专访

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给基因治疗装上“GPS” 让超级植物能“吃”甲醛
——我校学子蝉联iGEM全球总决赛金牌
文:杨丽可 图:杨丽可 来源:新闻中心 时间:2014-11-12 6941

  美国东部时间2014年11月3日下午2点,马萨诸塞州首府波士顿,Hynes Convention Center。当“UESTC”出现在巨大的电子屏幕上时,一群朝气蓬勃的年轻人欢呼起来。

  出征国际基因工程机器设计大赛(iGEM)的电子科大代表队,与包括美国常青藤联盟在内的全球245支顶尖高校同台竞争,再夺金奖。

  带队的辅导员周俊峰迅速在QQ群和微信上发出消息“软件队金牌,实验队银牌”。

  此时正是北京时间凌晨3点,生命学院院长尧德中第一时间得到喜讯,深感持续投入iGEM,对于学科建设、人才培养具有重要意义。

夺奖之作:给基因治疗装上“GPS”     让超级植物能“吃”甲醛

  “Amazing(惊人的)!”在大赛的现场答辩环节,软件队的精彩展示得到了包括哈佛大学Gil教授在内的多位专家的高度评价。

  “便捷软件CRISPR-X”是软件队的心血之作。这是一个怎样神奇的作品呢?

  软件队教练黄健介绍说,基因也会“生病”,CRISPR技术适用于删除、添加、激活或抑制基因。该技术已被《科学》杂志评为“2013十大科学进展”。

  但是,炙手可热的CRISPR只是一个“近视眼”, CRISPR-X就是为前者装上一个超级GPS定位系统。

  软件队队长张优劲演示软件,在CRISPR-X浅绿色的界面上,CRISPR像蓄势待发的子弹,软件根据海量实验数据设置的打分体系,迅速算出攻击的位置,给出坐标的三维参数。

  “如果一只熊猫得了基因病,它身上的一个细胞即可获取整个基因组。相关信息输入CRISPR-X软件,可以敲除病变基因,实现基因治疗。”张优劲谈到成果应用时说,CRISPR-X针对的生物领域很广泛,在基因治疗上可以大显身手。

  最让同学们自豪的是他们的作品与国际“大牛”的成果相比,也有独到的优势。

  麻省理工学院的张锋(Feng Zhang)博士领导的科研团队在CRISPR的研究中具有举足轻重的影响力。iGEM软件队的CRISPR-X比之该团队的相关成果,实现了两大突破:运算速度更快,是前者的两到三倍;用户可拥有自己的基因库,实现“私人定制”,体验更完美。

  实验队的作品同样不同凡响。“超级植物大战甲醛”是该成果的形象说法。面对全球日益严重的环境问题,实验队利用生物技术向甲醛发出挑战。

  同学们从那些以甲醛为“食物”的细菌中提取了两种有用基因,与植物本身的有效基因融合,培育出超级植物,对抗甲醛“能量升级”。

  在检测实验中,超级植物出手不凡。在大于20PPM浓度的实验瓶中,经过1天时间,一般的烟草植物能将甲醛浓度降到8PPM,而“超级植物”则能将浓度降到4PPM。同时,它还以甲醛为营养源,生机勃勃,茁长成长。

 

备赛之旅:生命科学与信息科学的碰撞

  光电学院的吴特、物电学院的毕岚参加iGEM大赛的动力,来源于生命学院党委书记袁勤的鼓励——“生命科学与信息科学的融合是非常有前景的发展领域。”

  “何不把自己的所学在新兴领域锤炼一番?”毕岚了解到,iGEM是合成生物学领域的国际顶级赛事,由麻省理工学院电子工程与人工智能领域的教授们创办。他们将集成电路与电子元件的思想引入生物学,要求参赛者使用标准化生物“元件”,设计构建人工生物组件和系统。

  iGEM经过10年的发展,在全球的影响力越来越大。国际顶尖大学如麻省理工、斯坦福、耶鲁、加州理工、哈佛、剑桥、牛津等每年均组队参加该项赛事。国内的清华、北大、复旦、同济等在内的20多所985高校组队参赛。美国国家自然科学基金委成为了iGEM的主办方,众多业界知名的生物领域服务商协办该大赛。

  我校学子受到赛事的吸引,包括生命、物电、微固、光电、信软等在内的多个学院的青年通过竞争走进了iGEM 备赛的队伍。他们踏上了艰辛探索又意义非凡的旅程。

  Idea是队员们面对的第一关。“有创意有想法是科研工作者必须具备的。如果只会把别人的idea付诸实施,意义并不大。”黄健说。不同专业的同学们提出了微流控、太赫兹等领域的制作想法,但因操作性、前沿性等问题未能成为软件队研究的主题。后来,他们在老师的引导下,逐渐找到了研究点,开始探索CRISPR这一富矿。

