La biología sintética -que implica la ingeniería de sistemas biológicos para nuevos usos- se ha convertido en un campo de estudio cada vez más prominente y prometedor en colegios y universidades de todo el mundo.
La investigación ha dado lugar, por ejemplo, a virus que atacan a las bacterias dañinas, levaduras que producen biocombustibles y microorganismos modificados capaces de detectar toxinas en el medio ambiente, entre otras muchas innovaciones.
Sin embargo, los estudiantes de secundaria rara vez aprenden sobre la biología sintética, dice Natalie Kuldell, profesora de ingeniería biológica en el MIT. El problema, dice, es la falta de planes de estudio accesibles y prácticos para un campo en tan rápido desarrollo.
«En asignaturas como la física, por ejemplo, se puede demostrar la ingeniería construyendo máquinas de Rube Goldberg o maquetas de puentes», dice Kuldell. «Pero es difícil pensar cómo llevar la ingeniería a la biología para los estudiantes de secundaria».
En colaboración con profesores de secundaria, Kuldell puso en marcha la Fundación Educativa BioBuilder en 2011 para proporcionar a las escuelas kits de laboratorio y planes de lecciones -adaptados de su propio plan de estudios del MIT y de los laboratorios de investigación del MIT- para impulsar el interés y la innovación en este campo.
En la actualidad, más de 400 profesores de 43 estados utilizan el plan de estudios formal de BioBuilder. Algunos también han adaptado el curso para alumnos de secundaria. Muchos otros profesores de todo el mundo incorporan parte del material, que está disponible gratuitamente en Internet, a sus planes de estudio. Recientemente, BioBuilder y el Museo de la Ciencia de Boston recibieron una subvención de la Fundación Nacional de la Ciencia (NSF) para desarrollar kits de biología sintética que se enviarán a más de 200 museos de todo el país el próximo verano.
«Desde luego, ha despegado», dice Kuldell, y añade: «A los profesores les encanta aprender y enseñar, y BioBuilder les permite hacer ambas cosas».
Una nueva faceta de la biología
Para utilizar BioBuilder, los alumnos empiezan leyendo cómics y viendo animaciones que presentan un problema de investigación y un experimento concretos. A continuación, se dirigen al laboratorio, donde los grupos de estudiantes reciben kits para realizar sus propios experimentos.
BioBuilder ofrece cinco laboratorios, que incluyen la ingeniería de bacterias para que emitan colores u olores específicos, o la construcción de circuitos. Los kits incluyen todas las herramientas y materiales necesarios, como cuentagotas, tubos de centrífuga, piezas de circuitos y bacterias como E. coli para estudiar.
Los profesores pueden decidir qué lecciones de BioBuilder enseñar y cómo. Algunos profesores imparten clases durante todo un semestre, otros eligen algunas lecciones cada año y otros lo utilizan como programa extraescolar o proyecto final.
David Mangus, director de un nuevo programa de biotecnología en el Brockton High School de Brockton (Massachusetts), ha utilizado varias lecciones del BioBuilder, así como la unidad «Biology by Design» -en la que los alumnos deben redactar simulacros de propuestas de subvención- como proyectos finales. BioBuilder, dice, ha mostrado a los estudiantes una nueva faceta de la biología. «Es una forma diferente de pensar en la vida», dice. «Es lo que podemos hacer con ella, en lugar de sólo experimentarla».
Uno de los laboratorios favoritos de los estudiantes, dice Kuldell, es el llamado «Eau That Smell», que consiste en examinar bacterias diseñadas para que huelan a plátano maduro en una determinada fase de su crecimiento. A continuación, los estudiantes deben modificar las bacterias para que emitan ese olor específico en diferentes etapas de crecimiento. «Hacen muchas mediciones cuantitativas y cualitativas, empiezan a pensar en los datos que creen, en cómo mejorar el sistema y en cómo diseñar mejor un sistema», dice.
Muchos estudiantes también disfrutan con «What a Colorful World», un laboratorio en el que los alumnos estudian E. coli programadas para cambiar de color. En él, los estudiantes deben considerar cómo pueden diseñarse diferentes chasis (estructuras) celulares para controlar el color emitido, «al igual que el chasis de un coche debe adaptarse al motor que albergará», dice Kuldell. Una vez terminados los laboratorios, los estudiantes pueden compartir sus datos a través de un portal en línea gestionado por BioBuilder.
