Category Archives: Technologie

SmartBoard2

Homo electrus of Homo defectus in het digitale tijdperk?

Scholen gaan goed mee met hun tijd. Er is bijna geen schoolbord meer te vinden in klaslokalen. In plaats daarvan hangen er grote smartboards aan de muur. Studieboeken worden steeds vaker vervangen door tablets en iPads. Ook thuis is er van alles aan digitale media te vinden. Kinderen besteden dus hun meeste tijd achter de schermen. Maar wat is de invloed van deze digitalisering op kinderen en de ontwikkeling van hun hersenen?

smartboard

Slechter lezen maar beter in wiskunde
Het zijn vooral tegenstrijdige resultaten die steeds weer de kop op steken bij onderzoeken naar de invloed van digitale media. Zo zijn er aan de ene kant nadelen aan verbonden als kinderen veel achter de computer zitten. Kleuters blijken er een slechtere concentratievermogen en meer leesproblemen door te krijgen. Basisschoolkinderen hebben oppervlakkigere vriendschappen doordat ze meer bezig zijn met computergames dan met buiten spelen. En verschillende games die gericht zijn op het verbeteren van de cognitieve vaardigheden zorgen juist voor slechtere schoolprestaties.
Aan de andere kant is er ook een positief verhaal te vertellen. Er staat namelijk tegenover dat games bepaalde vaardigheden stimuleren die niet bij sociale activiteiten gestimuleerd worden. Computerspellen die alleen bedoeld zijn voor vermaak kunnen juist een positieve werking hebben op bijvoorbeeld de motoriek en het concentratievermogen. En met wiskundeprogramma’s  werd wel degelijk beter gescoord op toetsen. Ook blijk je beter met stress om te kunnen gaan als je veel gamet.

Sloom brein?
Spitzer zegt in zijn veelbesproken boek Digitale Dementie dat digitalisering schadelijk is doordat de hersenen hierdoor steeds luier worden. De computer kan veel werk overnemen van het brein, waardoor er minder nieuwe verbindingen tussen de neuronen worden aangemaakt. Minder verbindingen betekent een minder effectief brein. Als bepaalde neuronen bovendien niet meer worden gebruikt, zullen deze na verloop van tijd zelfs afsterven.
Maar bij een ander onderzoek komt juist naar voren dat de hersenen harder moeten werken bij het zoeken naar informatie op internet. Als iemand dit vaak ddownloadoet is er meer activatie van neuronen dan bij het lezen van een ouderwets boek. Dat komt waarschijnlijk doordat er meer keuzes gemaakt moeten worden, zoals wat je wel en niet wilt lezen. Bovendien zijn websites meer visueel gericht, waardoor neuronen die te maken hebben met visuele stimuli actiever worden.

Slechter switchtasken door mulitasken
Ophir en zijn collega’s hebben onderzoek gedaan naar de invloed van multitasken met verschillende moderne media op studenten. Hiervoor vroegen ze aan meer dan 250 studenten van de Universiteit Stanford hoe zij verschillende media gebruiken. Hieruit bleek dat degenen die veel aan het multitasken waren minder goed in staat waren om belangrijke informatie te onderscheiden van onbelangrijke informatie. Ze werden bovendien makkelijker afgeleid door irrelevante impulsen uit de omgeving en konden minder goed overschakelen naar een nieuwe taak. Daarnaast zijn jongeren die meer digitale media gebruiken sneller afgeleid dan jongeren die meer boeken lezen. Uit deze resultaten kan geconcludeerd worden dat de hersenen op een andere manier informatie gaan verwerken door het multitasken met digitale media.

Moeten scholen meegaan met de digitale golf?
Is het wel of niet goed dat scholen steeds meer gebruik van schermen in de klaslokalen? Er zijn zeker voordelen aan het digitale mediagebruik verbonden. Het is alleen ontzettend belangrijk dat de goede programma’s ingezet worden, aangezien ze anders snel een negatief effect op de leerontwikkeling hebben. Dus laat ze eerst maar eens doordachte en effectieve software maken, voordat scholen de eerste de beste programma’s in de klaslokalen gebruiken. Het gaat tenslotte om de generatie van de toekomst. Daar moet je niet mee experimenteren.

