Los bacteriófagos como
plataforma educacional para atraer y retener a los estudiantes jóvenes en la
actividad científica
María Eugenia Dieterle y Mariana Piuri
Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales,
Universidad de Buenos Aires, IQUIBICEN-CONICET, Buenos Aires, Argentina.
Correo electrónico: mpiuri@qb.fcen.uba.ar
Resumen
El curso SEA-PHAGES (ScienceEducation Alliance Phage Hunters
AdvancingGenomics and EvolutionaryScience) de HHMI (Howard Hughes Medical
Institute) brinda a los estudiantes universitarios del primer año la
oportunidad de acercarse a la investigación empleando como plataforma el
aislamiento y posterior secuenciación y anotación de genomas de
micobacteriófagos. La participación en este curso ha demostrado estimular el
interés de los estudiantes por la ciencia y promover su permanencia en
disciplinas como ciencias, ingeniería, tecnología y matemáticas.
Palabras claves
Bacteriófagos, experiencia en investigación, educación e investigación,
micobacteriófagos.
Bacteriophages as an educational platform to attract and retainyoung
students in science
Abstract
The HHMI (Howard Hughes Medical Institute) Science Education Alliance
Phage Hunters Advancing Genomics and Evolutionary Science (SEA-PHAGES)
course brings the opportunity to first year college students to participate
in a research project using as platform the isolation and further sequencing
and annotation of mycobacteriophage genomes. Involvement of students in this
course stimulates interest in science and enhances persistence in science,
engineering, technology and mathematics disciplines.
Key words
Bacteriophage, research experience, education and research,
mycobacteriophages
Los (bacterió)fagos fueron descriptos por Frederick Twort (1915)(1)y un par
de años más tardepor Felixd´Herelle (2) como "comedores de
bacterias"característica que dio origen a su nombre. Aunque la naturaleza de
los fagos estuvo en debate durante muchos años, esta particularidad condujo
a evaluar casi de inmediato su empleo en terapia para el tratamiento de
enfermedades bacterianas. Fue el mismo d´Herelle (y algunos de sus
familiares) quienes, muy lejos de los estándares éticos requeridos hoy en
día, ingirieron suspensiones de fagos para demostrar su inocuidad y emplear
preparaciones de fagos activos contra Shigella para el control de la
disentería. Aunque con el advenimiento de los antibióticos los bacteriófagos
fueron dejados de lado en Occidente con fines terapéuticos (en Rusia y
Europa del Este nunca dejaron de ser empleados en la clínica), éstos fueron
claves en el desarrollo de nuevos paradigmas (i.e., biología molecular como
ciencia).
Hoy, casi 100 años después,estos virus de bacterias han vuelto a cobrar
relevancia en parte por sus aplicaciones, incluyendo su empleo en terapia
(debido a la aparición de cepas resistentes a los antibióticos), desarrollo
de herramientas para manipular genéticamente bacterias, empleo de productos
codificados en sus genomas con fines tecnológicos y diagnóstico de
patógenos.
Sumado a sus múltiples usos, los fagosestán siendo empleados como una
plataforma para introducir a los estudiantes en el mundo de la investigación
e incentivarlos a dedicarse a las ciencias.
Una de nosotras (M.P), en sus primeros días como becaria postdoctoral en el
laboratorio del Dr. Hatfull en la Universidad de Pittsburgh, presenció con
sorpresa como un chico de no más de 14 años observaba detenidamente placas
de lisis sobre un césped bacteriano.
Al preguntar qué estaba haciendo ese chico en el laboratorio, respondieron
que era parte del programa PHIRE (Phage Hunters Integrating Research and
Education program), en el cual estudiantes universitarios de grado y de
escuelas secundarias aislaban nuevos bacteriófagos, secuenciaban, anotaban
sus genomas y los analizaban comparándolos con otros genomas conocidos. Con
una visión bastante escéptica, dudó del beneficio de la participación de
estudiantes tan jóvenes y en etapas tan tempranas en un programa como éste y
cuál era el sentido de destinar fondos para llevarlo adelante. Por supuesto,
esa visión fue bastante errada ya que el programa que comenzó en la
Universidad de Pittsburgh fue extendido a otros ámbitos, más allá de los
laboratorios con experiencia en investigación con fagos, y hasta el momento
ha sido implementado en más de 73 universidades en los últimos 5 años con la
participación de 4800 estudiantes. Esto ha sido estructurado a nivel
nacional en Estados Unidos a través del curso SEA-PHAGES (Science Education
Alliance Phage Hunters Advancing Genomics and Evolutionary Science) de HHMI
(Howard Hughes Medical Institute)(3).