  “要做出一个软件不难,最难的是有学科底蕴。”赵彩雯对此深有体会。这个生命学院大三的女生发现书到用时方恨少。她和小伙伴们潜下心来读Nature、Science的相关文章,找数据、建模型……熬夜的“最高纪录”是到晚上4点。

  实验队在构建基因载体时遭遇瓶颈。到6月13日,构建的载体还不到计划的一半。“做实验十次有八次都是失败的,我都数不清失败了多少次。”实验队队长崔亚松说。当时的实验日志也多以“but fail”作为结束语。

  九个队员一商量,自动把铺盖卷搬到了实验室。他们轮班坚守,实验不停,最终成功。8月,实验队的宝贝疙瘩“超级植物”开始蓬勃生长。

  软件队的教练黄健、郭峰彪、林昊,实验队的教练汤丽霞、张勇、郑雪莲从不同的研究背景出发,给予学生指导。学校、学院对iGEM队大力支持。暑假期间,副校长朱宏,校长助理、教务处处长胡皓全还专程到沙河校区看望队员们。

  毕岚在8个多月的紧张备赛中感受到自己本专业与生命科学中思维方式的不同,生命学院的张优劲、严智强提高了“程序猿”水平。严智强零基础做网页,在国际舞台上获好评,张优劲开发了一款手机游戏“Bacteria war”,生动幽默地介绍iGEM。甚至教练组的老师们都感觉到,与不同学科的学生们交流,为自己的学术研究注入了活力。

 

绽放之时:叱咤国际舞台的成电新青年

  10月29日,iGEM队8位同学和1位带队老师走下飞机舷梯,在漫天雪花中来到波士顿。他们对于即将开始的比赛既紧张又兴奋。

  “第一次与众多世界顶尖级大学正面PK,有些激动。”实验队的韩珂说。她知道,去年的比赛还是分赛区进行,学长学姐们在亚太区比赛,决赛也是通过远程答辩完成。

  现场答辩出乎意料的顺利,同学们用流利的英语、扎实的成果赢得了评委点赞。最有趣的是,软件队的手机游戏“Bacteria war”赢得了评委和观众的极大兴趣。MIT的一位女评委说,游戏角色的设置很有趣,对推广iGEM很有意义。两个法国男生当场下载游戏,即兴比赛起来。

  “会场像沙河校区体育场那么大,200多支队伍都在那里做poster展示。”实验队的刘瑞难忘当时的宏大场面。我校的两支队伍分别拿到了95号和89号展位。以熊猫为造型的“超级植物”吸引了很多人来看。韩珂说:“他们大喊着‘panda’‘so  cute’走过来,又对我们所做的‘大战甲醛’的植物很感兴趣,现场人气很旺。”

  哈佛大学的Gil教授又找到软件队,他说“一直很关注UESTC”,他念念不忘去年电子科大的一个同学编程非常厉害,很想再见面。

  同学们在iGEM这一“国际学术盛宴”上,大方地与顶级大学的同学们进行深入交流。他们发现,“老外”更关注成果的实用性,投放市场的前景。“这让我们印象很深刻,实用性和学术价值同样重要。”赵彩雯说。她还感到,“虽然外国人很open,很free,但在科学研究中却很严谨,想问题周全完善。”

  在WIKI网页展示、Poster展示、现场答辩三大环节的评比后,电子科大软件队将一块金牌收入囊中。据悉,来自中国大学的队伍共收获16块金牌,其中西南地区只有电子科大一家。

  生命学院党委副书记张琼说:“这项赛事既代表最前沿的科学,又能把生命科学与电子信息领域有机融合,还提供了一个与全球顶尖学府交流竞争的舞台。我们要继续参赛,并希望学校更多专业的学子加入我们的行列。”

  崔亚松说:“在波士顿,我们深深地感到生命科学在中国还有很长的路要走,我愿为此贡献力量。”

 

【资料小卡片:电子科大队iGEM大赛获奖纪录】

  2012年10月,我校参加由华大基因学院创新班学员组成的八校联队(包括华南理工大学、华中科技大学、四川大学、武汉大学、东南大学、电子科技大学、华南师范大学和香港中文大学),首次参加iGEM大赛,荣获亚洲区赛实验队金牌。

  2013年11月,我校首次独立组队参加iGEM大赛,荣获世界总决赛软件队金牌,是我国西部地区高校在该赛事全球决赛中的第一块金牌。实验队摘取了亚太赛区银牌。

 

编辑:张娜  / 审核:张娜  / 发布:张娜