Literatuur:

  • Agarwal, S., Goel, D. Sharma, A. (2013). Evaluation of the factors which contribute to the ocular complaints in computer users. Journal of Clinical and Diagnostical Research 7(2), pp. 331-335.
  • Bavelier, D., Green, C. S., & Dye, M. W. G. (2010). Children, wired: For better and for worse. Neuron 67(5), pp. 692–701
  • Levine, L.E., Waite, B.M., Bowman, L.L (2007). Electronic media use, reading, and academic distractibility in college youth. Cyberpsychological Behaviour 10(4), pp. 560-566.
  • Ophir, E., Nass, C., Wagner, A.D. (2009). Cognitive control in media multitaskers. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 106 (37), pp. 15583-15587.
  • Owen, A.M., Hampshire, A., Grahn, J.A., Stenton, R., Dajani, S., Burns, A.S., Howard, R.J., and Ballard, C.G. (2010). Putting brain training to the test. Nature 465, pp. 775–778.
  • Small, G.W., Moody, T.D., Siddarth, P., Bookheimer, S.Y. (2009). Your brain on Google: Patterns of Cerebral Activation during Internet Searching. American Journal of Geriatric Psychiatry 17(3), pp. 116-126.
  • Spitzer, M. Digitale Dementie – Hoe wij ons verstand kapotmaken. Atlas Contact, 2014.

 

 

 

 

 

 

 

13243538625_7e2fc9a907

De toekomstige schoonmakers van ons riool: genetisch gemodificeerde bacteriën

Onder normale omstandigheden kan de natuur zelf stoffen die normaal gesproken niet of veel minder in de natuur voorkomen (xenobiotica) afbreken. Maar door de grote ophopingen van gifstoffen door grootschalige vervuiling kan de natuur dit probleem niet meer zelf oplossen. Het onvermijdelijke gevolg is dat steeds meer xenobiotica zoals zware metalen in het water belanden. Deze komen vervolgens weer terecht in de voedselketens, waardoor we deze giffen binnenkrijgen. In kleine hoeveelheden kunnen zware metalen gunstige effecten hebben, maar in grotere hoeveelheden zijn ze zonder uitzondering schadelijk. Bij mensen kan dit bijvoorbeeld voor hersenbeschadiging, leverfalen, kanker, auto-imuunziektes en zelfs de dood zorgen.

Bioremediatie als schoonmaakmiddel
Door de eeuwen heen heeft de mens verschillende manieren gevonden om schadelijke stoffen af te breken. Bioremediatie is één van de succesvolste methoden. Hierbij worden verontreinigde gebieden hersteld met behulp van levende organismen die de xenobiotica afbreken. Dat gebeurt door middel van biodegradatie, waarbij bacteriën, schimmels of planten via natuurlijke reacties stoffen afbreken tot minder schadelijke stoffen.
Bioremediatie heeft het grote succes te danken  aan vele voordelen ten opzichte van andere methoden. De kosten zijn namelijk lager en er worden geen chemicaliën gebruikt. Daarnaast zijn de processen van bioremediatie vaak schoner dan bij andere strategieën doordat er levende organismen worden gebruikt. Tot slot wordt het probleem in situ – ter plaatse opgelost. Hierdoor is de transportvan xenobiotica onnodig.2275402842_8dd70e149e_z

