska nastava u parku Maksimir
Terenska nastava je održana 16. 3. 2026. u suradnji s dr. sc. Matejem Vucićem kao i parkom Maksimir. U vrlo zanimljivim i interaktivnim radionicama trideset učenika prvih, drugih, trećih i četvrtih razreda imalo priliku učiti o prikupljanju uzoraka i terenskim metodama vezanim uz okolišnu DNA.
Ovim istraživanjem želi se ukazati značaj pronalaska okolišne DNA u urbanim slatkovodnim ekosustavima. Upućuje kako se metabarkodiranje okolišne DNA može koristiti kao brz, neinvazivan genetski alat za procjenu cijelih zajednica, poput kralježnjaka, iz uzorka vode te za procjenu bioraznolikosti i zdravlja urbanih slatkovodnih ekosustava.
Za analizu e-DNA u uzorku potrebno je napraviti nekoliko koraka, od kojih je uzorkovanje prvi.
Istraživanje je provedeno na trećem jezeru parka Maksimir u Zagrebu, Hrvatska. Uzorci vode prikupljeni su korištenjem terenskog eDNA kita; šprica + MCE filter s veličinom pora od 1,2 μm i analizirani korištenjem eDNA metabarkodiranja s univerzalnim primerima za kralježnjake (12sV5) i ribe (MiFish) usmjerenim na mitohondrijski gen 12S rRNA. Detektirane DNA sekvence korištene su za identifikaciju taksona kralježnjaka i određivanje sastava zajednice, s posebnim naglaskom na alohtone i invazivne vrste.
Radionica “Izolacija DNA” (analiza uzoraka prikupljenih u parku Maksimir) – 1. dio
Petnaest učenika u pratnji profesorice Vlatke Kuhar posjetilo je 13. 4. 2026. Veterinarski fakultet u Zagrebu. Cilj je bilo upoznavanje sa mjerama opreza i radom laboratorija, opremom i protokolima izolacije eDNA.
U laboratoriju na Veterinarskom fakultetu u Zagrebu uvodno predavanje je održao dr. sc. Matej Vucić s PMF-a u Zagrebu. Učenike je upoznao s mjerama opreza kojih se je je potrebno pridržavati u laboratoriju. Pokazao je učenicima pribor i materijale potrebne za nastavak istraživanja eDNA. Potom je napravljena demonstracijska vježba ekstrakcije eDNA iz prikupljenih uzoraka u Maksimiru. Učenici vođeni protokolom i sami su imali priliku ponoviti vježbu. Upoznati su kako se koriste specifični primeri (početnica) važni za ciljano umnožavaju specifične DNA sekvence određene vrste.
Radionica “Izolacija DNA” (analiza uzoraka prikupljenih u parku Maksimir) – 2. dio
Dvanaest učenika posjetilo je 4. 5. 2026. Veterinarski fakultet u Zagrebu. Učenici su iz vlastitih prikupljenih uzoraka na terenu radili ekstrakciju eDNA uz vođenje dr. sc. Mateja Vucića i profesorice Vlatke Kuhar.
Rad u laboratoriju – “PCR test”
3. 6. 2026. rađen je PCR (lančana reakcija polimerazom) metoda kojom je omogućen pronalazak i identifikacija prisutnosti organizama u uzorcima prikupljenim u parku Maksimir. Deset učenika je na vlastito pripremljenim uzorcima u prethodnim vježbama radilo ekstrakciju eDNA uz vođenje dr. sc. Mateja Vucića i profesorice Vlatke Kuhar.
Rezultati dobiveni istraživanjem pokazali su da je u jezeru prisutno nekoliko invazivnih, uglavnom ribljih vrsta, poput crnog somića (Ameiurus melas), sunčanice (Lepomis gibbosus) i srebrnog šarana (Hypophthalmichthys molitrix). Nadalje, u jezeru se mogu otkriti i neke invazivne ili alohtone vrste drugih taksona, poput gmazova.
Usporedba s postojećim rezultatima iz Prvog jezera i Drugog jezera parka Maksimir (Vucić i sur., 2025) također je otkrila razlike između jezera, uglavnom u sastavu riba. Neočekivani DNA signali pastrvki (porodica Salmonidae) i egzotičnih vrsta ukazuju na mogući utjecaj uzvodnih izvora vode, ljudske aktivnosti ili obližnjeg Zoološkog vrta.
Zaključak
Metabarkodiranje okolišne DNA brza je, jeftina, osjetljiva i praktična metoda za praćenje bioraznolikosti u urbanim ekosustavima. Može podržati rano otkrivanje invazivnih vrsta i pomoći u vođenju kontinuiranog upravljanja urbanim slatkovodnim ekosustavima temeljenog na dokazima.
Rad u informatičkoj učionici – Excel
Pomoću Excela određivali smo duljinu DNA niza, određivali frekvencije pojedinih nukleotida (A, T, G, C), računali postotak GC sadržaja kao važan pokazatelj stabilnosti DNA, pronalazili specifične sekvence, provodili ORF (Open Reading Frame) analizu, pronalazili komplementarne DNA sekvence, uspoređivali GC sadržaj između više uzoraka, detektirali mutacije pronalaženjem razlika između DNA sekvenci, određivali frekvencije pojedinih kodona, statistički analizirali DNA podatke, vizualizirali podatke pomoću grafikona, pronalazili ponavljajuće sekvence, filtrirali i sortirali podatke.
Rad u informatičkoj učionici – Python
Pomoću stringova i listi u Pythonu pristupali smo pojedinačnim nukleotidima, izdvajali dijelove sekvenci, koristili iteracije za prolazak kroz pojedine nukleotide i kroz kodone, brojali nukleotide, pronalazili pozicije specifičnih nukleotida i kodona, analizirali više DNA nizova, pronalazili pozicije sekvenci, pronalazili repetirajuće sekvence, pronalazili komplementarne sekvence, pronalazili obrnute komplementarne sekvence, pronalazili razlike u DNA nizovima (detektirali mutacije).
Upitnik nakon provedenog projekta:
Učenici uključeni u projekt dobili su potvrde o sudjelovanju.
