作者:黄辛 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2018/11/9 17:16:03
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上海交大iGEM团队以“快乐科学”为导向培养国际视野创新人才

 

备受瞩目的世界大学生科技创新竞赛——国际基因工程机器大赛(iGEM)近日在美国波士顿海因斯会议中心进行,来自全球五大洲的343支队伍通过精心准备的网站、海报和讲演,向与会评审展示自己队伍在过去一年中所取得的创新成果。经过一番激烈地角逐,由上海交通大学Bio-X研究院派出的本科生代表队SJTU-BioX-Shanghai凭借“回声——一种用于结直肠健康筛查的工程菌”项目获得了最佳医学诊断项目提名奖和一枚宝贵的金牌,这也是该队伍自2009年建队以来获得的第9枚金牌。

据悉,iGEM比赛是以合成生物学为主题的国际性科技创新赛事,在生物科学领域具有极高的影响力。作为21世纪刚刚兴起的一门多学科交叉学科,尽管合成生物学还游离在普通大众的视野之外,但是在理论和实践方面始终走在科学发展的前沿。不论是全人工合成的基因组和染色体,还是制造抗疟药物青蒿素的细胞工厂,亦或是实时监测人体健康的微生物机器人,合成生物学促进了对生命密码从“读”到“写”的质变,被广泛认为是将改变世界的颠覆性技术之一,为破解人类面临的资源、健康、环境和安全等重大挑战提供了全新的解决途径。

“回声——一种用于结直肠健康筛查的工程菌”

随着我国经济不断发展,人们的饮食习惯相应发生着变化。结肠癌作为一种常见的发生于结肠部位的消化道恶性肿瘤,10年来在我国发病人数增长了1倍之多,其发病率在我国恶性肿瘤中已排名至第三位。目前,结肠癌的早期筛查主要依靠肠镜,其前期准备、侵入式的诊断过程往往使检查者备受痛苦。而人们也很少愿意主动选择具有侵入性的肠镜作为常规体检手段。因此,开发出一种既准确又友好的早期诊断方法对于降低结直肠癌的发病率来说至关重要。

为此,上海交通大学SJTU-BioX-Shanghai团队利用合成生物学的方法构建出了一种可以特异靶向小鼠结直肠肿瘤的工程化大肠杆菌,这种细菌能够表达一种短肽,通过与肿瘤表面标志物的特异性结合,从而定位到肿瘤区域附近。同时该工程菌能够产生大量直径为200nm左右的气泡,其产生的独特声学信号能够被超声仪器探测到,从而帮助研究人员快速、准确、轻松定位癌症病灶,实现了针对小鼠结直肠癌的非侵入性的早期筛查,为人结直肠癌的早期诊断提供了全新的思路。

该项目在2018 iGEM全球总决赛中斩获金奖,并且获得了最佳医疗诊断项目奖提名,取得了历史性突破。在这一骄人成绩的背后,凝聚着的是队员们一整年的不懈努力和顽强拼搏。从寒假开始,队员们便分小组展开了赛事的各项准备工作,从编程语言的学习,到合成生物学教材的研读,再到对往届获奖项目的研究,每一个细节都不放过,每一步脚印都踩得分外扎实。6月1日,正值国际儿童节的那天,“回声”的雏形首次在头脑风暴会议中被提出,自此便成为接下来的半年中日夜绕不开的话题。从项目提出到实验设计与实施,队员们集思广益,一丝不苟,精益求精。参赛之初还对阅读英文文献感到十分头痛的队员,现在已能够快速掌握一篇文章中的核心内容,并提炼出有用的信息。一开始面对着移液枪和培养皿无从下手的“实验室小白”,经过一个夏天的训练,也能够独立完成实验操作并做出漂亮的数据分析图。由于项目涉及细菌、细胞和小鼠等差异巨大的实验对象,并需要挑战超声、微流控、核磁共振等多种技术,队员们几乎是废寝忘食地学习新技术并根据实验结果不断改良方案。交大医学院2016级本科生张凯然作为项目的提出者,为项目的设计提供了许多重要的建议。整个暑假他都睡在iGEM办公室里,早起读文献、查资料,为项目的可行性提供佐证,白天则积极参与到实验工作当中,常常忙碌至深夜。生物医学工程学院2017级本科生方清伟是超声实验的主要负责人,由于实验前期准备时间较长,往往要到很晚才能拿到合格的测试样本,因此在比赛的最后冲关阶段,他常常在深夜空无一人的超声实验室独自待至凌晨两三点,拿到数据后还要连夜分析出结果,上传至群里供大家讨论。对此他幽默地说,“多亏了iGEM,我还学会了边走夜路边睡觉的新技能。”还有轻伤不下火线的队长洪艺瑞,在动物实验中立下汗马功劳的郑书钰、萧家宜,精心伺候细胞的孙诗雨,以及强大的分子三人组!几乎每一个人都是不可或缺的!有时候,辛苦准备了几天的测试样本却没有获得理想的实验结果,队员们可能会沮丧一阵子,但他们总是能及时调整心态,互相鼓励,互相支持,始终以积极乐观的态度为项目出谋划策,以百分百的精神投入到下一次的实验中去。正是因为全体队员的精诚合作和团结信任,才让交大iGEM团队能够在与哈佛、MIT、牛津等世界顶尖名校同场竞技时底气十足,并最终取得傲人佳绩!

