2018 iGEM專(zhuān)欄序言

張浩千，陳國(guó)強(qiáng)

?

張浩千 博士，北京藍(lán)晶微生物科技有限公司聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官，中國(guó)生物工程學(xué)會(huì)合成生物學(xué)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)(籌) 委員，先后在、等期刊發(fā)表多篇文章，聚焦于微生物基因調(diào)控和代謝通路的合成生物學(xué)設(shè)計(jì)并將其應(yīng)用于工業(yè)和醫(yī)療場(chǎng)景。iGEM總部亞洲區(qū)代表，在國(guó)際基因工程機(jī)器大賽(iGEM) 中先后9次獲得金獎(jiǎng)，并取得包括世界總決賽冠軍和亞軍在內(nèi)的18項(xiàng)單項(xiàng)獎(jiǎng)。

陳國(guó)強(qiáng) 清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授，國(guó)家杰出青年基金獲得者，973“合成生物學(xué)”項(xiàng)目首席科學(xué)家。中國(guó)生物工程學(xué)會(huì)理事，擔(dān)任數(shù)十個(gè)國(guó)際學(xué)術(shù)期刊的副主編和編委。主要研究方向?yàn)楹铣缮飳W(xué)、微生物代謝工程、生物材料和工業(yè)生物技術(shù)，在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊上共發(fā)表微生物技術(shù)和生物材料相關(guān)論文200多篇，Web of Sciences紀(jì)錄論文被引用8 000多次(H指數(shù)為47)，獲得授權(quán)專(zhuān)利數(shù)十項(xiàng)。

2018 iGEM專(zhuān)欄序言

張浩千1，陳國(guó)強(qiáng)2

1 北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院，北京 100087 2 清華大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，北京 100084

張浩千, 陳國(guó)強(qiáng). 2018 iGEM專(zhuān)欄序言. 生物工程學(xué)報(bào), 2018, 34(12): 1871?1873.Zhang HQ, Chen GQ. Preface for special column on iGEM (2018). Chin J Biotech, 2018, 34(12): 1871?1873.

國(guó)際基因工程機(jī)器大賽(iGEM)，作為一項(xiàng)以合成生物學(xué)為主題，集合了多種交叉學(xué)科的學(xué)生科研賽事，已成為了當(dāng)今生物科研領(lǐng)域?qū)儆谀贻p人的最具活力和影響力的舞臺(tái)。近年來(lái)，許多來(lái)自國(guó)內(nèi)的大學(xué)和高中隊(duì)伍不僅在比賽中取得了優(yōu)異成績(jī)，還做出了具有創(chuàng)新性的科研成果。為此，我們特組織出版了此iGEM專(zhuān)欄，集中報(bào)道近年來(lái)國(guó)內(nèi)多支iGEM參賽隊(duì)的研究工作，同時(shí)關(guān)注、探討iGEM大賽在中國(guó)的發(fā)展情況和對(duì)大學(xué)生科研能力培養(yǎng)的啟示。

國(guó)際基因工程機(jī)器大賽，iGEM，合成生物學(xué)

國(guó)際基因工程機(jī)器大賽 (International Genetically Engineered Machine Competition，以下簡(jiǎn)稱(chēng)iGEM競(jìng)賽) 是以合成生物學(xué)為主題的世界級(jí)的學(xué)科賽事。iGEM競(jìng)賽最早于2004年起源于美國(guó)的麻省理工學(xué)院，由學(xué)生組成小組，在老師們的學(xué)術(shù)支持下，在課余時(shí)間和假期自主完成一個(gè)合成生物學(xué)的科研題目，之后進(jìn)行展示、評(píng)比和交流。這一模式很快由麻省理工學(xué)院擴(kuò)展到北美的幾所高校，并在2007年同時(shí)引入了來(lái)自亞洲和歐洲的高校隊(duì)伍參賽。iGEM競(jìng)賽在之后的十余年不斷發(fā)展壯大，剛剛結(jié)束的2018年iGEM競(jìng)賽，全球共有343支隊(duì)伍注冊(cè)參賽，參賽規(guī)模已超過(guò)6000人。

