В анализе, опубликованном 4 февраля 2014 года в журнале mBio, используются данные за пять лет, собранные с тех пор, как HHMI запустил инициативу Альянса научного образования (SEA) Phage Hunters Advancing Genomics and Evolutionary Science (PHAGES). За последние пять лет в общей сложности 4800 студентов в 73 колледжах и университетах по всей стране прошли исследовательский курс SEA-PHAGES. Студенты курса участвуют в аутентичных исследованиях, и их результаты позволяют по-новому взглянуть на разнообразие и эволюцию фагов, вирусов, инфицирующих бактерии, которые они выделяют из образцов почвы. Анализ результатов курса, опубликованный в mBio, свидетельствует о том, что курс привлекает студентов и мотивирует их продолжать изучать науку.
Курс SEA-PHAGES использует огромное разнообразие бактериофагов, которое остается в значительной степени неизученным. «В биосфере насчитывается примерно 1031 фаговая частица — больше, чем у всех других форм жизни, вместе взятых», — говорит Грэм Хатфулл, профессор HHMI в Университете Питтсбурга и старший автор статьи mBio. «По большей части мы не знаем, что делают гены фагов».Но студенты, участвующие в этом национальном эксперименте по геномике бактериофагов, вносят реальный вклад в область геномики — публикуя рецензируемые научные статьи (студенты были соавторами 9 из 16 статей, опубликованных исследователями в программе), а также секвенированием и анализом. в геномах более 450 фаговых частиц.
В рамках курса студенты выделяют, называют, определяют последовательность и анализируют вновь обнаруженные микобактериофаги.После выделения фагов из образцов почвы студенты визуализируют свой фаг с помощью электронной микроскопии, затем выделяют и анализируют ДНК этого фага.
Их данные отправляются в онлайн-базу данных, где они передаются научному сообществу. Студентов обучают методам исследования, дизайну экспериментов и интерпретации данных, которые они применяют в своих собственных исследованиях.
«Разнообразие фагов настолько велико, что очень высока вероятность того, что копание в земле приведет к чему-то интересному и новому. Студенты могут найти какие-то новые гены или они могут найти что-то совершенно непохожее на все, что было описано», — говорит Хатфулл, который возглавляет проект SEA-PHAGES совместно с группой программ бакалавриата и магистратуры HHMI.Альянс естественнонаучного образования при HHMI работает с преподавателями естественных наук в колледжах и университетах США над пилотными проектами, направленными на развитие естественнонаучного образования в национальном масштабе.
SEA помогает налаживать связи между отдельными лицами и организациями, чтобы превратить хорошие идеи в эффективные, масштабируемые программы.Проект SEA-PHAGES начался в 2008 году под руководством Туахуанда Джордана, который в настоящее время является деканом Колледжа искусств и наук в Льюисе. Колледж Кларка. Осенью 2008 года Джордан и ее команда в HHMI, включая Люсию Баркер, Кевина Брэдли и Мелвину Льюис, набрали первоначальную когорту из 12 школ, и теперь программа расширилась и теперь включает более 70 школ.
Все студенты следуют одним и тем же экспериментальным процедурам и работают над достижением одних и тех же целей, что, по словам Хатфулла, поощряет наставничество со стороны сверстников. Но каждый студент начинает с собственного образца почвы и поэтому изолирует и изучает уникальный фаг. «Это участие в проекте привлекает студентов и заставляет их интересоваться и воодушевлять то, что они делают», — говорит Хатфулл. «Это их фаг. Если они не охарактеризовали его, то кто это сделает?»
Многие виды исследовательского опыта могут заинтересовать студентов и побудить их продолжить образование в области естественных наук. Но ресурсы ограничивают доступность наставников, независимых (или основанных на учениках) исследовательских должностей, а некоторые исследования, основанные на курсах, также имеют ограниченный охват; например, некоторые исследования предлагаются только студентам с высокими успеваемостями и старшим школьникам. Напротив, Альянс научного образования HHMI широко внедрил курс PHAGES, который открыт для студентов с небольшим опытом или без опыта в биологии на уровне колледжа как в четырехлетних, так и в местных колледжах.
С 2008 по 2013 год более 4800 студентов прошли годичный курс обучения. В этом году, который является шестым курсом курса, принимают участие более 2000 студентов.«Вам не нужно много знать, чтобы начать работу над этим проектом, но исследование достоверно и важно», — говорит Хатфулл. "Это позволяет нам уйти от обычных ограничений разнообразия, которые, как правило, существуют в научных сообществах, где вы уже должны быть высокопрофессиональными, чтобы быть отобранными для исследовательских возможностей.
