本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
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客座帖子，作者：Helene Brazier-Mitouart
我擁有細胞生物學和健康博士學位，目前在紐約市威爾康奈爾醫學院擔任博士後研究員，從事癌症生物學研究。除了熱衷於科學發現之外，我還對向兒童教授科學有著濃厚的興趣。因此，我加入了紐約科學院 (NYAS) 與青年和社群發展部合作領導的課後專案。該專案旨在將科學帶入紐約市和紐瓦克 4 至 8 年級學生的課後課堂。去年，我一直在唐人街的一所公立學校教一群 5 年級學生。最近，NYAS 的教育專案協調員 Stephanie Wortel 給了我機會，讓我在課堂上試用由 Bio-Rad 公司建立的 DNA 提取試劑盒，然後為《大眾科學》撰寫文章。這是一個我無法抗拒的提議！
對我來說，生物學的魅力在於控制生物體發育的非凡機制，在於所有協調複雜訊號通路的蛋白質，以及如此多的複雜性如何依賴於微小的 DNA。我知道科學有時很難理解和概念化，尤其是在處理微觀事物時。所以想象一下向 10 歲的孩子介紹遺傳概念。這是一個挑戰！本著這種精神，Bio-Rad 開發了一種名為“瓶中基因”的新試劑盒，讓兒童（和好奇的成年人！）能夠從他們口腔中的細胞中提取自己的 DNA（準確來說是脫氧核糖核酸）。該試劑盒免費提供給在學校做志願者的科學家。
我的學生已經對 DNA 瞭解很多。他們能夠向我解釋說，DNA 是一個扭曲的雙螺旋結構，而核苷酸 A-T-C-G 對我們是誰的遺傳資訊進行編碼。當我介紹他們將使用 Biorad 試劑盒看到自己的 DNA 時，他們非常興奮，迫不及待地想要開始實驗。
分離我們 DNA 的第一步是用牙齒輕輕刮擦我們的臉頰內側，以釋放一些我們將從中分離 DNA 的細胞。我們透過用水漱口，然後將這些水收集到實驗塑膠管中來收集這些細胞。接下來，我們將含有細胞的水與稱為“裂解緩衝液”的第一種溶液輕輕混合。裂解緩衝液含有破壞細胞脂質膜的洗滌劑。這一步允許細胞的內容物，包括 DNA 和許多型別的蛋白質，從細胞內部釋放出來。我的學生立即注意到了反應管中正在發生的明顯變化。
“哦！管子裡有一些奇怪的東西！！那是什麼？”一個學生驚呼道。
“細胞的內容物已經被釋放到你的管子裡。這主要是 DNA 與蛋白質的混合物。”我回答道。
“但是我們只是想要 DNA，對嗎？”另一個學生問道。
“沒錯！這就是為什麼我們現在需要破壞蛋白質以分離純 DNA。”
因此，孩子們接下來在他們的試管中添加了幾滴蛋白酶。蛋白酶是一種能夠將蛋白質分解成小塊的分子（對於科學愛好者來說，它是一種酶！）。
為了使蛋白質被蛋白酶降解，實驗管必須在 50°C (122°F) 的溫度下孵育。學生們覺得自己像化學家一樣，一次又一次地檢查溫度計上的溫度！反應大約需要 10 分鐘才能發生，對於一些精力充沛、渴望獲得 DNA 的學生來說，耐心等待反應發生並不容易。10 分鐘結束時，孩子們拿著他們珍貴的試管，裡面裝著破碎的脂質（被洗滌劑破壞）、破碎的蛋白質（被蛋白酶破壞）和 DNA 的混合物。
分離過程的最後一步是讓 DNA 從混合物中出來。為此，每個學生都必須非常緩慢地向她的試管中新增冷酒精。這會導致 DNA 從溶液中沉澱出來，因為 DNA 在冷酒精中的溶解度低於在水中的溶解度。此外，由於我們在溶液中添加了一些鹽，DNA 分子聚集在一起，產生了一種纏結的 DNA 線團。
“哇！”一個學生喊道。“我管子裡的這個白色東西真的是我的 DNA 嗎？”我笑著說：“是的，它是！”
“那我呢？我的管子怎麼樣？我有很多乳白色的東西！你確定那是我的 DNA 嗎？”
“是的，它是”我向他們保證。
學生們如此熱情地看著的 DNA 來自他們口腔中的幾千個細胞。這些 DNA 包含數百萬個基因，這些基因共同構成了使每個人成為自己的食譜。
學生們非常興奮，並熱情地比較了他們 DNA 的數量。不幸的是，有些學生也感到有點失望，因為他們在試管中看不到任何 DNA。當然，這不是因為他們細胞中沒有 DNA，而是因為在實驗過程中應該發生的其中一個反應沒有發生。我解釋說，當科學家並不總是容易的，而且可能會令人沮喪，但這是值得的！
對於幸運的人來說，Biorad 試劑盒包含一個項鍊上的小的心形玻璃容器，用於儲存 DNA。學生們那天回家時，脖子上自豪地掛著他們遺傳的秘密。即使我的一些學生在使用 Biorad 試劑盒分離 DNA 時沒有成功，但整個團體的興奮彌補了這一點。所有的孩子都在這次科學活動中學到了很多東西，不僅學會了如何遵循具體說明並積極理解實驗，還以一種新的方式探索了他們自己的生物學！
更多探索
* 這是 Bio-Rad 的“科學大使”專案的連結，該專案免費向在課堂上做志願者的科學家提供 DNA 試劑盒。
* 如果您是一位正在尋找志願者機會的科學家，或是一位正在尋找科學家來您班級的老師，請訪問我們的“1000 天 1000 名科學家”專案並註冊。