Desenvolvimento de um kit para auxiliar o ensino da tecnologia de edição genética CRISPR/Cas

Abstract

Neste trabalho, uma ferramenta foi desenvolvida utilizando corte a laser para ensinar a técnica de edição genética CRISPR/Cas. CRISPR/Cas é uma poderosa ferramenta de edição genética com amplas aplicações na indústria, agricultura e, principalmente, na saúde humana. Apesar de vários autores terem desenvolvido metodologias para seu ensino, em geral esses trabalhos necessitam infraestrutura significativa. Para democratizar o ensino da técnica, nós desenvolvemos uma ferramenta de baixo-custo (menos de 15 reais por estudante) que não necessita de qualquer infraestrutura laboratorial e que pode ser produzida localmente através de ferramentas de fabricação digital. Peças de MDF foram desenvolvidas e manufaturadas para permitir ao usuário montar fitas de DNA, RNA e polipeptídeo, assim como editar sequências de DNA empregando peças que representam o sistema CRISPR/Cas. A ferramenta, composta por 186 peças, for denominada LeDNA, e 10 unidades foram produzidas para avaliação. Seu impacto em estudantes de nível médio foi avaliado em comparação e em conunto com aulas práticas e teóricas. Um novo plasmídeo foi desenvolvido para aulas práticas, permitindo a edição de uma linhagem de Bacillus subtilis produtora de fluorescência verde para passar a produzir fluorescência vermelha. Um protocolo simplificado para aplicação de CRISPR/Cas também foi desenvolvido e validado, viável em laboratórios educacionais com limitado acesso a equipamentos. As diferentes metodologias foram analisadas em três grupos de trinta estudantes de ensino médio de escola pública. Uma nova ferramenta de avaliação foi desenvolvida e validada para mensurar a performance dos estudantes e foi aplicada antes da primeira intervenção e após cada uma das três. LeDNA promoveu significativo ganho na performance educacional dos participantes tanto individualmente quanto quando associado com metodologias tradicionais.

In this work, a tool was developed using laser cutting technology to teach the CRISPR/Cas gene editing technique. CRISPR/Cas is a powerful gene editing tool with wide applications in industry, agriculture and, most importantly, in human health. Although several authors have developed methodologies for its teaching, these works in general require significant infrastructure. To democratize the teaching of this technique, we developed a low-cost (<3 US dollars per student) toolkit that does not require laboratorial infrastructure, and which can be produced locally through digital fabrication tools. MDF-made pieces were designed and manufactured to allow the user to assemble DNA, RNA and polypeptide strands, and to edit DNA sequences using parts representing the CRISPR/Cas system. The toolkit consisting of 186 pieces was named LeDNA, and 10 units were produced for testing. Its impact on high school students was evaluated in comparison and in conjunction with a practical and a theoretical class. A new plasmid was developed for practical classes, allowing the editing of a strain of Bacillus subtilis producing green fluorescence to produce red fluorescence. A simplified CRISPR/Cas application protocol was also developed, feasible in educational laboratories with limited access to equipment. The different methodologies were analyzed in three groups of thirty high school students from public schools. A new assessment instrument was created to evaluate the participants’ performance and it was applied before the first intervention and after each of the three. LeDNA promoted a significant increase in educational performance both individually and when associated with traditional methodologies.