Dziedzina biologii syntetycznej, nauki o manipulowaniu biologią, ma wielu „kucharzy w kuchni”, co zarówno pomogło jej rozkwitnąć, jak i sprawiło, że niezwykle trudno jest stworzyć spójny, konsekwentny program nauczania dla studentów na każdym poziomie nauki. Każda z zaangażowanych dyscyplin – od inżynierii chemicznej po etykę – ma unikalne podejście do nauczania i literatury, co powoduje niespójności między tym, czego uczą się naukowcy.

Obecnie badacze z Northwestern University proponują nowy sposób nauczania biologii syntetycznej, który wykorzystuje różne poziomy organizacji: zaczynając od skali molekularnej i kończąc na skali społecznej -; uczyć podstawowych zasad i holistycznego spojrzenia na rozwój zrównoważonych technologii biologii syntetycznej. Podejście to obejmuje elementy z wielu dyscyplin, umożliwiając osobom z wielu różnych środowisk dostęp do edukacji z zakresu biologii syntetycznej.

Wczoraj (26 czerwca) w czasopiśmie opublikowano artykuł szczegółowo opisujący ramy Komunikacja przyrodnicza.

„Wczesnym wersjom kursów biologii syntetycznej brakowało podstaw koncepcyjnych” – powiedział Julius Lucks, ekspert w dziedzinie biologii syntetycznej i główny autor. „Z perspektywy edukacyjnej był to rodzaj mieszaniny w zależności od tego, w którym dziale się znajdowałeś. Postawiliśmy sobie wyzwanie: dowiedzieć się, jak połączyć wszystkie te dyscypliny, w jakiś sposób opracować wspólne ramy i stworzyć wspólny język? „

Lucks jest profesorem inżynierii chemicznej i biologicznej w McCormick School of Engineering na uniwersytecie Northwestern oraz współdyrektorem Centrum Biologii Syntetycznej (CSB).

Kiedy w latach 70. XX wieku pojawiła się inżynieria genetyczna, pojawił się pomysł ponownego wykorzystania, zmiany przeznaczenia i rekonfiguracji systemów biologicznych, aby sprostać wyzwaniom stojącym przed społeczeństwem; rdzeń biologii syntetycznej -; stało się możliwe. Wraz z pojawieniem się CRISPR około 1990 r. spopularyzowano biologię syntetyczną, która bez żadnego programu nauczania stała przed problemem tożsamości.

Jednym z największych problemów, jakie zaobserwowaliśmy u naszych studentów i laboratoriów, jest to, że mają tendencję do skupiania się na bardzo konkretnym problemie”.

Ashty Karim, adiunkt naukowy z zakresu inżynierii chemicznej i biologicznej na Northwestern oraz pierwszy autor artykułu

„Na przykład, jeśli przyglądasz się, jak działa CRISPR, możesz badać zlokalizowaną maszynerię białkową, która dokonuje zmian w DNA. Ale jeśli masz zamiar stworzyć technologię opartą na CRISPR, istnieje wiele innych ważnych aspektów niż jak to działa w skali molekularnej w kontekście komórki lub populacji komórek w czyimś organizmie w różnych tkankach. Jak to wpływa na obecne systemy opieki zdrowotnej? Są to dyskusje, które musimy prowadzić i które mogą mieć wpływ na naukę że to robimy.”

Karim jest dyrektorem ds. badań w CSB i głównym członkiem jego wydziału.

Stąd wziął się pomysł podzielenia biologii na skale, pierwotnie opracowany w wyniku rozmowy na temat tego, jak większość kursów wprowadzających do biologii przedstawia kontinuum, które przechodzi od DNA przez tkankę do organizmu. Pojawiają się zachowania, które pojawiają się na różnych poziomach organizacji; społeczeństwo zachowuje się inaczej niż organizm i tak dalej. Według artykułu biologię syntetyczną można podzielić na pięć komponentów: molekularny, obwód/sieć, komórkowy, społeczności biologiczne i społeczeństwo.

Kluczem do proponowanych ram jest obecność solidnych zasad etycznych na każdej skali.

Autorzy stwierdzili, że pilotując program nauczania ze studentami studiów licencjackich i magisterskich na Northwestern, odkryli, że różne podstawowe zasady, takie jak termodynamika i kinetyka, naturalnie mapują się na różne skale. Na przykład, czy musisz rozumieć jakąś zasadę cały czas? Czy możesz ją „ignorować” do pewnej skali?

Program nauczania powinien być również oparty na studiach przypadków, które pomagają uczniom analizować, w jaki sposób wybory inżynieryjne dokonywane w jednej skali wpływają na funkcje biologiczne w innej, gromadzić potencjalne rozwiązania globalnych wyzwań w różnych skalach oraz identyfikować wpływ biologii syntetycznej na cele społeczne i kwestie etyczne. Studia przypadków można również dostosować do instytucji lub instruktora realizującego program nauczania.

Według Lucksa i Karima zaprezentowanie podejścia do zajęć okazało się dużym sukcesem, a obaj stwierdzili, że koncepcja „zachwyciła” studentów już od pierwszego razu, gdy prowadzili kurs. Koncepcja skal okazała się tak skuteczna, że ​​Northwestern Center for Synthetic Biology wykorzystuje ją do organizowania najnowocześniejszych wspólnych badań.

Naukowcy mają także nadzieję, że program nauczania będzie można wdrożyć znacznie szerzej, a także udostępnili zasoby i pomysły, z których inni mogą skorzystać, aby dostosować podejście do swoich potrzeb i zainteresowań.

Rozwój podejścia dekonstrukcyjnego był wspierany przez National Science Foundation w ramach programu SynBAS NRT (numer grantu 2021900) oraz przez Bachrach Family Foundation.