Kuldell también organiza un BioBuilderClub extraescolar para estudiantes y profesores de todo el mundo, en el que los alumnos pueden realizar sus propios diseños biotecnológicos. Los estudiantes también tienen la oportunidad de presentar su trabajo a los demás y a los biólogos sintéticos a lo largo del año. Esto anima a los estudiantes a implicarse de verdad y a «ser dueños de sus datos», dice Kuldell.
Impacto más allá de las aulas
A lo largo de los años, BioBuilder ha servido de plataforma de lanzamiento para proyectos notables y ha influido en la elección de la carrera de algunos estudiantes.
El año pasado, un equipo de estudiantes de secundaria de la Taipei American School de Taiwán utilizó su trabajo de clase en el BioBuilder para diseñar una proteína extracelular que se une a la Granzima B, una enzima que provoca daños en los tejidos, y la inhibe. Por su proyecto, los alumnos ganaron el gran premio de la categoría de secundaria en el Concurso Internacional de Máquinas de Ingeniería Genética (iGEM) de este año en Boston, la principal competición mundial de biología sintética para estudiantes universitarios y de secundaria.
En el Brockton High School, la estudiante de segundo año Aysha Cheretakis, una de las alumnas de Mangus, se ha convertido en miembro fundador del BioBuilderClub del centro, que actualmente está diseñando un organismo para detectar el Rohypnol (una droga comúnmente conocida como «roofies») en las bebidas, que esperan que se utilice en los laboratorios de criminalística.
Cheretakis se interesó por la biología sintética tras la «experiencia de laboratorio real» del laboratorio «What a Colorful World» de BioBuilder. «No son sólo cosas que leemos en un libro. En el laboratorio podemos aplicar nuestros conocimientos al mundo real», afirma.
Para Michael Sheets, graduado del Instituto Tyngsborough de Tyngsborough (Massachusetts), BioBuilder fue la puerta de entrada para estudiar microbiología en el Olin College. El programa, añade, también le dio un «impulso fantástico» en su investigación universitaria: «Los conocimientos y habilidades que adquirí se han quedado conmigo y han sido inmensamente útiles en mi educación y en mis prácticas desde entonces, y estoy seguro de que seguirán ayudándome a lo largo de mi carrera.»
Creación de BioBuilder
Kuldell lanzó BioBuilder como parte de una subvención de la NSF, llamada SynBERC, que proporcionó 10 años de financiación para la investigación en biología sintética.
La subvención financió la asociación de Kuldell con varios profesores de instituto de la zona que acudieron al MIT para investigar durante el verano. Juntos desarrollaron una plataforma educativa en línea para la biología sintética, basada en la investigación del MIT y de otros lugares. Los profesores que estaban interesados en llevar esas lecciones a sus laboratorios y aulas acudieron a un taller de desarrollo profesional en el MIT y volvieron a sus escuelas de todo el país para poner a prueba el programa.
Pronto, el plan de estudios y el programa de desarrollo profesional de BioBuilder ganaron en popularidad y Kuldell acudió al Servicio de Asesoramiento Empresarial (VMS) del MIT para que le ayudara a lanzar el programa sin ánimo de lucro. Entre otras cosas, ayudaron a Kuldell a crear el exitoso modelo de «formación de formadores» de BioBuilder, en el que los profesores de secundaria no sólo aprenden el plan de estudios en los talleres, sino que también aprenden a enseñarlo a otros profesores en sus propios centros.
«VMS fue muy importante para ayudarme a pensar en cómo hacer algo sostenible, cómo hablar de ello, cómo traer socios y desarrollar asociaciones», dice. «Tuvieron un valor incalculable».
Lo siguiente para Kuldell es establecer un laboratorio de enseñanza para BioBuilder en LabCentral, una incubadora compartida para empresas biotecnológicas en Cambridge. BioBuilder acaba de trasladar allí su sede, tras años de funcionamiento en el Departamento de Ingeniería Biológica del MIT. El laboratorio de innovación BioBuilder@LabCentral propuesto ayudaría a poner en contacto a estudiantes y profesores con empresarios de la zona. También espera poner en marcha un programa en el que los estudiantes de los colegios comunitarios puedan realizar parte de un programa de certificación en biología sintética que les ayude a conseguir trabajo en empresas de biotecnología.
«Del mismo modo que establecemos conexiones con los profesores de los centros de enseñanza media y secundaria, esperamos establecer conexiones con los estudiantes para que pasen de los cursos a las carreras», afirma.
