¿Cómo pueden los estudiantes de secundaria aprender sobre una tecnología tan compleja y abstracta como CRISPR? Es simple: simplemente agregue agua.
Un equipo dirigido por la Universidad de Northwestern ha desarrollado BioBits, un conjunto de kits educativos prácticos que permiten a los estudiantes realizar una variedad de experimentos biológicos al agregar agua y reactivos simples a reacciones sin células liofilizadas. Los kits vinculan biológicos complejosconceptos para lecturas visuales, fluorescentes, para que los estudiantes sepan, después de unas horas y con una sola mirada, los resultados de sus experimentos.
Después de lanzar BioBits el verano pasado, los investigadores ahora están ampliando el kit para incluir módulos para CRISPR y resistencia a los antibióticos. Un pequeño grupo de maestros y estudiantes de secundaria del área de Chicago acaba de completar el primer estudio piloto para estos nuevos módulos, que incluyen aplicaciones interactivasexperimentos y materiales complementarios que exploran la ética y las estrategias.
"Después de presentar los primeros kits, queríamos abordar temas actuales que son importantes para la sociedad", dijo Michael Jewett, investigador principal del estudio de Northwestern. "Eso nos llevó a dos áreas: resistencia a los antibióticos y edición de genes".
Llamado BioBits Health, los nuevos kits y el estudio piloto se detallan en un documento publicado hoy 7 de mayo en la revista Biología Sintética ACS .
Jewett es profesora de ingeniería química y biológica en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern y codirectora del Centro de Biología Sintética de Northwestern. Jessica Stark, una estudiante graduada en el laboratorio de Jewett, dirigió el estudio.
Prueba en un tubo
En lugar de usar células vivas, el equipo de BioBits retiró la maquinaria celular esencial del interior de las células y las liofilizó para mantener la estabilidad en el estante. Mantener las células vivas y contenidas durante un período prolongado implica varias preparaciones y procesos complicados que requieren mucho tiempopasos, así como equipo costoso. Las reacciones sin células liofilizadas evitan esas complicaciones y costos.
"Estas son esencialmente reacciones biológicas en probeta", dijo Stark, investigador graduado de la National Science Foundation. "Rompemos las células y usamos sus intestinos, que aún contienen toda la maquinaria biológica necesaria para llevar a cabo una reacción".Ya no necesitamos células vivas para demostrar la biología ".
Este método para aprovechar los sistemas biológicos sin células vivas intactas fue posible en las últimas dos décadas gracias a múltiples innovaciones, incluidas muchas en biología sintética sin células del laboratorio de Jewett. No solo estos experimentos son factibles en el aula, sino que también solocuestan centavos en comparación con los diseños experimentales estándar de alta tecnología.
"Tengo la esperanza de que los estudiantes se entusiasmen con la biología de la ingeniería y quieran aprender más", dijo Jewett.
conquistando CRISPR
Uno de los mayores avances científicos de la última década, CRISPR pronunciado "más nítido" significa Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas Intercaladas Regularmente. La poderosa tecnología de edición de genes utiliza enzimas para cortar el ADN en ubicaciones precisas para apagar o editar genes específicosPodría usarse para detener enfermedades genéticas, desarrollar nuevos medicamentos, hacer que los alimentos sean más nutritivos y mucho más.
BioBits Health utiliza tres componentes necesarios para CRISPR: una enzima llamada proteína Cas9, una secuencia de ADN objetivo que codifica una proteína fluorescente y una molécula de ARN que se dirige al gen de la proteína fluorescente. Cuando los estudiantes agregan los tres componentes, y agua, aEl sistema libre de células liofilizadas, crea una reacción que edita o corta el ADN de la proteína fluorescente. Si el ADN se corta, el sistema no brilla. Si el ADN no se corta, la proteína fluorescente se hace, y el sistema se ilumina con fluorescencia.
"Hemos vinculado este concepto biológico abstracto y realmente avanzado a la presencia o ausencia de una proteína fluorescente", dijo Stark. "Es algo que los estudiantes pueden ver, algo que pueden entender visualmente".
El plan de estudios también incluye actividades que desafían a los estudiantes a considerar las cuestiones éticas y los dilemas que rodean el uso de tecnologías de edición de genes.
"Hay mucha emoción en poder editar genomas con estas tecnologías", dijo Jewett. "BioBits Health llama la atención sobre muchas preguntas importantes, no solo sobre cómo funciona la tecnología CRISPR sino sobre la ética que la sociedad debería serpensando. Esperamos que esto promueva una conversación y diálogo sobre tales tecnologías ".
Resistencia reductora
Jewett y Stark están preocupados por la predicción de que, para el año 2050, las infecciones bacterianas resistentes a los medicamentos podrían superar al cáncer como la principal causa de muerte. Esto los motivó a ayudar a educar a la futura generación de científicos sobre cómo emerge la resistencia a los antibióticos yinspírelos a tomar medidas que podrían ayudar a limitar la aparición de bacterias resistentes.
En este módulo, los estudiantes ejecutan dos conjuntos de reacciones para producir una proteína fluorescente brillante: un conjunto con un gen de resistencia a antibióticos y otro sin. Los estudiantes luego agregan antibióticos. Si el experimento brilla, la proteína fluorescente se ha hecho, yla reacción se ha vuelto resistente a los antibióticos. Si el experimento no brilla, entonces el antibiótico ha funcionado.
"Debido a que estamos usando sistemas libres de células en lugar de organismos, podemos demostrar resistencia a los medicamentos de una manera que no cree bacterias resistentes a los medicamentos", explicó Stark. "Podemos demostrar estos conceptos sin los riesgos".
Una pieza curricular de apoyo desafía a los estudiantes a hacer una lluvia de ideas e investigar estrategias para disminuir la tasa de cepas emergentes resistentes a los antibióticos.
Parte de algo genial
Después del lanzamiento de BioBits en el verano de 2018, 330 escuelas de todo el mundo solicitaron kits de prototipos para sus laboratorios de ciencias. El equipo de investigación, que incluye a miembros de Northwestern y MIT, recibió comentarios alentadores de maestros, estudiantes y padres.
"Los estudiantes se sintieron como científicos y médicos al tocar y usar los materiales de laboratorio proporcionados durante la demostración", dijo un maestro. "Incluso los estudiantes que no parecían comprometidos estaban prestando atención en secreto y querían tomar su turno de pipeteo. Ellossabía que eran parte de algo realmente genial, por lo que pudimos conectarnos con ellos de una manera que era nueva para ellos "
"Mi parte favorita fue usar el equipo", dijo un estudiante. "Fue una actividad divertida que te sumerge en lo que los mejores científicos están haciendo actualmente".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad del Noroeste . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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