iGEM競(jìng)賽鼓勵(lì)的以學(xué)生為主導(dǎo)的競(jìng)賽模式不僅能夠激發(fā)年輕人的創(chuàng)造性，調(diào)動(dòng)他們的積極性，其豐富的賽事內(nèi)容安排還能促進(jìn)不同學(xué)科背景的學(xué)生集中在一起進(jìn)行思維的碰撞、學(xué)習(xí)、交流與合作。得益于這種交叉融合的學(xué)術(shù)生境，當(dāng)前合成生物學(xué)相關(guān)科研和產(chǎn)業(yè)據(jù)統(tǒng)計(jì)有超過(guò)80%的人才直接或間接參加過(guò)iGEM競(jìng)賽。iGEM大賽亦孕育了超過(guò)30家合成生物學(xué)初創(chuàng)企業(yè)，其中一家已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)獨(dú)角獸。如今，一年一度的iGEM大賽已經(jīng)成為了生物科研領(lǐng)域具有重大吸引力的盛會(huì)，吸引全世界幾乎所有知名高校、研究機(jī)構(gòu)和生物技術(shù)公司的學(xué)生、學(xué)者、創(chuàng)業(yè)者和產(chǎn)業(yè)精英參加。

我國(guó)高校在2007年首次參加iGEM大賽，北京大學(xué)、清華大學(xué)、天津大學(xué)和中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)是來(lái)自中國(guó)的第一批代表隊(duì)，其中北京大學(xué)獲得了當(dāng)年的冠軍大獎(jiǎng) (the Only Grand Prize)。隨著iGEM影響力在世界范圍內(nèi)的擴(kuò)大以及我國(guó)高校的科教條件和科研實(shí)力的迅速提升，越來(lái)越多來(lái)自中國(guó)的高校隊(duì)伍出現(xiàn)在iGEM賽場(chǎng)，并取得了令人矚目的成績(jī)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，自2016年起，中國(guó)地區(qū)參賽隊(duì)伍的iGEM大賽成績(jī)?nèi)娉搅嗣绹?guó)本土隊(duì)伍。iGEM大賽逐漸成為了國(guó)內(nèi)生命科學(xué)領(lǐng)域?qū)W生創(chuàng)新的大舞臺(tái)，其中許多參賽項(xiàng)目亦展現(xiàn)出了相當(dāng)高的創(chuàng)新性和學(xué)術(shù)價(jià)值。鑒于此，《生物工程學(xué)報(bào)》推出了一期“iGEM專(zhuān)欄”，以向讀者展示國(guó)內(nèi)優(yōu)秀iGEM隊(duì)伍的項(xiàng)目成果，介紹探討iGEM競(jìng)賽在我國(guó)的發(fā)展情況。

合成生物學(xué)的研究方向之一是開(kāi)發(fā)具有特定功能的穩(wěn)定的生物基因元件，這也是許多優(yōu)秀iGEM項(xiàng)目的基礎(chǔ)。北京大學(xué)2017年iGEM團(tuán)隊(duì)以位點(diǎn)特異性重組酶、重組位點(diǎn)和轉(zhuǎn)錄終止子元件為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)、優(yōu)化了一套以DNA序列翻轉(zhuǎn)帶來(lái)轉(zhuǎn)錄終止效應(yīng)的基因復(fù)合元件，從而實(shí)現(xiàn)了基于轉(zhuǎn)錄過(guò)程的細(xì)胞基因表達(dá)時(shí)序邏輯控制。復(fù)旦大學(xué)2017年iGEM團(tuán)隊(duì)則基于天然轉(zhuǎn)錄因子的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域與人工鋅指結(jié)合蛋白，構(gòu)思了一套標(biāo)準(zhǔn)化的人工轉(zhuǎn)錄因子及對(duì)應(yīng)啟動(dòng)子的設(shè)計(jì)方案，構(gòu)建了能夠在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中應(yīng)用的抑制型人工轉(zhuǎn)錄因子和啟動(dòng)子對(duì)。

