美国东部时间9月28日,2015年国际遗传工程机器设计竞赛(international Genetically Engineered Machine Competition, iGEM)落下帷幕,伟德BETVlCTOR1946派出NJU-China与Nanjing-China两支队伍,各摘获一枚金牌。其中NJU-China队伍获最佳医药卫生项目(Best Health & Medicine)、最佳建模(Best Model)、最佳演讲(Bestpresentation)三项提名。
iGEM始于2005年,最初由MIT主办,是合成生物学(SyntheticBiology)领域的最高国际性学术竞赛。本届iGEM吸引了包括MIT、Harvard、Oxford、Stanford等世界顶尖级名校在内的280所学校代表队参加。作为“三三制”本科教学改革的一部分,BETVLCTOR伟德官网下载鼓励学生在本科阶段参与到学术研究之中,同时强调学科交叉与跨学科合作,最终达到输出专业学术人才和交叉复合型人才的目的。而iGEM对参赛者的要求也绝不仅仅是合成生物学领域的修学者,更希望具有生物信息学、系统生物学、计算机科学等学科背景的学生参与其中,在跨学科的交流和思辨中碰撞出新的思维火花,这恰恰契合了南大“三三制”本科教改的目标。
同时,参与本次竞赛的学生有相当一部分来自“基础学科拔尖学生培养试验计划”(简称“拔尖计划”)。“拔尖计划”鼓励有志于从事科学研究的学生利用课余时间开展小课题的探索研究,为这部分学生提供经费、场地、指导教师等资源的支持,引导学生参加各类全国性、国际性学术竞赛,以激发他们的科研兴趣,培养学术创新型人才。自2012年参加iGEM竞赛以来,生科院派出的队伍已累计摘得4枚金牌、2枚银牌、2枚铜牌,这些优秀的成绩离不开BETVLCTOR伟德官网下载教务处、团委和伟德BETVlCTOR1946的大力支持。
NJU-China: the Opioid War
NJU-China队伍项目“阿片战争”(the OpioidWar)运用经修饰的外泌微囊泡(exosome)包裹的小干扰RNA(small interfering RNA, siRNA)作为药物,靶向血脑屏障(BloodBrain Barrier, BBB)内的神经元细胞,下调其细胞膜表面μ受体(μ receptor)的表达量,从而达到防止阿片类毒品复吸的目的。
复吸问题一直以来都是戒毒过程中的攻坚环节,传统的戒毒药物(美沙酮、纳曲酮等)均存在各类问题。美沙酮本质上是一种成瘾性较弱的阿片类毒品替代品,运用美沙酮替代毒品的戒毒方式将不可避免地引起病人对美沙酮的依耐性;而纳曲酮的毒性和非特异性将对人体多种器官(特别是肝脏)造成严重的损害。而利用siRNA的靶向治疗方法将药物对人体其他组织器官的影响降到了最低。考虑到人体对外源exosome可能产生的免疫反应及药物续航能力的问题,团队还提出了进一步的实验设想:将从人体血液中抽提的细胞作为生产exosome的底盘细胞(chassis),并导入相应的siRNA、靶向肽段及分子开关,对其分泌活动进行控制并对其分泌的exosome进行修饰,再将经改造的底盘细胞重新注入人体。最终,当底盘细胞感受到体内阿片类药物水平上升时,分子开关被激活,引发包裹siRNA的靶向性exosome的分泌,exosome携带siRNA穿过血脑屏障,与神经元细胞进行特异性的结合,并向胞内释放siRNA,从而下调神经元细胞膜上μ受体的表达量,消除吸食毒品后的快感,防止复吸。
项目开展过程中,除了对实验进行不断完善外,团队成员还于6.24-6.26期间走进南京社区、街道,对该项目进行宣传讲解,并对毒品种类、危害进行科普,号召社会拒绝毒品,珍爱生命。同时,为了能够获得社会各方面对项目的看法,团队成员分别前往戒毒所、医院等地,对医生、病人、神经学专家及戒毒所工作人员进行采访,收获了他们宝贵的意见。
Nanjing-China: Metallosniper
Nanjing-China队伍项目“金属狙击者”(Metallosniper)着眼于运用生物方法处理重金属。运用融合蛋白、细胞表面展示等技术,利用枯草芽孢杆菌安全性高、具有营养态与芽孢态两种状态的特点,构建了特异性吸附铅、金、铀三种金属离子的枯草芽孢杆菌。借助不同的吸附材料和环境友好型装置,这种工程菌将被运用在工业、家庭污水处理中。
重金属离子在现代工业,如移动通讯、军工、电力中有着重要价值,然而,重金属离子的不恰当处理却导致了许多环境问题,对人们的健康造成了难以忽视的危害。尽管许多化学物理方法已经被用于吸附、回收重金属离子,但是这些方法无法选择性回收、分离重金属,甚至会造成二次污染,使用效果不佳。因此,Nanjing-China队伍提出了“金属狙击者”这一崭新的概念,旨在探究解决污水中重金属污染的一般方法。在众多重金属中,我们选择了铅、金、铀三种金属作为目标金属,它们分别代表着有毒金属、贵金属以及能源金属。考虑到生物安全问题,我们选择了安全性高的枯草芽孢杆菌作为底盘生物(chassis)。我们将三种特异性吸附上述离子的金属吸附蛋白(PbrR、GolB、SUP)分别与枯草芽孢杆菌营养态下生物膜(biofilm)的组成蛋白TasA、芽孢的组成蛋白CotC融合,使得改造后的菌种在不同生存条件下均可以实现对重金属的特异性吸附。细胞表面展示系统的运用,提高了吸附效率,减轻了有毒重金属对菌的毒害作用。通过同源重组,我们将改造后的基因片段整合入枯草芽孢杆菌的基因组,防止质粒不相容导致的质粒丢失。除此之外,我们运用吸附材料固定工程菌,使其可以在环保型材料制成的容器中发挥作用,为项目后续的实际应用奠定了基础。
在项目开展前,队员进行了广泛的社会调研,问卷结果显示重金属污染问题已成为社会关注热点,亟待解决,本次项目的开展是必要、有意义的。在项目进行中,队员与政府官员、非政府组织研究员、大学教授、企业领导等人积极交流,听取了专家学者的意见与建议,进一步保证项目进展的合理性。此外,Nanjing-China还与同样致力于水处理的上海交通大学SJTU-BioX-Shanghai队伍进行了合作,并帮助南京师范大学成立自己的iGEM队伍。