Migliorare i risultati degli studenti con un'esperienza di ricerca universitaria basata su corsi di clonazione molecolare adattabile

Riepilogo

Un modulo di clonazione molecolare adattabile di Gibson Assembly è stato impiegato in un formato di esperienza di ricerca universitaria (CURE) basato su corsi per studenti di laboratori di biologia molecolare. La valutazione dei risultati di apprendimento degli studenti ha mostrato una migliore comprensione e fiducia nella clonazione molecolare dopo il completamento del CURE e nuovi plasmidi sono stati clonati per la ricerca sulla biosintesi di prodotti naturali.

Abstract

Il continuo progresso delle tecniche di biologia molecolare richiede che i curricula di biologia molecolare siano regolarmente perfezionati per preparare efficacemente gli studenti a entrare nel mondo del lavoro con competenze moderne. In particolare, l'emergere del Gibson Assembly, una tecnica di clonazione molecolare altamente personalizzabile e adattiva, ha fatto progredire il panorama della clonazione molecolare in numerosi ambienti di ricerca. Pertanto, abbiamo creato un modulo di clonazione Gibson Assembly per l'implementazione in un corso di laboratorio di biologia molecolare presso la California Polytechnic State University, San Luis Obispo e abbiamo valutato i risultati di apprendimento degli studenti dal modulo. Nel corso di tre iterazioni del corso, gli studenti hanno partecipato a un progetto indipendente basato su esperimenti che prevedeva la clonazione di tre librerie di plasmidi uniche per supportare progetti di ricerca sulla biosintesi di prodotti naturali. Agli studenti sono stati somministrati questionari pre e post per valutare la loro comprensione della clonazione molecolare e la loro fiducia nei termini e nelle tecniche di biologia molecolare. Le risposte degli studenti hanno mostrato un aumento significativo sia nell'apprendimento dei concetti di clonazione molecolare che nella fiducia auto-riferita con i termini e le tecniche di clonazione molecolare. Questo framework di moduli può essere generalizzato per insegnare a Gibson Assembly varie applicazioni, fornendo agli istruttori un toolkit per insegnare una tecnologia di clonazione adattabile ed emergente mentre avanzano i loro progetti di ricerca.

Introduzione

La formazione degli studenti universitari nei concetti fondamentali della biologia molecolare e nelle tecniche di laboratorio è fondamentale per il loro sviluppo scientifico e professionale poiché queste metodologie sono comuni in vari contesti di ricerca, tra cui il mondo accademico e l'industria. Pertanto, gli studenti di biologia (concentrazione di biologia molecolare e cellulare) e biochimica presso la California Polytechnic State University, San Luis Obispo (Cal Poly) sono tenuti a seguire un corso di laboratorio di biologia molecolare di divisione superiore per apprendere e applicare questi argomenti (CHEM / BIO 475). Un curricu....

Protocollo

Gli studi che hanno coinvolto partecipanti umani sono stati esaminati e approvati da soggetti umani nel Research Institutional Review Board di Cal Poly (2022-113-CP (IRB)). I partecipanti hanno fornito il loro consenso informato scritto per partecipare a questo studio.

Il seguente protocollo delinea la preparazione dell'istruttore (passaggi 1.1-1.3), le azioni degli studenti per un modulo didattico a tre esperimenti che include la PCR per ottenere frammenti lineari (passaggi 2.1-2.7), l'assemblaggio, la trasformazione e la selezione di cloni di Gibson (passaggi 3.1-3.5), l'isolament....

Risultati

Successo degli studenti nella clonazione
In ogni iterazione del modulo Gibson Assembly (2019, 2022 e 2023), agli studenti è stato chiesto di preparare un rapporto che riassumesse i loro risultati. Nel 2019, 36 studenti su 44 (81,8%) hanno riferito di aver clonato con successo i loro plasmidi sulla base dei risultati dello schermo che hanno progettato per l'esperimento C. Un totale di 14 studenti su 20 (70,0%) ha riportato successo nella clonazione dei costrutti asseg.......

Discussione

Qui, proponiamo un progetto di laboratorio universitario regolabile in aula che insegna agli studenti la clonazione molecolare attraverso Gibson Assembly in un contesto di ricerca basato su corsi. In totale, 28 nuovi plasmidi sono stati clonati da studenti universitari in un ambiente scolastico. Il successo riportato dai singoli studenti variava dal 44,4% all'81,8% in tre coorti e il successo complessivo della clonazione è stato dell'80% (28 dei 35 plasmidi totali assegnati sono stati c.......

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
Deoxyribonucleotide triphosphate (dNTPs, 10  mM)	Fisher Scientific	FERR0191	Homemade' MasterMix component
Dithiothreitol (DTT)	Fisher Scientific	FERR0861	Homemade' MasterMix component
DpnI	New England Biolabs	R0176S	1000 units
Fisherbrand Isotemp Microbiological Incubator	Fisher Scientific	15-103-0513
FisherBrand Isotemp Water Bath	Fisher Scientific	S28124
GelRed Nucleic Acid Gel Stain	Biotium	NC9594719	10,000X
GeneJET Gel Extraction and DNA Cleanup Micro Kit	Thermo Scientific	FERK0831	100 Preps
GeneRuler 1 kb DNA ladder	Fisher Scientific	FERSM0314	100 applications
LB Broth, Miller	Fisher BioReagents	BP9723-500	500 g
Magnesium chloride hexahydrate	Fisher Scientific	BP214-500	Homemade' MasterMix component
Mastercycler nexus X2 Gradient Thermocycler	Eppendorf	6337000027
Microfuge 16 Centrifuge	Beckman Coulter	A46474
Micromonospora echinospora bacteria	American Type Culture Collection	ATCC 15837
Microwave Oven	General Electric	2440640
Molecular Biology Grade Agarose	Fisher BioReagents	BP160-100	100 g
Nanodrop One Microvolume Spectrophotometer	Thermo Scientific	13-400-518
NEB 5-alpha Competent E. coli	New England Biolabs	C2987H	20 x 0.05 mL
NEBuilder HiFi DNA Assembly Master Mix	New England Biolabs	E2621S	10 reactions
New Brunswick Innova 40 Benchtop Orbital Shaker	New Brunswick	M1299-0090
Nuclease Free Water	Fisher BioReagents	BP248450	50 mL
PEG-8000	Fisher Scientific	BP233-100	Homemade' MasterMix component
Phusion DNA Polymerase	New England Biolabs	M0530	Homemade' MasterMix component
Portable Balance	Ohaus	SKX123
pUC19 vector	New England Biolabs	N3041S
Q5 High-Fidelity 2x Master Mix	New England Biolabs	M0492S	100 reactions
T5 Exonuclease	Epicentre	T5E4111K	Homemade' MasterMix component
Taq DNA Ligase	New England Biolabs	M0208	Homemade' MasterMix component
Tris-HCl	Fisher Scientific	AAA1137918	Homemade' MasterMix component
TriTrack DNA Gel Loading Dye (6x)	Thermo Scientific	FERR1161	5 x 1 mL
Zyppy Plasmid Miniprep Kit	Zymo Research	D4019	100 Preps
β-Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+)	New England Biolabs	B9007S	Homemade' MasterMix component