“快乐科学”为导向的独特科研训练激发学生原创潜能

作为国内遗传学的领军人物,上海交通大学教授,Bio-X研究院院长贺林院士很早就敏锐捕捉到了合成生物学蕴藏的巨大科学价值和发展潜力。2009年的3月,在上海交通大学时任书记马德秀和校长张杰的大力支持下,贺林组建起了交大首支iGEM代表队,并将其取名为“SJTU-BioX-Shanghai”。2009年,首次参赛的交大队就凭借“自主振荡的细菌生物钟”项目成功杀入全球总决赛并收获了一枚极其珍贵的金牌。自此,SJTU-BioX-Shanghai在一次次的比赛中不断总结经验,锐意进取,充分发扬了交大人的“硬骨头精神”,在“快乐科学”的理念中完成一个又一个突破与创新。在2009到2018的十年中,SJTU-BioX-Shanghai共收获了九枚金牌,一枚铜牌,并获得过亚洲冠军、最佳人工生物模块设计、全球最佳16队、最佳医学诊断项目提名等殊荣,在世界舞台上留下了交大人“精勤、力行、求真、务实”的身影与风采,彰显了中国合成生物学新生力量的强势崛起。

十年的参赛历程中,SJTU-BioX-Shanghai创造过无数辉煌,也遭遇过各种困难。但是,以贺林为总指挥,马钢副教授为首席指导老师的指导团队始终坚定地站在团队每一位成员的背后,不遗余力地支持他们去完成自己的青春抱负和科研梦想,并且坚持带领大家领略科学的快乐。这是因为交大和Bio-X研究院素来坚持的人才培养理念是以学生为创新主体,鼓励一切合理的创新实践活动。而iGEM在人才培养方面具有其独特的选拔模式和评判标准,是锻炼和培养具有优秀意志品质和科学素养的全能型创新人才的理想孵化器。

从2009年到2018年的10年时间里,交大校内直接参与到iGEM活动中的学生就达到500多人,覆盖了从大一到大四,来自生物医药、数学、物理、化学、计算机等专业背景的学生。在加入iGEM团队后,队伍会经过近半年的项目讨论和技能培训,经过自我更新及筛选,最终留下来参与到项目正式实施的人数基本在12人左右。SJTU-BioX-Shanghai 团队始终坚持要求队员独立自主选择参赛项目,贯穿始终的学术讨论、实验设计以及实验操作也由iGEM队员独立负责,指导老师参与其中进行学术指导和提供实验平台及资源。一般来说,年初的时候新队伍组建完毕,每年2月开始正式进入选题阶段,队员们利用课余时间聚在一起进行为期三个月左右的“头脑风暴”,新灵感新思路层出不穷,在一个个想法中发掘那种让人能为之精神一振的亮点。进入5月份后,大家会开始紧张的实验设计阶段,队员们充分利用几乎所有的课余时间泡在图书馆和Bio-X研究院会议室里查阅文献、讨论方案,因为大家知道严密而详细的实验计划是确保实验顺利的必要条件。进入7月份,队员们明确分工后便开始了最为紧张的实验阶段,在深夜的Bio-X闵行大红楼实验室,每天都能看到交大iGEMers紧张,忙碌而又快乐的身影。临近比赛,每周两次的组会变成了每日一次的聚首讨论,工作安排日益紧凑,分工也在不断地变换——除了要做实验外,还要完成wiki网站的编写、海报传单视频的制作以及演讲报告的准备等等非实验任务。一个流程下来,堪称国际竞赛中的“铁人三项”。一整年的“魔鬼式科研训练”,在闵行校区Bio-X研究院洒满阳光的大红楼里度过的那个夏天,使得学术创新在大家心中由一种兴趣逐渐演化成为一种情结。iGEM,点燃了队员们的理想之灯,照亮了生涯发展的道路。iGEM,让一群热爱合成生物学的交大学子聚在了一起,共同谱写一段无法复制的青春回忆。

