通过游戏教授 CRISPR

CRISPR 是一个了不起的 基因组编辑 以科学家们刚刚想象的方式影响子孙后代生活的技术。 它将在医疗保健、食品和环境的未来发挥作用。 今天的青年是明天的决策者； 因此，当我意识到围绕 CRISPR 及其潜力存在教育差距时，我决定加强科学传播。 在这项努力中令人难以置信的支持是 创新基因组学研究所（IGI） 和 农业研究传播、扫盲和教育 (CLEAR) 项目，鼓励年轻科学家制定有效的策略，与广大公众分享科学。

我与 CLEAR 成员合作开发了一个时长一小时的互动课程，内容涉及 CRISPR 的机制、其潜在用途和伦理考虑。 在一个学年中，我们向湾区和加利福尼亚州帕萨迪纳的 700 所学校的 10 多名学生教授了这一课。 我真的很喜欢听学生们分享他们对 CRISPR 未来的想法和感受。 当我问我们是否应该复活猛犸象时，一位高中新生建议加州灰熊是一个更好的主意，因为它的原生栖息地更完整。 当我问及如何用 CRISPR 为后代做出表面上的改变时，一位认真的学生提出了这样的担忧，即这种改变会加深富人和穷人的文化。 然后，课程就结束了。 课程和讨论结束了吗？ 学生会与家人和朋友分享这些想法和感受吗？ 我该怎么做才能让他们对 CRISPR 保持关注？

一个有趣的想法来自与我最小的弟弟迪伦的消遣，他住在将近 400 英里外。 为了保持联系，我们在线玩电子游戏，通常是外星人入侵射击游戏。 我们加入其他玩家的聚会，谈论游戏的知识，尝试击败彼此的分数，并不断回来寻求更多……啊哈！ 这就是我可以继续进行 CRISPR 讨论的方式。 最近游戏的成功像 神奇宝贝GO 表明所有年龄段的人都热衷于参与手机游戏。 我看到了 CRISPR 的原始功能之间的相似之处 细菌 防御系统和射击游戏元素。 这 的DNA切割 Cas9 酶 将是我的武器； 这 指导RNA （gRNA）将是我的弹药； 和， 病毒，邪恶的外星人。 想象这个基于 CRISPR 的游戏在我最小的兄弟和他的朋友手中，激励我去实现它。

随着电子游戏的兴起而成长 太空侵略者 至 愤怒的小鸟 给了我如何让 CRISPR 变得有趣的想法。 然而，开发新游戏需要更多的学习，而不仅仅是享受以前的游戏。 在线资源，例如“游戏设计的 3 个主要原则，”提供了指导：

1. 围绕核心游戏机制构建
2. 易于学习，但掌握起来很有趣
3. 奖励玩家

核心游戏机制很简单：用 Cas9/gRNA 摧毁入侵的病毒。 使 CRISPR 易于学习的任务需要更多的思考。 多种的 蛋白质 参与基于 CRISPR 的免疫，其机制仍在研究中。 幸运的是，Rath 及其同事在 2015 年发表的论文 [1] 将 CRISPR 分解为三个简单的步骤：

1. 适应 - 收购 病毒 的DNA
2. 口语 – CRISPR 组件的合成
3. 干扰 – CRISPR 降解病毒 DNA

增加攻击病毒的频率将挑战玩家的掌握并让他们保持参与。 至于奖励玩家，排行榜上的高分会给玩家吹牛的权利。 如果您的最高分被击败，请回到那里并获得更高的分数！

有了适当的计划，我接触了加州大学伯克利分校的学生开设的游戏设计和开发课程。 我对帮助制作这款游戏​​的令人难以置信的软件开发人员和艺术家给予足够的信任： Sabrina Wong、Christopher Yun、Samantha Elms、Nathan Pannell、Lulu Wang 和 Wesley Pickering. 他们每个人都为游戏的开发和发布做出了宝贵的贡献。 我们一起探索了游戏玩法的想法，开发了新颖的艺术作品，并寻求在实际科学与吸引人的游戏玩法之间取得平衡。 我们以多种方式将已发表的研究纳入我们的游戏：

• 获得的病毒 DNA 优先整合到 CRISPR 阵列的一端（前导端）[2]
• 单个 gRNA 源自一个长前体 RNA 缕 [3]
• 抗 CRISPR 蛋白 AcrIIA4 仅与组装的 Cas9-gRNA 复合物结合，而不与单独的 Cas9 [4]

由于我们知道大部分游戏玩法将基于颜色，并希望向尽可能多的学生开放游戏，因此我们向色盲朋友和同事寻求指导，以选择可区分的颜色。 还要感谢 CLEAR 和 IGI 成员的大力支持和反馈。 最终的游戏超出了我最初的想象，没有令人难以置信的开发团队是不可能完成的。

CRISPR防御 来自一个激动人心的高中外展计划（CLEAR in the Classroom）、与我最小的兄弟的纽带以及加州大学本科生的努力工作和创造力。 当您在游戏开始时放大时，希望您意识到这场细菌和病毒之间的战争正在我们周围进行。 而且，当你放大到你周围的世界时，我希望你考虑 CRISPR 以及它在我们未来的作用。

CRISPR防御 是免费的 Google Play 和 Apple App 商店。 游戏愉快！

参考文献：

1. Rath D、Amlinger L、Rath A、Lundgren M. CRISPR-CAS号 免疫系统：生物学、机制和应用。 生物化学. 2015;117:119-128. doi:10.1016/j.biochi.2015.03.025.
2. Barrangou R、Fremaux C、Deveau H 等。 CRISPR 提供对病毒的获得性抵抗 原核生物. 科学. 2007;315(5819):1709-1712. doi:10.1126/science.1138140.
3. Brouns SJJ、Jore MM、Lundgren M 等。 小的 CRISPR RNA 指导原核生物的抗病毒防御。 科学. 2008;321(5891):960-964. doi:10.1126/science.1159689.
4. Shin J, Jiang F, Liu JJ, et al. 通过抗 CRISPR DNA 模拟物禁用 Cas9。 Sci Adv. 2017;3(7):e1701620. doi:10.1126/sciadv.1701620.

By 迈克尔·戈麦斯

Michael 拥有加州大学洛杉矶分校的微生物学、免疫学和分子遗传学学士学位，并获得了博士学位。 2017 年来自加州大学伯克利分校的 Brian Staskawicz 实验室。他热衷于科学传播和全球食品挑战的可持续解决方案。