Envolvendo os alunos do ensino médio na ciência do fermento

Muita gente quer trabalhar em áreas como ciência, tecnologia, engenharia e matemática (STEM), mas as mulheres e pessoas de grupos étnicos e raciais diferentes ainda não estão bem representadas em empregos acadêmicos nesses campos nos Estados Unidos. O ensino médio, que inclui as séries 6 a 8, é um período chave para os jovens, pois eles começam a pensar em opções de carreira na ciência. Pesquisas mostraram que atividades informais fora da sala de aula podem ajudar a aumentar o interesse em futuros empregos STEM para grupos sub-representados.

#Importância do Fermento na Ciência

Uma área de pesquisa que tem ganhado atenção é o estudo de um tipo de fermento chamado Saccharomyces cerevisiae. Esse fermento é importante para fazer produtos como pão e cerveja porque consegue fermentar açúcares em álcool, dióxido de carbono e outros sabores. Ao longo do último século, S. Cerevisiae também tem sido amplamente usado em biologia molecular nos laboratórios por causa da sua capacidade de crescer rapidamente e ser geneticamente modificado. Os cientistas têm estudado a história natural desse fermento para aprender mais sobre como ele existe na natureza.

No seu estado natural, S. cerevisiae geralmente se reproduz por um processo chamado brotamento, onde as células de fermento formam novas células. No entanto, quando falta nutrientes, alguns fermentos podem passar por um processo diferente chamado meiose, que permite que eles produzam esporos. Esses esporos podem ficar dormentes por longos períodos, mas podem crescer novamente quando as condições melhoram.

A reprodução em fermentos acontece entre diferentes tipos de células haploides, e a maioria das cepas naturais de S. cerevisiae são diploides, o que significa que elas têm dois conjuntos de cromossomos. As células de fermento podem mudar seus tipos de reprodução, oferecendo uma forma de se reproduzir e manter a diversidade.

#Análise Genética de S. cerevisiae

S. cerevisiae é útil para experimentos genéticos, permitindo que os cientistas estudem cepas haploides e as cruzem para criar cepas diploides com características específicas. Um desenvolvimento significativo nessa área foi a descoberta de cepas que não mudam seus tipos de reprodução. Isso ajudou os pesquisadores a entender como os genes funcionam e como eles influenciam o comportamento do fermento.

De forma inesperada, variações genéticas semelhantes foram encontradas em isolados de S. cerevisiae de diferentes partes do mundo, sugerindo que essas cepas podem compartilhar uma ancestralidade comum. Algumas dessas descobertas indicam que os humanos podem ter ajudado a espalhar essas cepas de fermento, mas outras foram encontradas em áreas com pouca atividade humana.

#Envolvendo os Jovens em Ciência

Para despertar o interesse dos alunos do ensino médio pela ciência, criamos uma atividade prática divertida baseada no nosso conhecimento sobre S. cerevisiae. Essa atividade envolve isolar fermento selvagem de árvores de carvalho. O objetivo é engajar os alunos em um trabalho científico real enquanto aprendem sobre como diferentes cepas de fermento podem ter genes semelhantes.

Trabalhamos com uma escola de ensino médio em Denver e trouxemos estudantes universitários para ajudar a conduzir a atividade. Os alunos aprenderam a coletar amostras das árvores de carvalho, cultivar o fermento e identificar diferentes cepas.

#Coleta de Casca de Carvalho e Cultura de Fermento

Durante a atividade de divulgação, fornecemos ferramentas para os alunos coletarem amostras de casca de carvalho. A casca coletada foi colocada em recipientes estéreis com meio de crescimento que contém nutrientes e antibióticos. Isso permitiu que qualquer fermento presente crescesse em um ambiente controlado. Depois de algum tempo, as culturas foram verificadas ao microscópio para encontrar células de fermento.

Assim que o fermento foi detectado, os alunos espalharam essas amostras em diferentes meios de crescimento para cultivar colônias individuais. Cada colônia então poderia ser testada para ver se era S. cerevisiae ou outro tipo de fermento. Algumas cepas de fermento mostraram formar esporos, indicando sua capacidade de reprodução.

#Identificação de Espécies de Fermento

Para identificar as espécies de fermento, os cientistas extraem DNA das células de fermento e amplificam regiões específicas do genoma usando uma técnica chamada PCR. Isso permite comparar sequências para determinar a que espécie pertencem. Os alunos do programa aprenderam a usar ferramentas online para combinar as sequências que obtiveram com as que estão em bancos de dados existentes.

Também testamos a capacidade de reprodução das cepas de fermento por meio da Esporulação. Essa é uma característica importante que indica se o fermento pode mudar de tipo de reprodução, o que é essencial para manter a Diversidade Genética.

#Observações das Atividades

Ao longo dessas atividades, os alunos se envolveram no processo científico. Eles aprenderam como o fermento pode ser isolado da natureza e a importância da variação genética. Os alunos conseguiram identificar várias cepas de fermento, incluindo S. cerevisiae e outras que mostraram que podiam se reproduzir.

O programa de divulgação mostrou que atividades práticas de ciência podem despertar interesse em campos STEM entre os estudantes do ensino médio. Ao envolver estudantes universitários no processo, também criamos uma oportunidade de mentoria que enriqueceu a experiência de todos os envolvidos.

#Aprendendo com K. lactis

Além de estudar S. cerevisiae, também olhamos para outro fermento chamado Kluyveromyces lactis, que é menos conhecido, mas igualmente fascinante. Pesquisas recentes sobre esse fermento revelaram que ele tem características semelhantes a S. cerevisiae, mas também apresenta diferenças genéticas únicas que ajudam a sobreviver em ambientes específicos.

A análise genética de isolados de K. lactis de árvores de carvalho indicou que essa espécie pode ter uma gama maior de diversidade genética na América do Norte em comparação com S. cerevisiae. Isso abre novas possibilidades para entender como diferentes espécies de fermento se adaptam aos seus ambientes.

#Expandindo o Escopo da Atividade de Divulgação

Nosso programa de divulgação tem como objetivo expandir para incluir outros tipos de plantas e ambientes. Ao coletar amostras de uma variedade de ecossistemas, podemos ampliar nossa compreensão da diversidade do fermento. Por exemplo, poderíamos explorar outras árvores, frutas ou até plantas como café ou cacau para ver quais espécies de fermento estão presentes e como elas diferem.

Incorporar aulas sobre clima e ecologia também poderia melhorar a experiência de aprendizado. Isso não apenas ensinaria os alunos sobre fermento, mas também forneceria insights sobre ciência ambiental e a importância da biodiversidade.

#Conclusão: Conectando Ciência com a Comunidade

Para concluir, envolver alunos do ensino médio em atividades práticas de ciência pode aumentar efetivamente o interesse em campos STEM. Ao isolar e estudar fermento em seu habitat natural, os alunos aprendem habilidades valiosas enquanto se conectam com a comunidade científica.

Nossos esforços de divulgação mostraram a importância da pesquisa sobre fermento na compreensão da diversidade genética e adaptação. À medida que olhamos para o futuro, há muitas oportunidades para expandir esses programas e continuar a inspirar a próxima geração de cientistas.

Através da colaboração e exploração, podemos fomentar a curiosidade e promover uma maior compreensão do mundo natural, contribuindo, em última análise, para uma sociedade mais alfabetizada cientificamente.