西北大学的研究人员提出了一种教授合成生物学的全新整体方法

发布时间：2024-08-09 14:38:40 栏目：精选知识

导读 合成生物学是一门操纵生物的科学，该领域拥有众多厨师，这既有助于该领域的蓬勃发展，也使得为各个学习阶段的学生创建连贯一致的课程变得异

合成生物学是一门操纵生物的科学，该领域拥有众多“厨师”，这既有助于该领域的蓬勃发展，也使得为各个学习阶段的学生创建连贯一致的课程变得异常困难。从化学工程到伦理学，所涉及的每个学科都有独特的教学和文献方法，这导致科学家所学内容不一致。



现在，西北大学的研究人员提出了一种教授合成生物学的新方法，该方法使用不同的组织层次(从分子尺度开始，逐渐发展到社会尺度)来教授开发可持续合成生物学技术的核心原理和整体观点。该方法融合了来自许多学科的组成部分，使来自不同背景的人们能够接受合成生物学教育。

一篇详细介绍该框架的论文于昨天(6 月 26 日)发表在《自然通讯》杂志上。

“早期的合成生物学课程缺乏概念基础，”合成生物学专家、主要作者 Julius Lucks 表示。“从教育角度来看，你看到的课程内容杂乱无章，具体取决于你所在的部门。我们给自己设定了一个挑战，试图弄清楚如何将所有这些学科融合在一起，以某种方式开发一个共同的框架并创建一种共同的语言?”

勒克斯是西北大学麦考密克工程学院化学与生物工程教授 ，也是合成生物学中心(CSB) 的联合主任 。

20 世纪 70 年代，基因工程的出现让重复使用、重新利用和重新配置生物系统以应对社会挑战的想法成为可能，而这正是合成生物学的核心。随着 1990 年左右 CRISPR 的出现，合成生物学开始流行，但由于没有任何课程可供参考，因此面临着身份认同问题。

“我们在学生和实验室中看到的最大问题之一是他们倾向于专注于一个非常具体的问题，”西北大学化学和生物工程研究助理教授兼论文第一作者阿什蒂卡里姆 (Ashty Karim) 说。

“例如，如果你正在研究 CRISPR 的工作原理，那么你可能正在研究编辑 DNA 的局部蛋白质机制。但是，如果你要创建基于 CRISPR 的技术，那么除了分子尺度的工作原理之外，还有许多其他重要方面。它如何在人体内不同组织的细胞或细胞群中发挥作用?它如何与当前的医疗保健系统互动?这些都是我们需要进行的讨论，可能会影响我们所做的科学研究。”

卡里姆 (Karim) 是 CSB 的研究主任，也是该校教员的核心成员。

由此产生了将生物学分解成不同层次的想法，这个想法最初源于一次关于大多数入门生物学课程如何呈现从 DNA 到组织再到生物体的连续性的讨论。在不同的组织层次上出现了新出现的行为;社会的行为与生物体不同，等等。根据该论文，合成生物学可以分解为五个组成部分：分子、电路/网络、细胞、生物群落和社会。

所提出的框架的关键是在每个层面上都存在着强有力的道德规范。

作者表示，通过对西北大学的本科生和研究生试行该课程，他们发现不同的核心原理(如热力学和动力学)可以自然地映射到不同的尺度上。例如，你需要一直理解一个原理吗?或者你能在某个尺度上“忽略”它吗?

课程还应以案例研究为基础，帮助学习者分析某一尺度上的工程选择如何影响另一尺度上的生物功能，收集跨尺度全球挑战的潜在解决方案，并确定合成生物学对社会目标和伦理问题的影响。案例研究也可以根据实施课程的机构或教师量身定制。

卢克斯和卡里姆认为，在课堂上展示这种方法取得了巨大成功，他们都表示，即使是第一次教授这门课程，学生也“领悟”了这一概念。事实上，尺度概念非常成功，西北大学合成生物学中心用它来组织其尖端的合作研究。

研究人员还希望该课程能够更广泛地实施，并提供资源和想法，以便其他人可以使用该课程来根据自己的需求和兴趣调整教学方法。

解构方法的开发得到了美国国家科学基金会通过 SynBAS NRT 计划(拨款编号 2021900)和巴赫拉赫家族基金会的支持。