一种新的、全面的方法教本科生合成生物学

合成生物学结合了科学、工程和社会科学的原理，创造了替代肉类和mRNA疫苗等新兴技术;跨尺度解构合成生物学产生了统一传统学科的新方法;案例研究为不同机构的教学提供了一种模块化的、可访问的方法

　　

合成生物学领域，即操纵生物学的科学，有很多“厨房里的厨师”，这既帮助它蓬勃发展，也使得为每个学习水平的学生创建一个有凝聚力、一致的课程变得异常困难。涉及的每一门学科——从化学工程到伦理学——都有一种独特的教学和文献方法，这就造成了科学家所学知识之间的不一致。

现在，西北大学的研究人员提出了一种新的方法来教授合成生物学，这种方法使用不同层次的组织——从分子尺度开始，逐渐发展到社会尺度——来教授核心原则和发展可持续合成生物学技术的整体观点。该方法结合了许多学科的组成部分，允许来自不同背景的人获得合成生物学教育。

一篇详细介绍该框架的论文昨天(6月26日)发表在《Nature Communications》杂志上。

“早期版本的合成生物学课程缺乏概念基础，”合成生物学专家、主要作者朱利Julius Lucks说。“从教育的角度来看，你看到的是一种大杂烩，这取决于你在哪个部门。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合并起来，以某种方式开发一个共同的框架，创造一种共同的语言?”

Lucks是西北大学麦考密克工程学院的化学和生物工程教授，也是合成生物学中心(CSB)的联席主任。

当基因工程在20世纪70年代出现时，再利用、重新利用和重新配置生物系统以应对社会挑战的想法——合成生物学的核心——成为可能。1990年左右，随着CRISPR技术的出现，合成生物学开始普及，但由于没有任何课程可供参考，合成生物学面临着身份问题。

“我们在学生和实验室中发现的最大问题之一是，他们往往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、该论文的第一作者Ashty Karim说。“例如，如果你在研究CRISPR是如何工作的，你可能正在研究对DNA进行编辑的局部蛋白质机制。但如果你要创造一种基于CRISPR的技术，除了分子尺度的工作，还有许多其他重要的方面。它是如何在人体不同组织中的一个细胞或细胞群中起作用的?它如何与当前的医疗系统相互作用?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。”

Karim是CSB的研究主任，也是学院的核心成员。

由此产生了将生物学分解成尺度的想法，最初起源于一个关于大多数生物学入门课程如何呈现从DNA到组织再到生物体的连续体的对话。在不同的组织层面上都有新出现的行为;社会的行为不同于有机体，等等。根据这篇论文，合成生物学可以分为五个部分:分子、电路/网络、细胞、生物群落和社会。

提出的框架的关键是在每个尺度上都存在健全的道德规范。

通过在西北大学的本科生和研究生中试点课程，作者说他们发现不同的核心原理，如热力学和动力学，自然地映射到不同的尺度上。例如，你是否需要一直理解一个原则?或者你能在一定程度上“忽略”它吗?

课程还应该以案例研究为基础，帮助学习者分析在一个尺度上做出的工程选择如何影响另一个尺度上的生物学功能，收集跨尺度的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。案例研究也可以针对实施课程的机构或讲师量身定制。

在课堂上展示这种方法非常成功，他们都说，即使是第一次教这门课，学生们也对这个概念“一见倾心”。尺度概念非常成功，事实上，西北合成生物学中心用它来组织前沿的合作研究。

研究人员还希望该课程能得到更广泛的应用，并为其他人提供资源和想法，以适应他们的需求和兴趣。

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