动手实践对学生学习科学知识更有效，然而，即使最基本的分子和合成生物学实验，需要的设备也远远超出了普通课堂的预算。同时，细菌和其他物质，在受控实验室环境之外，很难管理。
现在，美国西北大学、麻省理工学院和哈佛大学的Wyss研究所合作，旨在用BioBits解决这个问题。BioBits是一种新的生物学教育套件，使用FD-CF(Freeze Dried-Cell Free)装置，使学生能够动手进行一系列简单的生物实验。BioBits工具包引入了分子和合成生物学的概念，不需要专门的实验室设备，成本仅为目前标准实验设计的一小部分。
智能观注：FD-CF装置是加拿大多伦多大学、美国麻省理工学院和美国哈佛大学的科学家们发明的一种基于冷冻干燥技术，便携式的生物制剂生产装置。它只有普通手提箱的大小，却可以在世界任何角落，甚至外太空随时生产包括抗菌多肽、疫苗和抗体在内的生物制剂药物，而唯一需要的原材料就是水。
西北大学麦考密克工程学院化学和生物工程系查尔斯·迪尔林·麦考密克优秀教学教授、副教授Michael Jewett说：“我们想制造低成本的教育工具包用于教室，让学校花不到100美元。”
关于该工具包的两篇论文( BioBits Bright和BioBits Explorer )，8月发表在美国《Science》杂志子刊《Science Advances》上。Jewett和MIT医学工程&科学Termeer教授Jim Collins都是该论文的联合作者。
“开发这些工具包的主要动机是给学生提供有趣的活动，让他们能够真正看到、闻到和接触到，分子水平的生物反应，”论文的第一作者、Collins实验室的研究生Ally Huang说，“我希望它们能激励更多孩子考虑STEM的职业。更普遍地说，让所有学生对生物学有基本的了解，因为有一天他们可能要根据现代科学，做出个人或政策决定。"
合成和分子生物学经常利用大肠杆菌中发现的细胞机制，来生产所需的蛋白质。但是这要求细菌存活，并能长时间保存，还涉及几个复杂的制备和处理步骤。Collins实验室首创的FD–CF装置与Jewett实验室的无细胞合成生物学的创新相结合，将细菌完全排除在方程式之外，绕过了以上问题。
“你可以把它想象成打开汽车的引擎盖，把发动机拿出来，” Jewett说，“我们已经把驱动细菌细胞产生蛋白质的‘引擎’拿了出来，并给它所需的燃料，包括核糖体和氨基酸，让它从细菌自身以外的DNA中产生蛋白质。”
接着，把这种集合体冷冻干燥成颗粒，使其在室温下结构稳定。学生只需要把所需的DNA和水，加入冻干的颗粒中，就可以将DNA转录成RNA，并将RNA翻译成蛋白质。
研究人员设计了一系列可以使用该系统进行的分子实验，并在每个实验中嵌入了一个“信号”，学生可以很容易地检测到。第一个系列实验叫做BioBits Bright，包含六种不同的冻干DNA模板，每种模板编码一种蛋白质，当用蓝光照射时会发出不同颜色的荧光。
Jessica Stark是Jewett实验室的研究生、美国国家科学基金会研究成员，也是两篇论文的联合第一作者，她说：“让学生们建立自己的体外合成项目，可以让教育工作者教相关内容，包括合成生物学家如何控制生物学，来生产重要产品（如药品或化学药品）。”
BioBits Bright的一个扩展版叫BioBits Explorer，它包括了一些实验，允许学生使用设计合成生物传感器，通过嗅觉和触觉，探测周围的环境。例如，一项实验使用了一种传感器，当香蕉或猕猴桃DNA存在时，它会发出荧光。另一项实验创造了一种闻起来像香蕉的化合物。还有一个实验产生了一种柔软的水凝胶，学生可以触摸和操纵它。
研究人员在芝加哥的公立学校测试了他们的BioBits工具包，并发现学生和老师可以像训练有素的合成生物学家一样，成功地进行实验。Jewett说：“非常幸运能与西北大学STEM教育伙伴关系办公室合作，他们拥有深厚的合作者网络和专业知识，能够与芝加哥地区的学生建立联系。”
该团队下一步计划改进工具包的设计，并创建一个开源在线数据库，让老师和学生分享他们的成果和想法，修改工具包，以探索不同的生物学问题。
“合成生物学将成为本世纪的决定性技术之一，但是在K-12领域教授其基本概念是一项挑战，往往需要昂贵、复杂的设备，” Collins说，“我们将冻干的无细胞提取物与冻干的合成生物成分结合起来，在教室和其他学习资源不足的环境中进行了教育创新。
BioBits工具包使年幼的孩子，年长的孩子，甚至成年人接触到合成生物学。Jewett补充道：“BioBits工具包将改变科学教育和社会。”
智能观 编译
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