دانشگاه نورث‌وسترن انقلاب کرد: آموزش زیست‌شناسی مصنوعی از پایه تا جامعه!

آموزش زیست‌شناسی مصنوعی: یک راهِ نوین برای هماهنگی یادگیری

حوزهٔ زیست‌شناسیِ مصنوعی، که به دست‌کاری در سیستم‌های زنده می‌پردازه، با وجود کلی متخصص توش، هم باعث پیشرفت سریع شده و هم ساختن یک برنامهٔ درسیِ منسجم و یکپارچه برای دانشجوها در همهٔ سطح‌ها رو سخت کرده. هر رشتهٔ مرتبط با این حوزه، از مهندسیِ شیمی بگیر تا اخلاق، روش تدریس و زبان خودش رو داره. این موضوع باعث میشه که یه سری تناقضاتی در چیزایی که دانشمندا یاد می‌گیرن، پیش بیاد.

حالا، محققای دانشگاه نورث‌وسترن یه پیشنهادِ جدید برای آموزش زیست‌شناسی مصنوعی ارائه دادن که از سطوح مختلفِ سازمان‌دهی استفاده می‌کنه. این کار از مقیاسِ مولکولی شروع می‌شه و تا مقیاسِ اجتماعی گسترش پیدا می‌کنه. هدفش هم آموزشِ اصول بنیادین و شکل‌گیریِ یه دیدگاهِ جامع دربارهٔ توسعهٔ فناوری‌های پایدارِ زیست‌شناسی مصنوعی هست. این روش، اجزای مختلفی از رشته‌های گوناگون رو شامل می‌شه و به آدمایی با پیش‌زمینه‌های متفاوت اجازه میده که به آموزش زیست‌شناسی مصنوعی دسترسی داشته باشن. مقاله‌ای که جزئیات این چارچوب رو توضیح می‌ده، دیروز (۲۶ ژوئن) در مجلهٔ Nature Communications چاپ شد.

یولیوس لاکس، متخصصِ زیست‌شناسی مصنوعی و نویسندهٔ اصلی این مقاله، گفت: «نسخه‌های اولیهٔ دوره‌های زیست‌شناسی مصنوعی، یه پایهٔ مفهومی نداشتن.» او اضافه کرد: «از نظر آموزشی، شما یه جور به‌هم‌ریختگی رو می‌دیدید که بستگی به این داشت که تو کدوم دپارتمان درس می‌خوندی. ما با خودمون قرار گذاشتیم که چطور می‌تونیم این همه رشته رو با هم جمع کنیم، یه جوری چارچوبِ مشترک درست کنیم و یه زبانِ مشترک بسازیم؟»

لاکس، استاد مهندسیِ شیمی و زیستی در دانشکدهٔ مهندسیِ مک‌کُرمیک دانشگاه نورث‌وسترن و هم‌مدیر مرکز زیست‌شناسیِ مصنوعی (CSB) هست. وقتی مهندسیِ ژنتیک تو دههٔ ۱۹۷۰ به وجود اومد، ایدهٔ استفادهٔ مجدد، بازسازی و دوباره تنظیم کردن سیستم‌های زیستی برای حل چالش‌های اجتماعی، یعنی همون اصلِ اساسیِ زیست‌شناسیِ مصنوعی، ممکن شد. بعد از ظهور CRISPR حدود سال ۱۹۹۰، زیست‌شناسی مصنوعی همه‌گیرتر شد و بدون داشتن یه برنامهٔ درسیِ مشخص، یه مشکلِ هویتی پیدا کرد.

آشتی کریم، استادیار پژوهشیِ مهندسیِ شیمی و زیستی در دانشگاه نورث‌وسترن و نویسندهٔ اول مقاله، گفت: «یکی از بزرگ‌ترین مشکلایی که تو دانشجوها و آزمایشگاه‌هامون دیدیم، اینه که دوست دارن فقط روی یه مشکلِ خاص تمرکز کنن.» او اضافه کرد: «مثلاً، اگه شما دارین بررسی می‌کنین که CRISPR چجوری کار می‌کنه، ممکنه دارین ماشین‌آلاتِ پروتئینیِ محلی رو مطالعه می‌کنین که تغییراتی تو DNA ایجاد می‌کنن. اما اگه قراره یه فناوری بر اساس CRISPR بسازید، جنبه‌های مهمِ دیگه‌ای هم هست، فراتر از عملکردهای مولکولی.»