iGEM培养模式 铸就面向未来的创新复合人才

作为一种独一无二的以科研为导向的训练方式,iGEM带给参与者的是一种短时间内思维和能力方面的迅速成长,从队伍组建到比赛结束,每一个环节,每一项试验,每一张PPT,都是队员们亲自动手完成,处处体现队员们的高度主观能动性,充分锻炼了学生的独立工作能力和培养了他们的团队协作精神,同时也激发了学生对于科学研究的热情,并享受其中。能够在iGEM这种高密度、高强度、高压力的科研训练中坚持下来的队员,在专业理论知识、实验技能、抗压能力等方面都会得到一个飞跃式的提升。2011年的队长李春莹在后来赛后总结中说道:“在这一年的酸甜苦辣结束之后,虽然我已经不再为比赛当中的每个关键节点而火烧眉毛,但是我仍然无法将自己的生命与iGEM分割开,iGEM的经历让我变得更加乐观、坚强,这种内心的成长尤为让我珍惜。”2013年的队长曹昕昂感触良多:“能够代表上海交大团队参加iGEM,对我来说确实是一场历练。紧张的实验安排对于队员们来说都可谓是身体上和精神上的双重考验;而意外被选为队长的我由于缺乏经验,也着实比其他队员承受了更多的压力。也许正是因为经历过这些压力,如今回想起iGEM才会觉得格外感慨。iGEM带给我的不仅仅是技术上、知识上的长进,更是面对压力、困境时努力解决问题的能力和态度。与其他成员们的朝夕相处则更是关于iGEM的回忆中最珍贵的一部分。我们分担痛苦,分享喜悦;虽有激烈的辩驳,却仍能在奋斗中创造快乐。我们是一个团队,这样的归属感无论在任何时候,无论我面对任何困难和考验,都会带给我信心和温暖,提醒我曾是SJTU-BioX-Shanghai队的一员,曾经有许多伙伴与我并肩作战。”可以说,iGEM就是一场血与火的历练,而经过这一场洗礼的人,他已经具备了成为优秀科研工作者最基本最重要的素质。

据不完全统计,从SJTU-BioX-Shanghai走出去的队员,有近80%的人选择了继续在生命科学、计算机、电子信息等领域进行专业深造,其中又有近80%的人选择了出国留学。耶鲁大学、约翰霍普金斯大学、杜克大学、康奈尔大学、波士顿大学、新加坡国立大学、英国爱丁堡大学,在这些综合实力始终保持在世界前50的一流高等学府中都能看到交大iGEM人的身影,而iGEM在他们心中播种下的探索未知世界的种子,正在努力绽放出璀璨的知识之花。

借着iGEM竞赛这一充满挑战的舞台,以贺林为核心的教育团队已经培养出一大批优秀本科生,充分凸显了上海交大和Bio-X研究院以学生为本,鼓励科技创新的核心教育理念的重大意义。对于高校创新人才培养和iGEM竞赛的未来发展,贺林展望道:“人才培养,尤其是创新性人才培养,必须要接地气,给他们充分的自由度,指导老师、研究院及学校需要做的就是提供专业指导和必需的资源平台,给学生营造自由宽松的环境和营养丰富的成长土壤,思想的自由酝酿着科学的创新!为此,我们还专门成立了“合成基因机器科技创新工作室”,由我亲自担任工作室的责任教授,马钢副教授为指导老师。我们这个工作室主要围绕合成生物学这一研究方向,以iGEM竞赛为纽带,为在校大学生提供一个兼具专业性、趣味性和挑战性的科研实践平台,传播快乐科学,感悟生命世界。”

 
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