Этот опыт гораздо более открытый. Все, что вам нужно, — это любопытство и мотивация ".
Курс SEA-PHAGES основан на PHIRE (Phage Hunters Integrating Research and Education), программе, созданной Хатфуллом в 2002 году профессором HHMI в Университете Питтсбурга. Хатфулл использовал этот курс как способ вовлечь старшеклассников в свои собственные исследования генетики фагов. Сотрудники отдела естественнонаучного образования HHMI признали успех модели в привлечении студентов и вместе с Хатфуллом работали над адаптацией программы для студентов бакалавриата, разработав курс, который можно было бы применять в широком масштабе без постоянного опыта в биологии бактериофагов.
Преподаватели когорты из 12 колледжей и университетов прошли подготовку для преподавания этого курса во время пилотной фазы проекта в 2008 году, и каждый год к инициативе присоединялись дополнительные школы.С момента запуска программы студенты выделили более 3000 бактериофагов из почвы, собранной по всей стране, а в некоторых случаях за пределами Соединенных Штатов. Студенты программы также проанализировали геномы более 450 бактериофагов и предоставили свои данные в онлайн-базы данных Genbank и PhagesDB, а также стали соавторами нескольких рецензируемых публикаций.
Но истинный показатель успеха SEA-PHAGES, по словам Хэтфулла, выходит далеко за рамки данных. «Успех воодушевляет студентов, заставляет их хотеть участвовать. Курс — это дверь к дальнейшему взаимодействию».
По его словам, существует множество анекдотических свидетельств такого рода помолвки. «Студенты курса SEA-PHAGES по-настоящему вовлечены и начинают заниматься наукой. Неофициальные сообщения о поведении студентов просто поражают: студенты приходят в лабораторию в неурочные часы; им грустно, когда программа заканчивается.
Но как ученые , мы ищем точные, четкие и количественные данные ".Публикация mBio предлагает эти данные. Для оценки программы Хэтфулл и его коллеги из HHMI и SEA провели несколько опросов и анализов. В одном из них они сравнили показатели удержания студентов, которые участвовали в SEA-PHAGES в 20 учреждениях, с общими показателями удержания в тех же школах, а также с общими показателями удержания студентов, изучающих естественные науки, технологии, инженерию и математику (STEM) в этих школах.
Их данные показали значительно более высокий уровень удержания — процент студентов первого курса, которые продолжили обучение до второго года в учебном заведении — для студентов SEA-PHAGES, чем для любой другой группы. Они обнаружили, что эти эффекты похожи на повышение удержания, о котором сообщалось в исследованиях, проводимых учениками.Исследователи использовали два метода для сравнения знаний о концепциях биологии между студентами, участвующими в SEA-PHAGES, со сверстниками, которые вместо этого участвовали в традиционных лабораторных курсах. Один из методов включал оценку успеваемости студентов-биологов в шести учебных заведениях, которые заменили курс SEA-PHAGES обычной биологической лабораторией, сравнивая оценки участвующих студентов в сопутствующем курсе лекций с оценками студентов, окончивших обычную биологическую лабораторию.
Студенты SEA-PHAGES получили значительно более высокие оценки за лекционный курс, в среднем 2,95 балла по шкале 4,0 по сравнению со средним показателем 2,58 для студентов, которые проходили традиционные лабораторные работы.Студенты SEA-PHAGES также набрали баллы, как и их сверстники, на традиционных лабораторных курсах по тесту биологических концепций, проводимому как до, так и после курсов.
Исследователи приходят к выводу, что, хотя учебная программа SEA-PHAGES не включает конкретных инструкций по концепциям, кроме тех, которые необходимы для выполнения исследовательского проекта, студенты не страдают от недостатка знаний по предмету.Команда также сравнила результаты самооценки студентов SEA-PHAGES в обучении, мотивации и отношении, а также карьерные устремления с результатами студентов, которые участвовали в летних исследовательских программах на основе ученичества.
Студенты SEA-PHAGES набрали не хуже или лучше по 20 компонентам, которые оценивались в обеих группах. Среди качеств, которые студентов просили оценить, были: понимание исследовательского процесса, терпимость к препятствиям, интерпретация данных и понимание того, как думают ученые.«Основываясь на анекдотических данных, мы были бы очень удивлены, если бы не увидели значительного образовательного воздействия», — говорит Хатфулл. «Но хотя анекдотический опыт убедителен, он не так убедителен, чтобы убедить людей.
Теперь, если программа работает так, как показывают данные, не должно быть особых препятствий для дальнейшего расширения и дальнейшего повышения воздействия программы».