Une équipe de bio-ingénierie développe un laboratoire à distance pour enseigner la cinétique enzymatique

La pandémie de COVID-19 a forcé les enseignants du monde entier à adopter l’apprentissage à distance. Bien qu’il soit relativement facile d’adapter le matériel existant pour les cours magistraux axés sur la théorie, l’enseignement à distance des cours de laboratoire représentait un formidable défi. Dans un nouvel article publié dans le Journal of Microbiology & Biology Educationdes chercheurs du Département de bio-ingénierie de l’Institut Carl R. Woese de biologie génomique de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign démontrent la mise en œuvre d’une activité de laboratoire à distance pour enseigner aux étudiants la cinétique enzymatique.

« Un défi important pour l’apprentissage en ligne est la prestation de cours pratiques en laboratoire. Pendant la pandémie de COVID-19, nous avons développé et expédié des kits avec des fournitures et des réactifs pour offrir une expérience de laboratoire aux étudiants à distance », a déclaré Karin Jensen, professeure adjointe à l’enseignement. de Bioingénierie. « Nous voulions aider les étudiants à pratiquer des techniques et à effectuer des expériences à distance en utilisant des protocoles qui ne nécessitent pas d’équipements volumineux et coûteux auxquels les étudiants ont normalement accès dans notre laboratoire d’enseignement. »

Auparavant, les chercheurs avaient développé des exercices à distance pour apprendre aux étudiants à utiliser des micropipettes à l’aide de kits à domicile. Maintenant, ils se concentrent sur la façon d’enseigner aux étudiants de premier cycle la cinétique enzymatique, qui examine la rapidité avec laquelle une enzyme décompose sa cible pour former un produit. Pour ce faire, l’équipe a développé un kit de cinétique enzymatique à domicile qui peut être utilisé comme alternative aux techniques traditionnelles réalisées en laboratoire.

« Alors que d’autres instructeurs ont développé des kits de laboratoire dans le passé, aucun d’entre eux n’était axé sur l’enseignement de la cinétique enzymatique, ce qui est particulièrement difficile compte tenu de l’équipement spécialisé normalement requis pour mesurer avec précision les produits des réactions enzymatiques », a déclaré Pablo Perez-Pinera (ACPP ), professeur agrégé de bioingénierie. « Nous avons utilisé un équipement très basique et abordable pour enseigner aux étudiants comment effectuer des expériences simples et collecter rapidement des données pour étudier la cinétique enzymatique. »

Les étudiants étudiaient comment l’enzyme lactase convertit le lactose en glucose. Le kit comprenait des micropipettes, des balances, du lactose, des pilules de lactase et un lecteur de glycémie. Dans les semaines précédant l’exercice, les étudiants ont été formés à distance à l’utilisation de micropipettes et ont appris à enregistrer des données dans des cahiers de laboratoire électroniques. Après avoir regardé une conférence préenregistrée sur les enzymes, ils ont reçu des instructions sur la façon de réaliser les expériences.

Eileen Johnson, une assistante à l’enseignement diplômée en bio-ingénierie qui a enseigné les sections de laboratoire à distance, a engagé les étudiants dans l’activité en créant une compétition amicale pour que les étudiants conçoivent et mènent leurs propres expériences. Après avoir rencontré les instructeurs et appris les bases de l’expérience, les étudiants ont été invités à étudier comment différentes perturbations modifiaient la cinétique de la réaction : les différentes marques de lactase font-elles une différence, l’ébullition de la lactase change-t-elle quelque chose et la congélation de l’enzyme changer le résultat ? Après avoir introduit ces variables, les étudiants ont rencontré les instructeurs et ont présenté leurs résultats.

« Plusieurs étudiants ont déclaré que le laboratoire de cinétique enzymatique était l’une de leurs parties préférées du cours », a déclaré Abhishek Bhattacharjee, étudiant de premier cycle au Département de bio-ingénierie et assistant de laboratoire principal du cours qui a développé et optimisé les protocoles. « Notre principale limite était le petit nombre d’étudiants qui ont fourni des commentaires. Nos travaux futurs comprendront une évaluation supplémentaire et formelle des commentaires des étudiants. »

Le besoin de tels kits à domicile restera longtemps après la pandémie. Par exemple, les étudiants qui ne peuvent pas assister aux laboratoires en personne, ceux des camps d’été ou les participants aux programmes en ligne peuvent toujours avoir besoin d’opportunités d’apprentissage en laboratoire à distance. Les chercheurs espèrent que des activités de laboratoire similaires contribueront également à accroître l’accès à l’enseignement des STEM.