Creatief met genen
Hoewel bioremediatie veel voordelen biedt, wordt het ook gelimiteerd door de grenzen van de natuur. In sciencefiction films zoals X-men wordt onterecht het idee gecreëerd dat gunstige mutaties een veel voorkomend fenomeen zijn. Verreweg de meeste mutaties hebben juist geen effect of zorgen zelfs voor een defect. Daardoor hebben microben zich nog niet kunnen aanpassen om alle gesynthetiseerde moleculen, die sinds relatief korte tijd in de natuur voorkomen, te kunnen vernietigen.
Maar met behulp van genetische modificatie kan hun evolutionaire ontwikkeling worden versneld. Hierbij worden opzettelijk en doelgericht genen van een levend organisme veranderd door middel van kunstmatige technieken, door bijvoorbeeld een gen van een ander soort toe te voegen in een genoom of door mutaties in een specifiek gen op te wekken. Een organisme met één of meerdere vreemde genen wordt een genetisch gemodificeerd organisme (GGO) genoemd .
GGO’s kunnen veel voordelen voor bioremediatie bieden. In de natuur is een grote diversiteit aan microben die verschillende vervuilende stoffen kunnen afbreken, maar dit proces gaat vaak ontzettend langzaam. Bovendien zijn verschillende xenobiotica schadelijk voor de microben zelf. Ten slotte kunnen gesynthetiseerde moleculen, zoals eerder gezegd, vaak nog niet of onvolledig afgebroken worden. GGO’s kunnen al deze problemen moeiteloos omzeilen.

Twee voorbeelden van genetisch gemanipuleerde bacteriën voor in het riool  
Bacteriën kunnen op verschillende manieren gemanipuleerd worden voor verbeterde bioremediatie van afvalwater. Eén manier is het identificeren van organismen die geschikt zijn voor modificatie doordat ze genen hebben die een groot voordeel bieden. Een voorbeelIMG_20150415_145126d hiervan is Caulobacter crescentus, die gemodificeerd is voor de afbraak van cadmium. Dit is één van de zware metalen die te vinden zijn in afvalwater. Het is recentelijk geassocieerd met Multiple Sclerosis en andere syndromen waarbij myeline wordt afgebroken. Nu zijn er wel microben die cadmium kunnen afbreken, maar in alle gevallen wordt dit gedaan door het giftige metaal op te nemen in de cel. Hierdoor wordt het organisme beschadigd en de afbraak beperkt.  Maar C. crescentus is resistent tegen de giftige werking van cadmium dankzij speciale genen.  Bovendien is deze bacterie onschadelijk en kan hij overleven in omgevingen met weinig voedsel. Door hexa-histidine peptiden, moleculen die cadmium kunnen binden, toe te voegen aan de buitenkant van de cel kan de gemodificeerde C. crescentus 94,3% tot 99,9% van de cadmium verwijderen. Dat is veel sneller dan de afbraak van 11,4% tot 37,0% door het natuurlijke type.
Een andere aanpak is het modificeren van enzymspecificiteit en -affiniteit. De productie van enzymen wordt gereguleerd door de transcriptie en translatie van bepaalde genen. Met genen van andere organismen kunnen GGO’s nieuwe enzymen maken die een betere affiniteit hebben om bepaalde substraten af te breken. Of ze krijgen een specificiteit voor nieuwe substraten zodat ze andere moleculen kunnen  vernietigen. Van dit principe is gebruik gemaakt om bacteriën te ontwerpen die trichloroethylene (TCE) af kunnen breken. TCE is hoogstwaarschijnlijk een kankerverwekkende stof en is één van de meest voorkomende vervuilende stoffen in water. Pseudomonas stutzeri kan dit volledig afbreken dankzij het enzym Toluene-o-xylene monooxygenase (ToMO). Vardar en Good hebben door DNA shuffling bij P. stutzeri gericht het ontstaan van positieve mutaties gestimuleerd in het touA gen, dat codeert voor ToMO. Verschillende DNA strengen met elk verschillende mutaties werden vervolgens in een E. coli stam geplaatst. Deze kon TCE tot 2,8 keer sneller afbreken.

