伊利诺伊州埃文斯顿 - 高中学生如何了解像CRISPR这样复杂而抽象的技术?这很简单：只需加水即可。
西北大学领导的团队开发了BioBits，这是一套实用的教育工具包，使学生能够通过添加水和简单试剂进行冻干无细胞反应来进行一系列生物实验。这些工具包将复杂的生物学概念与视觉，荧光读数联系起来，因此学生们可以在几个小时后一眼就知道他们的实验结果。
去年夏天推出BioBits后，研究人员正在扩展该试剂盒，包括CRISPR和抗生素抗性模块。一小群芝加哥地区的教师和高中生刚刚完成了这些新模块的第一次试点研究，其中包括互动实验和探索道德和战略的补充材料。
“在我们公布了第一批试剂盒之后，我们接下来想要解决当前对社会重要的话题，”西北大学的研究主要研究者Michael Jewett说。“这导致我们进入两个领域：抗生素抗性和基因编辑。”
名为BioBits Health的新试剂盒和试验研究在今天(5月7日)发表在ACS Synthetic Biology期刊上的论文中有详细介绍。
Jewett是西北麦考密克工程学院的化学和生物工程教授，也是西北大学合成生物学中心的联合主任。杰米卡史塔克是Jewett实验室的研究生，领导了这项研究。
在管中测试
BioBits团队不再使用活细胞，而是从细胞内移除了必需的细胞机器，并将其冷冻干燥以保持稳定性。保持细胞存活并长时间保存包括几个复杂，耗时的制备和处理步骤以及昂贵的设备。冷冻干燥的无细胞反应可以避免这些并发症和成本。
“这些基本上是试管生物反应，”国家科学基金会研究员斯塔克说。“我们打开细胞并使用它们的内脏，它们仍含有所有必要的生物机制来进行反应。我们不再需要活细胞来展示生物学。”
由于多项创新，包括许多由Jewett实验室进行的无细胞合成生物学研究，在过去的二十年中，这种利用生物系统无需完整活细胞的方法成为可能。这些实验不仅可以在课堂上使用，而且与标准的高科技实验设计相比，它们也只需要几美分。
“我希望学生对工程生物学感到兴奋，并希望了解更多，”Jewett说。
征服CRISPR
作为过去十年中最大的科学突破之一，CRISPR(发音为“crisper”)代表Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats。强大的基因编辑技术使用酶在精确的位置切割DNA以关闭或编辑靶基因。它可以用来制止遗传疾病，开发新药，使食物更有营养等等。
BioBits Health使用CRISPR所需的三种成分：一种称为Cas9蛋白的酶，一种编码荧光蛋白的靶DNA序列和一种靶向荧光蛋白基因的RNA分子。当学生将所有三种成分 - 和水 - 添加到冷冻干燥的无细胞系统时，它会产生一种反应，编辑或切割荧光蛋白的DNA。如果DNA被切断，系统就不会发光。如果不切割DNA，则制成荧光蛋白，系统发出荧光。
“我们将这种抽象的，非常先进的生物学概念与荧光蛋白的存在与否联系起来，”斯塔克说。“这是学生可以看到的，他们可以在视觉上理解的东西。”
课程还包括挑战学生考虑围绕基因编辑技术使用的伦理问题和困境的活动。
“用这些技术编辑基因组有很多令人兴奋的事情，”Jewett说。“BioBits Health引起了人们对许多重要问题的关注 - 不仅关注CRISPR技术如何运作，还关注社会应该思考的道德问题。我们希望这能促进关于这些技术的对话和对话。”
减少阻力
Jewett和Stark都受到这样一种预测的困扰：到2050年，抗药性细菌感染可能超过癌症成为导致死亡的主要原因。这促使他们帮助教育未来一代科学家关于抗生素耐药性如何出现并激励他们采取有助于限制抗药性细菌出现的行动。
在这个模块中，学生们进行两组反应，产生一种发光的荧光蛋白 - 一组含有抗生素抗性基因，另一组没有。然后学生添加抗生素。如果实验发光，则制造荧光蛋白，并且反应已经变得对抗生素具有抗性。如果实验没有发光，那么抗生素就起作用了。
“因为我们使用无细胞系统而不是生物体，我们可以通过不会产生耐药细菌的方式证明耐药性，”Stark解释说。“我们可以毫无风险地展示这些概念。”
一个支持性的课程作品挑战学生头脑风暴和研究策略，以减缓新出现的抗生素耐药菌株的比率。
一些很酷的东西
BioBits于2018年夏季推出后，全球330所学校为其科学实验室申请了原型套件。该研究团队包括来自西北大学和麻省理工学院的成员，他们收到了来自教师，学生和家长的鼓励反馈。
一位老师说：“学生们通过触摸和使用演示期间提供的实验室材料，感觉像是科学家和医生。”“即使是那些似乎没有参与的学生也在偷偷地注意并且想要轮流吸食。他们知道他们是非常酷的东西的一部分，所以我们能够以对他们来说不熟悉的方式与他们联系。”
“我最喜欢的部分是使用设备，”一名学生说。“这是一项有趣的活动，让您沉浸在顶级科学家目前正在做的事情中。”
标签：抗生素
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