動手實踐對學生學習科學知識更有效，然而，即使最基本的分子和合成生物學實驗，需要的設備也遠遠超出了普通課堂的預算。同時，細菌和其他物質，在受控實驗室環境之外，很難管理。
現在，美國西北大學、麻省理工學院和哈佛大學的Wyss研究所合作，旨在用BioBits解決這個問題。BioBits是一種新的生物學教育套件，使用FD-CF(Freeze Dried-Cell Free)裝置，使學生能夠動手進行一系列簡單的生物實驗。BioBits工具包引入了分子和合成生物學的概念，不需要專門的實驗室設備，成本僅為目前標準實驗設計的一小部分。
智能觀注：FD-CF裝置是加拿大多倫多大學、美國麻省理工學院和美國哈佛大學的科學家們發明的一種基於冷凍乾燥技術，便攜式的生物製劑生產裝置。它只有普通手提箱的大小，卻可以在世界任何角落，甚至外太空隨時生產包括抗菌多肽、疫苗和抗體在內的生物製劑藥物，而唯一需要的原材料就是水。
西北大學麥考密克工程學院化學和生物工程系查爾斯·迪爾林·麥考密克優秀教學教授、副教授Michael Jewett說：“我們想製造低成本的教育工具包用於教室，讓學校花不到100美元。”
關於該工具包的兩篇論文( BioBits Bright和BioBits Explorer )，8月發表在美國《Science》雜誌子刊《Science Advances》上。Jewett和MIT醫學工程&科學Termeer教授Jim Collins都是該論文的聯合作者。
“開發這些工具包的主要動機是給學生提供有趣的活動，讓他們能夠真正看到、聞到和接觸到，分子水平的生物反應，”論文的第一作者、Collins實驗室的研究生Ally Huang說，“我希望它們能激勵更多孩子考慮STEM的職業。更普遍地說，讓所有學生對生物學有基本的瞭解，因為有一天他們可能要根據現代科學，做出個人或政策決定。"
合成和分子生物學經常利用大腸桿菌中發現的細胞機制，來生產所需的蛋白質。但是這要求細菌存活，並能長時間保存，還涉及幾個複雜的製備和處理步驟。Collins實驗室首創的FD–CF裝置與Jewett實驗室的無細胞合成生物學的創新相結合，將細菌完全排除在方程式之外，繞過了以上問題。
“你可以把它想象成打開汽車的引擎蓋，把發動機拿出來，” Jewett說，“我們已經把驅動細菌細胞產生蛋白質的‘引擎’拿了出來，並給它所需的燃料，包括核糖體和氨基酸，讓它從細菌自身以外的DNA中產生蛋白質。”
接著，把這種集合體冷凍乾燥成顆粒，使其在室溫下結構穩定。學生只需要把所需的DNA和水，加入凍乾的顆粒中，就可以將DNA轉錄成RNA，並將RNA翻譯成蛋白質。
研究人員設計了一系列可以使用該系統進行的分子實驗，並在每個實驗中嵌入了一個“信號”，學生可以很容易地檢測到。第一個系列實驗叫做BioBits Bright，包含六種不同的凍幹DNA模板，每種模板編碼一種蛋白質，當用藍光照射時會發出不同顏色的熒光。
Jessica Stark是Jewett實驗室的研究生、美國國家科學基金會研究成員，也是兩篇論文的聯合第一作者，她說：“讓學生們建立自己的體外合成項目，可以讓教育工作者教相關內容，包括合成生物學家如何控制生物學，來生產重要產品（如藥品或化學藥品）。”
BioBits Bright的一個擴展版叫BioBits Explorer，它包括了一些實驗，允許學生使用設計合成生物傳感器，通過嗅覺和觸覺，探測周圍的環境。例如，一項實驗使用了一種傳感器，當香蕉或獼猴桃DNA存在時，它會發出熒光。另一項實驗創造了一種聞起來像香蕉的化合物。還有一個實驗產生了一種柔軟的水凝膠，學生可以觸摸和操縱它。
研究人員在芝加哥的公立學校測試了他們的BioBits工具包，並發現學生和老師可以像訓練有素的合成生物學家一樣，成功地進行實驗。Jewett說：“非常幸運能與西北大學STEM教育夥伴關係辦公室合作，他們擁有深厚的合作者網絡和專業知識，能夠與芝加哥地區的學生建立聯繫。”
該團隊下一步計劃改進工具包的設計，並創建一個開源在線數據庫，讓老師和學生分享他們的成果和想法，修改工具包，以探索不同的生物學問題。
“合成生物學將成為本世紀的決定性技術之一，但是在K-12領域教授其基本概念是一項挑戰，往往需要昂貴、複雜的設備，” Collins說，“我們將凍乾的無細胞提取物與凍乾的合成生物成分結合起來，在教室和其他學習資源不足的環境中進行了教育創新。
BioBits工具包使年幼的孩子，年長的孩子，甚至成年人接觸到合成生物學。Jewett補充道：“BioBits工具包將改變科學教育和社會。”
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