Acceptatie
Ondanks deze veelbelovende ontwikkelingen staat het onderzoek naar genetische modificatie de laatste jaren nagenoeg stil, doordat het artificieel veranderen van organismen nog maar weinig maatschappelijk geaccepteerd wordt. Maar de bovenstaande voorbeelden laten zien dat GGO’s veel beter xenobiotica kunnen afbreken vergeleken met wildtype bacteriën. Nu de vervuiling van onze leefomgeving ver buiten de perken gaat, lijkt het dan ook noodzakelijk te zijn dat er verder onderzoek wordt gedaan naar de mogelijkheden van GGO’s. Dat geldt niet alleen voor de bioremediatie van water, maar ook voor het schoonmaken van de verontreinigde bodem en lucht. Wil dit daadwerkelijk gebeuren, dan moet de bevolking eerst begrijpen dat dit de beste manier is om vervuiling tegen te gaan, zodat de grote angst voor GGO’s verdwijnt en onze toekomstige redders in nood worden geaccepteerd.

Literatuur:

  • Akpor, O. B., & Muchie, M. (2010). Bioremediation of polluted wastewater influent: Phosphorus and nitrogen removal. Scientific Research and Essays, 5(21), 3222-3230.
  • Campbell, N. A., Reece, J. B., Urry, L. A., Cain. M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., & Jackson, R. B. Biology. San Francisco, CA: Pearson Education, 2008.
  • Ehrenfeld, D. (2003). Globalisation: Effects on Biodiversity, Environment and Society. Conservation and Society, 1(1), 100-111.
  • Furukawa, K. (2003). ‘Super bugs’ for bioremediation. Trends in Biotechnology, 21(5), 187-190.
  • Kulshreshtha, S. (2013). Genetically Engineered Microorganisms: A Problem Solving Approach for Bioremediation. Journal of Bioremediation and Biodegradation, 4. doi: 10.4172/2155-6199.1000e133
  • Lawrence, E. (Ed) (2008). Henderson’s Dictionary of Biology. San Francisco, CA: Pearson Education Limited, (14e ed.).
  • Patel, J., Zhang, Q., McKay, M. L., Vincent, R., & Xu, Z., (2010). Genetic Engineering of Caulobacter crescentus for Removal of Cadmium from Water. Applied Biochemistry and Biotechnology, 160, 232-243. doi: 10.1007/s12010-009-8540-0
  • Reineke, W. (1998). Development of Hybrid Strains for the Mineralization of Chloroaromatics by Patchwork Assembly. Annual Review of Microbiology, 52, 287-331. DOI: 10.1146/annurev.micro.52.1.287.
  • Shim, H., & Wood, T. K. (2000). Aerobic degradation of mixtures of chlorinated aliphatics by cloned toluene-o-xylene monooxygenase and toluene o-monooxygenase in resting cells. Biotechnology and Bioengineering, 70(6), 693-698.
  • Singh, J. S., Abihlash, P. C., Singh, H. B., Singh, R. P., & Singh, D. P., (2011, 1 juli). Genetically   engineered bacteria: An emerging tool for environmental remediation and future research perspectives. Gene, 480(1-2), 1-9. doi: 10.1016/j.gene.2011.03.001
  • Thieman, W. J., & Palladino, M. A. (2009). Introduction to Biotechnology. San Francisco, CA: Pearson Education.
  • Urgun-Demirtas, M., Stark, B., & Pagilla, K. (2006). Use of Genetically Engineerd Microorganisms (GEMs) for the Bioremediation of Contaminants. Critical Reviews in Biotechnology, 26(3), 1145-164.
  • Vardar, G., & Wood, K. W. (2005). Protein engineering of toluene-o-xylene monooxygenase from Pseudomonas stutzeri OX1 for enhanced chlorinated ethane degradation and o-xylene oxidation. Applied Microbiology and Biotechnology, 68(4), 510-517.
  • Xu, Z., Lei, Y., & Patel, J., (2010). Bioremediation of soluble heavy metals with recombinant Caulobacter crescentus. Bioengineered Bugs, 1(3), 207-212.