合成生物學(xué)的另一特點(diǎn)是具有較強(qiáng)的學(xué)科交叉性，依仗定量測(cè)量和數(shù)學(xué)模型指導(dǎo)來(lái)對(duì)生物系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和改造。來(lái)自上海科技大學(xué)的iGEM團(tuán)隊(duì)定量測(cè)量群體感性系統(tǒng)調(diào)控的細(xì)菌外源蛋白表達(dá)模式，并建立數(shù)學(xué)模型模擬了其對(duì)細(xì)菌種群動(dòng)態(tài)的影響，對(duì)于人工合成微生物群落頗有工具性的借鑒意義。同時(shí)，iGEM競(jìng)賽倡導(dǎo)利用合成生物學(xué)技術(shù)解決世界所面臨的各類(lèi)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。來(lái)自北京師范大學(xué)第二附屬中學(xué)的iGEM團(tuán)隊(duì)利用能夠特異性感受硫代硫酸鹽和連四硫酸鹽兩種腸道炎癥特征信號(hào)分子的生物感受器系統(tǒng)，采用肉眼可見(jiàn)的色素蛋白和小分子色素合成通路作為報(bào)告基因，制備出了具有“即時(shí)檢驗(yàn)”應(yīng)用潛力的檢測(cè)腸道炎癥的益生菌。

這些來(lái)自iGEM團(tuán)隊(duì)的優(yōu)秀成果，無(wú)疑說(shuō)明了iGEM倡導(dǎo)的學(xué)生自主科研、學(xué)賽結(jié)合的模式，對(duì)大學(xué)生的科研教育有著特別的意義。來(lái)自陸軍軍醫(yī)大學(xué)的iGEM指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)全面梳理了iGEM大賽在國(guó)內(nèi)的發(fā)展歷程和當(dāng)前狀況，并思考了iGEM對(duì)中國(guó)高等教育的促進(jìn)和借鑒作用，為中國(guó)合成生物學(xué)科普和教育的發(fā)展提供了宏觀層面的建議。來(lái)自北京大學(xué)的iGEM指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)通過(guò)梳理北京大學(xué)iGEM團(tuán)隊(duì)組織和參賽的主要過(guò)程，并與其他相似的本科生科研訓(xùn)練模式進(jìn)行比較，總結(jié)出了組織iGEM隊(duì)伍的普適經(jīng)驗(yàn)及借助iGEM提升本科生科研能力的關(guān)鍵技巧，為中國(guó)合成生物學(xué)的科普和教育提供了微觀層面的操作指導(dǎo)。這些來(lái)自指導(dǎo)老師們的見(jiàn)解和經(jīng)驗(yàn)可以作為中國(guó)未來(lái)可能自主舉辦的國(guó)際性合成生物學(xué)大賽的寶貴資料。

本期專(zhuān)欄的約稿對(duì)象是活躍在最前線的iGEM團(tuán)隊(duì)學(xué)生和指導(dǎo)老師。我們希望它能展現(xiàn)國(guó)內(nèi)iGEM社群的風(fēng)采，展現(xiàn)學(xué)生課外科研能夠達(dá)到的高度，同時(shí)進(jìn)一步激發(fā)這些欣欣向榮的年輕群體的活力。iGEM大賽能夠取得今日的規(guī)模和影響力，其中的教育理念和動(dòng)員模式值得學(xué)習(xí)和推廣，我們希望本期專(zhuān)欄能夠?yàn)檫@個(gè)過(guò)程賦能助力。

(本文責(zé)編 郝麗芳)

Preface for special column on iGEM (2018)

Haoqian Zhang1, and Guo-qiang Chen2

1 Academy for Advanced Interdisciplinary Studies, Peking University, Beijing 100871, China 2 School of Life Sciences, Tsinghua University, Beijing 100084, China

Themed in synthetic biology, supplemented with multiple inter-disciplines, International Genetically Engineered Machine (iGEM)Competition provides with a most influential and dynamic platform for young minds in the field of biology. Many college and high school teams not only achieved excellent results in this competition, but got academic breakthrough achievements as well in recent years. Hence, we launch this iGEM special editorial column, featured in latest domestic iGEM research projects. Simultaneously, we discuss, in this special issue, about the progress of iGEM in China, and its inspiration on development of research skills and scientific competence of collegiate students.

international genetically engineered machine competition, iGEM, synthetic biology

December 12, 2018

Haoqian Zhang. Tel: +86-10-62744020; E-mail: myelinzhang@pku.edu.cn

Guo-qiang Chen. Tel: +86-10-62783844; E-mail: chengq@tsinghua.edu.cn

10.13345/j.cjb.180521