CRISPR en el aula – EqPlayers

Una década después de que CRISPR comenzara a convertirse en una herramienta importante en la investigación genética, una nueva generación de científicos está creciendo con la tecnología. Incluso los estudiantes de secundaria pueden realizar experimentos CRISPR. Algunas escuelas secundarias públicas especializadas enseñan CRISPR como una lección práctica de biotecnología. Estas clases cubren todo, desde biología molecular hasta pipeteo, ética biomédica y opciones profesionales.

Visualización de moléculas diminutas

“Visualizar y comprender lo que sucede a nivel molecular suele ser siempre el desafío”, dijo Katy Gazda, profesora de biotecnología de secundaria que enseñó CRISPR en su salón de clases el año pasado. Para ayudar a los estudiantes a comprender mejor los movimientos moleculares complejos, los maestros usan herramientas como modelos en papel, modelos impresos en 3D y animaciones en línea.






CRISPR en el aula – EqPlayers


Nota: el diagrama está simplificado.

1. Apunta al gen correcto

Los científicos diseñan una pieza de ARN que coincide con el ADN que quieren editar. Esto se llama el guía de ARN. Los estudiantes pueden practicar el diseño de sus propias secuencias de ARN guía utilizando la misma herramienta de búsqueda bioinformática gratuita que utilizan los científicos para la investigación.

2. Atar el objetivo

Una enzima llamada Cas9 se une a un trozo de ADN y desenrolla temporalmente una sección del ADN. Los estudiantes pueden modelar el proceso con recortes de papel, empujando una secuencia de ADN de papel a lo largo de una guía impresa de ARN hasta que coincidan.

3. Cortar el ADN

Si el ARN guía coincide con una sección del ADN, la enzima Cas9 corta ambas hebras de la doble hélice del ADN. Una animación interactiva del Instituto Médico Howard Hughes muestra a los estudiantes cómo la enzima Cas9 cambia de forma y corta el ADN.





ADN reparado con sección editada

fragmentos de ADN cortado por Cas9

fragmentos de ADN cortado por Cas9

ADN reparado con sección editada


Nota: Los diagramas están simplificados.

4. Reparar y editar el ADN

La maquinaria dentro de la célula se apresura a reparar el ADN roto. Un proceso de reparación utiliza una pieza de ADN intacta de aspecto similar como plantilla para unir las piezas rotas.

Los científicos pueden introducir ADN hecho a medida en la célula, engañando a la maquinaria de reparación para que utilice el ADN diseñado como plantilla para unir las piezas rotas.

Los estudiantes también aprenden sobre ejemplos reales de edición de ADN, como terapias para enfermedades genéticas, incluida la enfermedad de células falciformes y la fibrosis quística. En algunos ejercicios, pueden ver ejemplos de la secuencia de ADN real asociada con cada enfermedad y evaluar ediciones genéticas específicas propuestas para curar la enfermedad.

Edición de genes práctica con bacterias

La Sra. Gazda cree que las lecciones prácticas de laboratorio ayudan a los estudiantes a “abrir sus mentes a la idea de que realmente pueden ser científicos”. Varias empresas venden kits de currículo CRISPR a escuelas secundarias y universidades. Un kit de Bio-Rad, un fabricante de tecnología de ciencias de la vida, incluye un experimento preempaquetado que utiliza la bacteria E. coli.





Bacterias alteradas con CRISPR

E. coli

colonias de bacterias

Petri

platos llenos de

bacterias comida

Petri

plato lleno de

bacterias comida

Bacterias alteradas con CRISPR

Petri

plato lleno de

bacterias comida


Bacterias sin CRISPR





Un gen de la bacteria codifica una enzima, llamada ß-gal, que puede ayudar a descomponer ciertas moléculas.

Aparece un color azul brillante cuando X-gal se descompone en ß-gal.

Un gen de la bacteria codifica una enzima, llamada ß-gal, que puede ayudar a descomponer ciertas moléculas.

Un color azul brillante

aparece cuando X-gal es

desglosado por ß-gal.


Nota: Los diagramas y los nombres de las moléculas están simplificados.

La bacteria E. coli utilizada en el kit Bio-Rad se cultiva en una mezcla de alimentos que incluye un compuesto llamado X-gal. Normalmente, estas bacterias pueden usar una enzima para descomponer el compuesto en dos partes: una molécula de azúcar y una molécula indicadora.

La molécula indicadora se vuelve de color azul intenso, mostrando a los estudiantes que la enzima bacteriana está funcionando. Esta colorida exhibición es una parte importante del experimento. Muestra a los estudiantes qué esperar en un grupo inalterado o de “control”, una parte vital de cualquier experimento científico.

Bacterias alteradas con CRISPR





La enzima ß-gal no se produce.

El compuesto X-gal no se puede descomponer sin la enzima ß-gal, por lo que nunca se produce la molécula indicadora de color azul brillante.

Después de que los estudiantes usen CRISPR para transformar una sección del gen, el gen ya no es funcional.

Después de que los estudiantes usen CRISPR para transformar una sección del gen, el gen ya no es funcional.

La enzima ß-gal no se produce. El compuesto X-gal no se puede descomponer sin la enzima ß-gal, por lo que nunca se produce la molécula indicadora de color azul brillante.


Nota: Los diagramas y los nombres de las moléculas están simplificados.

El proceso de alteración del ADN de E. coli con CRISPR implica técnicas de laboratorio como pipetear líquidos y mover cuidadosamente las colonias de bacterias. Enseñar una nueva clase de laboratorio como CRISPR puede ser intimidante, dice Gregory Jubulis, profesor de ciencias de secundaria que usa el kit Bio-Rad en su clase de biotecnología. “Te toma algunos años antes de que te sientas realmente cómodo enseñando algo”, dijo.

Pero cuando los kits de laboratorio de CRISPR en el aula estuvieron disponibles por primera vez, supo que quería enseñarlo. “Solo quiero que mis hijos estén preparados para el futuro de la ciencia”, dijo.

No solo sobre las moléculas

La Sra. Gazda utiliza las clases de laboratorio como una oportunidad para compartir opciones profesionales con los estudiantes. En un laboratorio CRISPR, los estudiantes pueden aprender sobre carreras en cualquier área, desde biología molecular y celular hasta emprendimiento y periodismo científico.

“La ética siempre surge”, dice el Sr. Jubulis, explicando cómo relaciona el experimento de laboratorio con las aplicaciones CRISPR de la vida real, como la terapia génica. Muchos de sus alumnos tienen amigos o familiares con enfermedades genéticas, por lo que el tema puede ser profundamente personal.