Разблокирование клетки улучшает усвоение студентами генетического кода

Часто называемый «центральной догмой» биологии, процесс, посредством которого генетическая информация используется для создания белков, является заведомо сложной темой для преподавания. Хотя это важно для понимания студентами жизни на молекулярном уровне, это также один из первых «невидимых» процессов в биологии, которые студенты должны изучать. Эти процессы не только трудно визуализировать, но они также находятся внутри клетки. Для студентов ячейка представляет собой черный ящик, ограничивающий прямой доступ к биохимическому оборудованию, который потребуется для активного обучения, основанного на запросах. В результате преподаватели ограничиваются использованием лабораторных экспериментов с живыми клетками или действий на основе моделей и аналогий для преподавания этих тем, но данные свидетельствуют о том, что эти методы не полностью эффективны для результатов обучения студентов.

Как сообщается в журнале Frontiers in Bioengineering and Biotechnology , исследователи использовали генетический код клетки в пробирке, чтобы создать набор, способный поддерживать различные цели обучения в классе. Биотехнология бесклеточного синтеза белка (CFPS) позволяет исследователям, а теперь и преподавателям и студентам, изолировать и манипулировать важным механизмом производства белков клеток, не требуя, чтобы клетки были живыми. Это делает CFPS доступной и открытой системой, поскольку процессы транскрипции и трансляции больше не ограничиваются черным ящиком клетки.

Эти преимущества CFPS вдохновили профессоров Джавина Оза и Кэтрин Уоттс на внедрение бесклеточных методов в классы биохимии в Калифорнийском Политехническом университете с целью достижения большего понимания студентами генетического кода . С этой целью группа студентов-исследователей разработала учебный комплект, содержащий недорогую модульную реакцию CFPS, которая проста в использовании для начинающих ученых и может помочь в обучении транскрипции и переводу в стиле «учись на практике». Теперь студенты могут генерировать гипотезу и проверять ее, напрямую манипулируя биохимическим оборудованием, и учиться на практике на основе запросов. Набор генетического кода сопровождается упражнением в области дополненной реальности, которое позволяет учащимся исследовать взаимосвязи между структурой и функцией зеленого флуоресцентного белка .

Помимо разработки Genetic Code Kit, исследовательская группа первой оценила влияние этой образовательной биотехнологии на обучение студентов. В ходе исследования 60 студентов курса «Обзор биохимии» команда обнаружила, что набор генетического кода значительно улучшил успеваемость студентов по транскрипции и переводу контента. Они также выявили повышение комфорта и уверенности студентов с помощью обычных методов биотехнологических лабораторий, что указывает на то, что эта деятельность помогает подготовить студентов к поступлению в аспирантуру и карьере в биотехнологической рабочей силе.

CFPS готов изменить способ преподавания биохимии и молекулярной биологии. Педагоги могут приобретать различные коммерческие наборы, а набор генетического кода теперь предоставляет преподавателям модульный набор с открытым исходным кодом для поддержки обучения на основе запросов в своих классах.

Исследователи из Калифорнийского Политехнического университета продолжат разработку набора генетического кода, чтобы устранить многие пробелы, которые остаются в образовании по биохимии и молекулярной биологии. Помимо решения разнообразных задач обучения, комплект Genetic Code Kit поможет учителям старших классов лучше соответствовать научным стандартам нового поколения и позволит преподавателям колледжей интегрировать исследовательский опыт бакалавриата на основе курсов. Непрерывные усилия по оценке позволят оценить, могут ли образовательные биотехнологии, такие как Набор генетического кода, помочь сократить разрыв в достижениях в области естественных наук, технологий, инженерии и математики (STEM).