中國網(wǎng)訊 美國波士頓2016年11月1日晚，扣人心弦的“國際遺傳工程機器大賽”頒獎直播，牽動(dòng)著(zhù)全球五大洲30多個(gè)國家、地區的283支參賽隊伍，當TMMU-China（第三軍醫大學(xué)-中國）出現在金獎名單時(shí)，引發(fā)了一陣歡呼。這場(chǎng)為期5天的合成生物學(xué)領(lǐng)域頂尖賽事，聚集了哈佛大學(xué)、耶魯大學(xué)、斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院、劍橋大學(xué)等世界名校，以及北京大學(xué)、清華大學(xué)、中國科大、復旦大學(xué)、浙江大學(xué)等國內高校代表隊。其中，第三軍醫大學(xué)是我軍2個(gè)斬獲金獎的院校之一，也是重慶市第一支獲此殊榮的高校參賽隊。
國際遺傳工程機器大賽（iGEM)，由麻省理工學(xué)院于2003年創(chuàng )辦，2005年發(fā)展為國際性學(xué)術(shù)競賽，是合成生物學(xué)領(lǐng)域的頂級國際性學(xué)術(shù)競賽。合成生物學(xué)是近年來(lái)新興研究領(lǐng)域，試圖設計、構建和完善人工生物模塊、系統，實(shí)現對復雜生物系統的操縱和測量，在多個(gè)領(lǐng)域具有極好的應用前景，包括更有效的疫苗生產(chǎn)、藥物研發(fā)，以生物學(xué)為基礎的工業(yè)制造、可再生能源生產(chǎn)、環(huán)境污染的生物治理、生物傳感器對有毒化學(xué)物質(zhì)的檢測等，受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。
“曾有人評價(jià)，合成生物學(xué)是21世紀與人工智能、腦科學(xué)等并列的顛覆性領(lǐng)域。作為一門(mén)新興的交叉學(xué)科，需要這樣的比賽將我們的本科生培養為未來(lái)的接班人?！钡谌娽t大學(xué)領(lǐng)隊胡啟文副教授說(shuō)。
在長(cháng)期推行“本科生進(jìn)實(shí)驗室”的第三軍醫大學(xué)，參賽項目的社會(huì )價(jià)值或許遠遠大于比賽本身的結果。
“我們把一個(gè)活的生命體或者細胞命名為‘底盤(pán)生物’，以此為基礎，將其它的一些生物工程系統加諸到這種‘底盤(pán)生物’上，使之呈現出多種性能。這就好比在汽車(chē)生產(chǎn)中，汽車(chē)的車(chē)架就是底盤(pán)，可以根據汽車(chē)底盤(pán)的性狀來(lái)安裝不同系統和零部件，最終打造出諸如奔馳、寶馬等不同品牌的汽車(chē)。事實(shí)上，對‘底盤(pán)生物’的改造主要包括兩種策略：一種是使它能加載更多的‘東西’，另一種是植入某些‘元素’讓‘底盤(pán)生物’運行更加高效。后者正是我們此次參賽項目設計的基本思路?！钡谌娽t大學(xué)基礎部微生物學(xué)教研室主任饒賢才教授說(shuō)。
從2015年年底開(kāi)始，第三軍醫大學(xué)的21名本科生在微生物學(xué)教研室等抽調的指導教師團隊幫帶下，歷時(shí)一年完成了參賽項目。該項目利用食品級篩選標記，對乳酸乳球菌進(jìn)行遺傳工程改造，構建了“外源基因敲入乳酸乳球菌快速篩選系統”，利用篩選標記調控基因對系統進(jìn)行了耐受性升級，通過(guò)引導肽、錨定分子等合成生物學(xué)設計，準確穩定地將降鈣素展示于乳酸乳球菌表面，并將傷寒沙門(mén)菌Vi抗原合成基因簇作為部件，采用快速篩選系統整體植入乳酸乳球菌，得到Vi抗原產(chǎn)生工程菌。
“合成生物學(xué)常用的‘底盤(pán)生物’包括大腸桿菌、酵母菌、噬菌體等。我們在參賽項目中選取的‘底盤(pán)生物’乳酸乳球菌，就是乳酸菌的一種，這是一種食品安全級的菌，很早就被用于發(fā)酵工業(yè)，比如奶酪。與傳統的‘底盤(pán)生物’相比，它的優(yōu)勢非常明顯，但目前對乳酸乳球菌的研究卻很少。要對乳酸乳球菌進(jìn)行改造并運用到食品和生產(chǎn)中，需要解決很多問(wèn)題?！钡谌娽t大學(xué)領(lǐng)隊胡曉梅教授說(shuō)。
“通過(guò)我們在實(shí)驗室的‘加工’，使得乳酸乳球菌在適當培養基上呈現藍色，而成功植入外源系統的有用工程菌則是白色，這種差別一目了然，為科學(xué)家提供了一種有用而高效的菌種。通過(guò)一套設計來(lái)優(yōu)化乳酸乳球菌，讓乳酸乳球菌真正變成一個(gè)便利的底盤(pán)生物?！钡谌娽t大學(xué)參賽隊隊長(cháng)、本科學(xué)員黃志剛說(shuō)。
“前期實(shí)驗部分要求我們投入大量的時(shí)間去完成，每天除了上課，我們基本就是在實(shí)驗室，有時(shí)利用課間10分鐘都要去實(shí)驗室看一下菌群生長(cháng)情況。經(jīng)過(guò)三個(gè)月攻關(guān)，課題才基本有了雛形?！眳①愱爢T盧毅飛說(shuō)。
“項目創(chuàng )新的基礎，來(lái)自導師傳授的實(shí)驗技能和分子生物學(xué)理論基礎?！眳①愱爢T鄧杰忠說(shuō)。
“大賽包括實(shí)驗項目、實(shí)踐推廣、數學(xué)建模、合作交流、網(wǎng)頁(yè)制作、部件遞交、現場(chǎng)答辯、海報展示等八個(gè)模塊，需要我們具備實(shí)驗設計、數學(xué)建模、網(wǎng)頁(yè)設計等綜合技能，對本科生科研素質(zhì)是重大考驗?！眳①愱爢T晉旭銳說(shuō)。
據悉，該項目準確把握了益生菌與人類(lèi)健康這一重大課題，建立了快速無(wú)抗生素基因的整合篩選系統，為發(fā)展合成生物學(xué)提供了有效途徑，具有廣闊的發(fā)展前景?！拔覀円矐迷搩?yōu)化‘底盤(pán)生物’，成功構建了降鈣素展示菌，人類(lèi)服用展示了降鈣素的乳酸乳球菌，有望治療骨質(zhì)疏松等骨關(guān)節疾病。而進(jìn)一步植入其他系統的乳酸乳球工程菌，臨床應用更加廣泛?！别堎t才教授介紹道。（李燕燕）