¿En qué consiste exactamente el curso? Brinda a estudiantes de los primeros
años de la universidad (College) una experiencia en investigación durante el
transcurso de un año. Las clases son de 18-24 alumnos e incluyen uno o dos
profesores y un jefe de trabajos prácticos. En el primer cuatrimestre, los
estudiantes aíslan fagos de muestras de suelo (recolectadas por ellos y
registrando con un GPS las coordenadas del lugar) usando Mycobacterium
smegmatis como hospedadora (bacteria no patogénica que se usa como modelo
para Mycobacterium tuberculosis).Los estudiantes purifican y caracterizan
los fagos, los visualizan por microscopía electrónica y extraen y purifican
DNA. El genoma es secuenciado entre cuatrimestres y en el segundo
cuatrimestre los alumnos anotan el genoma empleando herramientas
bioinformáticas para definir posibles genes, entender reordenamientos
genómicos y predecir funciones proteicas.La secuencia y la anotación es
revisada y recopilada en una base de datos (PhagesDB database, http://www.phagesdb.org)
y enviada a GenBank. Cada estudiante puede ponerle nombre a su fago (de ahí
nombres tan variados como Brujita, Tweety, Corndog, etc.) lo que les da un
sentido de posesión y los motiva a explorar los secretos detrás del mismo.
El objetivo de este curso curricular es introducirlos en los métodos y
abordajes que se emplean en investigación, diseño experimental e
interpretación de datos pero no busca brindar información más allá del
contexto biológico necesario para llevarlo a cabo.
La contribución del curso SEA-PHAGES ha sido clave para entender la
diversidad de los micobacteriófagos (fagos que infectan Mycobacterium) y los
datos obtenidos han resultado en un número significativo de publicaciones en
las cuales los estudiantes son autores (4-12). Se han aislado 3000 nuevos
fagos y han sido secuenciados más de 450 genomas con más de 350 secuencias
depositadas en Genbank. Se ha estudiado la correlación entre el genoma y el
lugar geográfico donde fueron aislados (7-13) y los mecanismos evolutivos
que llevan ala presencia de mosaicos en sus genomas (6). Sumado a esto, los
fagos aislados forman una invalorable colección de potenciales virus que
infecten Mycobacterium tuberculosis. Los bacteriófagos deM.tuberculosis han
sido fundamentales para el desarrollo de herramientas para la manipulación
genética de esta bacteria (14), el diagnóstico (15) y la determinación
rápida del patrón de susceptibilidad a antibióticos para identificar cepas
resistentes(16).
En el año 2012, en Estados Unidos, el presidente del Consejo de Asesores en
Ciencia y Tecnología (PCAST) reportó la necesidad de un millón de graduados
en ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas en la próxima década para
cubrir las necesidades económicas de ese país. Uno de los problemas con los
que se enfrentan es la deserción de estudiantes de estas carreras durante
los primeros años. El reemplazo de los cursos convencionales de laboratorio
por aquellos donde se involucre a los alumnos en experiencias de
investigación reales ha demostrado mejorar el compromiso e interés de los
estudiantes por la ciencia (17-19). En un trabajo recientemente publicado en
la revista mBio, se analizó el efecto que tenía la participación en el curso
SEA-PHAGES en la permanencia en la carrera (3). Se observó una mayor
retención de los alumnos que participaron del curso sugiriendo que la
incorporación de la experiencia en investigaciónen etapas tempranas
disminuye la deserción de los estudiantes.
Tal vez la clave de este programa comparado con otros(como por ejemplo
estudiantes que durante el verano hacen una pasantía de investigación en un
laboratorio) radica en la participación directa de los alumnosen un
descubrimiento científico, con un proyecto propio que puede mejorar su
autoestima y su motivación personal.Los costos de los materiales son
similares a los de otros trabajos prácticos y los gastos de secuenciación
son cubiertos por HHMI y la Universidad de Pittsburgh. Como ventaja
adicional, el tamaño y la diversidad de la población de fagos es tan grande
que no genera ningún obstáculo en el número de estudiantes que pueden
participar.
Aún hoy, los fagos no dejan de sorprendernos y hasta han demostrado ser
aliados ideales para introducir a los jóvenes en la investigación
despertando su apetito por la ciencia.
Referencias
1. Twort FW(1917) An investigationon the nature of ultra-microscopic.The
Lancet, 1915 186: 1241-1243.
2. d’Herelle F(1917) Sur un microbe invisible antagoniste des bacilles
dysentériques.Comptes Rendus de l´Académie des Sciences Paris 165: 373-375.
3. Jordan TC, et al(2014) A broadly implementable research course in phage
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4. Cresawn SG,BogelM, DayN, Jacobs-SeraD, HendrixRG, HatfullGF(2011)Phamerator:
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12. Lorenz L, et al(2013)Genomic characterization of six novel Bacillus
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19. Lopatto D(2007)Undergraduate Research Experiences Support Science Career
Decisions and Active Learning.CBE-Life Sciences Education2007. 6: 297-306.
Mariana Piuri es Investigadora de CONICET y fue Postdoctoral Fellow y
Postdoctoral Research Associate en el laboratorio del Dr. Hatfull en el
Department of Biological Sciences, School of Art and Sciences, University of
Pittsburgh.
María Eugenia Dieterle es becaria doctoral de CONICET.
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Revista QuímicaViva Número 2, año 13, Agosto de 2014 quimicaviva@qb.fcen.uba.ar |
