Что вы помните из школьных уроков биологии? Возможно, вы помните, как вскрывали лягушку или как разглядывали клетки кожицы лука в одноглазый микроскоп, устанавливая свет при помощи зеркальца? Что ж, вам повезло: сейчас в подавляющем большинстве школ обучение естественным наукам проходит вообще безо всякой экспериментальной работы, и школьники в лучшем случае выполняют задания в рабочих тетрадях, а в худшем — просто переписывают учебник. Обучение методам молекулярной биологии особенно затруднительно: дорогостоящие реактивы и оборудование не по карману никакой школе. Однако вполне вероятно, что эта вопиющая несправедливость в скором времени уйдет в прошлое. Недавно было объявлено о создании набора BioBits™ Bright, который предназначен для наглядной демонстрации ключевых идей молекулярной биологии [1]. Его создатели обещают не только увлекательные задания, с выполнением которых справится любой школьник, но и весьма привлекательную цену, делающую его доступным каждой школе.

Набор основан на использовании замороженных и высушенных реакционных смесей, включающих компоненты экспрессии генов в живых клетках: РНК-полимеразу, рибосомы, аминоацил-тРНК-синтетазы, факторы трансляции и др. Благодаря тому, что набор не включает живые клетки, его можно хранить при комнатной температуре более года. Для запуска реакции, имитирующей экспрессию генов, достаточно просто добавить воду и ДНК-матрицу в пробирку, содержащую замороженную и высушенную реакционную смесь (рис. 1а).

Набор включает два модуля. Задание первого модуля заключается в установлении зависимости уровня белка от количества ДНК, добавленной в пробирку. ДНК-матрица представлена замороженными и высушенными плазмидами, которые кодируют пять флуоресцентных белков разного цвета. Школьники должны добавить в пробирки разные количества плазмид и оставить реакционные смеси на сутки. Через сутки в пробирках будет наблюдаться флуоресценция разного цвета, видимая невооруженным глазом, причем чем больше ДНК было добавлено в пробирку, тем ярче будет флуоресценция. Так школьники смогут пронаблюдать центральную догму молекулярной биологии в действии (рис. 1б).

О том, что такое флуоресцентные белки, как они были открыты и используются, а также почему за них вручили Нобелевскую премию, «Биомолекула» не раз писала [3–7]. — Ред.

Во втором модуле ученикам предстоит самим придумать и поставить эксперимент с ДНК, кодирующей флуоресцентные белки. Для того чтобы дать простор фантазии, создатели набора включили в его состав 96-луночные планшеты с замороженными и высушенными реагентами и набор плазмид, кодирующих разноцветные флуоресцентные белки. Добавляя в определенные лунки плазмиды, кодирующие белки разных цветов, учащиеся смогут получать на планшетах настоящие картины, образованные этими лунками (рис. 1в).

Создатели набора позаботились и о том, чтобы школьники из малоимущих школ могли увидеть разноцветные продукты реакций, и разработали два визуализатора, работающие на аккумуляторе: один для задания по титрованию ДНК из первого модуля, другой — для задания по созданию собственного эксперимента с разноцветными белками из второго модуля. Оба визуализатора содержат одни и те же ключевые компоненты: диод, испускающий свет с длиной волны 450 нм, акриловые пластинки, отфильтровывающие ненужный свет от диода, и собственно корпус. Более того, были созданы бюджетные инкубаторы, питающиеся от USB: первый можно настроить на 30 или 37 °С, а второй — на любую температуру в интервале 30–37 °С (рис. 2).

В качестве дополнительных материалов к статье (размещенной, кстати, в открытом доступе) авторы в числе прочего опубликовали пять раздаточных материалов для школьников, в которых в игровой форме описывается методика эксперимента, представляющего собой вариацию на тему заданий из первого или второго модуля. Также в Supplementary вошли чертежи портативных визуализаторов и инкубаторов, которые пользователи набора могут собрать сами! Что ж, нам остается надеяться, что в ближайшем будущем чудо-набор доберется и до российских школ.

Литература

1. Jessica C. Stark, Ally Huang, Peter Q. Nguyen, Rachel S. Dubner, Karen J. Hsu, et. al.. (2018). BioBits™ Bright: A fluorescent synthetic biology education kit. Sci. Adv.. 4, eaat5107;
2. Биохакеры: молекулярная биология в стиле «сделай сам»;
3. Флуоресцентные репортеры и их молекулярные репортажи;
4. Флуоресцентные белки: разнообразнее, чем вы думали!;
5. Флуоресцентный белок miniSOG убивает клетки светом;
6. Флуоресцирующая Нобелевская премия по химии;
7. Микроскопическое свечение космического масштаба.