Des chercheurs proposent une nouvelle façon holistique d’enseigner la biologie synthétique

Le domaine de la biologie synthétique, la science de la manipulation de la biologie, compte de nombreux « cuisiniers dans la cuisine », ce qui l’a aidé à prospérer et a rendu particulièrement difficile la création d’un programme d’études cohérent et cohérent pour les étudiants de tous les niveaux d’études. Chaque discipline impliquée – du génie chimique à l’éthique – a une approche unique de l’enseignement et de la littérature, ce qui crée des incohérences entre ce que les scientifiques apprennent.

Aujourd’hui, les chercheurs de l’Université Northwestern proposent une nouvelle façon d’enseigner la biologie synthétique qui utilise différents niveaux d’organisation – en commençant à l’échelle moléculaire et en passant à l’échelle sociétale – pour enseigner les principes fondamentaux et une vision holistique du développement de technologies durables de biologie synthétique. L’approche intègre des éléments issus de nombreuses disciplines, permettant à des personnes d’horizons très différents d’accéder à l’enseignement de la biologie synthétique.

Un article détaillant le cadre est publié dans la revue Nature Communications.

« Les premières versions des cours de biologie synthétique manquaient de fondements conceptuels », explique Julius Lucks, expert en biologie synthétique et auteur principal. « Du point de vue pédagogique, on voyait une sorte de méli-mélo selon le département dans lequel on se trouvait. Nous nous sommes lancés le défi de trouver une solution : comment fusionner toutes ces disciplines, développer un cadre commun et créer un langage commun ? »

Lucks est professeur de génie chimique et biologique à la McCormick School of Engineering de Northwestern et codirecteur du Center for Synthetic Biology (CSB).

Lorsque le génie génétique est apparu dans les années 1970, l’idée de réutiliser, de réorienter et de reconfigurer les systèmes biologiques pour répondre aux défis de la société (le cœur de la biologie synthétique) est devenue possible. Avec l’avènement du CRISPR vers 1990, la biologie synthétique a été popularisée et, sans aucun programme d’études, elle a dû faire face à un problème d’identité.

« L’un des plus gros problèmes que nous avons constatés chez nos étudiants et dans nos laboratoires est qu’ils ont tendance à se concentrer sur un problème très spécifique », a déclaré Ashty Karim, professeur adjoint de recherche en génie chimique et biologique à Northwestern et premier auteur de l’article.

« Par exemple, si vous étudiez le fonctionnement de CRISPR, vous pourriez étudier la machinerie protéique localisée qui modifie l’ADN. Mais si vous voulez créer une technologie basée sur CRISPR, il y a bien d’autres aspects importants que le fonctionnement à l’échelle moléculaire. Comment cela fonctionne-t-il dans le contexte d’une cellule ou d’une population de cellules dans le corps d’une personne à travers différents tissus ? Comment cela interagit-il avec les systèmes de santé actuels ? Ce sont des discussions que nous devons avoir et qui pourraient influencer la science que nous faisons. »

Karim est directeur de recherche au CSB et membre principal de son corps professoral.

De là est née l’idée de décomposer la biologie en échelles, développée à l’origine à partir d’une conversation sur la façon dont la plupart des cours d’introduction à la biologie présentent un continuum qui va de l’ADN aux tissus et à l’organisme. Des comportements émergents apparaissent à différents niveaux d’organisation ; la société se comporte différemment d’un organisme, etc. La biologie synthétique, selon l’article, peut être décomposée en cinq composantes : moléculaire, circuit/réseau, cellulaire, communautés biologiques et sociétale.

La clé du cadre proposé est la présence d’une éthique solide à chaque échelle.

En testant le programme auprès d’étudiants de premier et de deuxième cycle de Northwestern, les auteurs ont constaté que différents principes fondamentaux, comme la thermodynamique et la cinétique, s’appliquaient naturellement à différentes échelles. Par exemple, avez-vous besoin de comprendre un principe en permanence ? Ou pouvez-vous l’ignorer jusqu’à une certaine échelle ?

Le programme doit également être étayé par des études de cas qui aident les apprenants à analyser comment les choix d’ingénierie faits à une échelle affectent la fonction biologique à une autre, à rassembler des solutions potentielles aux défis mondiaux à toutes les échelles et à identifier l’impact de la biologie synthétique sur les objectifs sociétaux et les questions éthiques. Les études de cas peuvent également être adaptées à l’établissement ou à l’instructeur qui met en œuvre le programme.

La présentation de cette approche aux classes a été un grand succès, selon Lucks et Karim, qui ont tous deux déclaré que le concept avait « cliqué » pour les étudiants dès la première fois qu’ils ont enseigné le cours. Le concept des échelles a rencontré un tel succès qu’en fait, le Northwestern Center for Synthetic Biology l’utilise pour organiser ses recherches collaboratives de pointe.

Les chercheurs espèrent également que le programme pourra être mis en œuvre de manière beaucoup plus large et ont fourni des ressources et des idées que d’autres pourront utiliser pour adapter l’approche à leurs besoins et intérêts.