این فرآیند توی بدن انسان چه‌جوری کار می‌کنه؟

این فرآیند تو سلول یا یه جمعیتی از سلول‌ها تو بدن انسان، و تو بافت‌های مختلف چی‌جوری عمل می‌کنه؟ تعاملات این سلول‌ها با سیستم‌های بهداشتی الان چه ارتباطی دارن؟ اینا موضوعاتی هستن که باید بهشون پرداخته بشه و ممکنه روی علم ما تأثیر بذارن.

کریم، مدیر تحقیقات در CSB و یکی از اعضای اصلی هیئت علمی اون، از همین‌جا یه ایده‌ای توی ذهنش جرقه زد که زیست‌شناسی رو به مقیاس‌ها تقسیم کنه. این ایده در واقع از یه بحث دربارهٔ این موضوع شروع شد که چطور بیشتر دوره‌های مقدماتیِ زیست‌شناسی، یه پیوستاری رو از DNA به بافت و بعد به موجود زنده ارائه می‌دن. رفتارای جدیدی تو سطوح مختلفِ سازمان‌دهی ظاهر می‌شن؛ جامعه به‌طور متفاوتی نسبت به یه موجود زنده رفتار می‌کنه و …

اجزای زیست‌شناسی مصنوعی

به گفتهٔ این مقاله، زیست‌شناسی مصنوعی رو می‌شه به پنج جزء تقسیم کرد: مولکولی، مدار/شبکه، سلولی، جامعه‌های زیستی و اجتماعی. نکتهٔ مهم این چارچوب پیشنهادی، وجود اخلاقیاتِ قوی توی هر مقیاسه. با امتحان کردنِ این برنامه بین دانشجوهای کارشناسی و تحصیلات تکمیلی تو نورث‌وسترن، نویسنده‌ها اعلام کردن که اصول بنیادینِ مختلفی مثل ترمودینامیک و سینتیک به‌طور طبیعی به مقیاس‌های مختلف مربوط می‌شن.

مثلاً، آیا همیشه باید یه اصل رو بفهمید؟ یا می‌تونید اون رو تا یه مقیاسِ خاص «نادیده» بگیرید؟ برنامهٔ درسی هم باید بر اساس مطالعهٔ موردی باشه. این کار به یادگیرنده‌ها کمک می‌کنه که تحلیل کنن چطور انتخاب‌های مهندسی تو یه مقیاس، رو عملکردِ زیستی تو مقیاسِ دیگه اثر می‌ذاره و راه‌حل‌های احتمالی برای چالش‌های جهانی تو مقیاس‌های مختلف ارائه بدن و تأثیر زیست‌شناسی مصنوعی روی اهدافِ اجتماعی و مسائلِ اخلاقی رو شناسایی کنن.

موفقیت در آموزش

مطالعه‌های موردی می‌تونن با موسسه یا استادی که برنامهٔ درسی رو اجرا می‌کنه، هماهنگ بشن. به گفتهٔ لوکس و کریم، ارائهٔ این روش تو کلاس‌ها خیلی موفقیت‌آمیز بوده و هر دو گفتن که این مفهوم، حتی تو اولین باری که درس داده شد، واسه دانشجوها «جذاب» بود. مفهوم مقیاس‌ها اونقدر موفق بوده که مرکز زیست‌شناسی مصنوعیِ نورث‌وسترن الان ازش برای سازمان‌دهی تحقیقات پیشرفته و همکاری‌هاش استفاده می‌کنه.

این محقق‌ها همچنین امیدوارن که این برنامهٔ درسی بتونه به طور گسترده‌تری اجرا بشه و منابع و ایده‌هایی ارائه دادن که بقیه می‌تونن ازشون استفاده کنن تا این روش رو با نیازها و علاقه‌مندی‌های خودشون تطبیق بدن. توسعهٔ روش تجزیه و تحلیل به وسیلهٔ بنیاد ملی علوم از طریق برنامهٔ SynBAS NRT (شمارهٔ کمک‌هزینهٔ ۲۰۲۱۹۰۰) و همین‌طور توسط بنیاد خانوادگیِ باخراخ حمایت شده.