美国东部时间2019年11月4日,在波士顿Hynes会议中心举办的国际基因工程机器大赛(International Genetically Engineered Machine Competition,iGEM)上,华东理工大学第三届代表队蝉联金奖,同时获得“生物制造”赛道单项最佳奖,创造了华东理工大学参加这一赛事的历史记录,彰显了华东理工大学在生物制造领域的学科底蕴和实力。
什么是iGEM?
每年一度的国际基因工程机器大赛(iGEM)是合成生物学领域的国际顶级大学生科技赛事,今年的比赛中,有375支来自世界各地的队伍参赛。
iGEM由麻省理工学院于2003年创办,两年后发展成为国际性学术竞赛,现如今其规模不断扩大,吸引着越来越多来自各所大学的生物爱好者。它涉及到生物、信息、电子、工程等多学科交叉内容,并期望通过竞赛的形式,回答合成生物学中的核心问题——能否在活细胞中使用可互换的标准化组件构建简单的生物系统,并且加以操纵。合成生物学是近年来新兴研究领域,它试图重新设计现有的天然生物系统,或是设计和构建人工生物组件和系统,其目的在于通过了解天然生物体系的运作机理来创造全新的生物体系。
国际基因工程机器大赛赛况和研究成果每年都受到《科学》、《自然》、《科学美国人》、《经济学人》等顶级学术杂志、英国广播公司这样的传统媒体的关注并进行专题报道,具有广泛的国际影响力。
今年,华东理工大学代表队(ECUST_China)延续往年的荣耀,顺利将iGEM金奖揽入怀中!在此基础上,还从生物制造赛道(Manufacturing Track)的27支队伍中脱颖而出,获得了本赛道唯一的最佳制造类项目(Best Manufacturing Project)单项奖!据悉,中国地区今年共有128支队伍参赛,仅有7支队伍(包括华东理工大学在内的4支大学生队伍和3支高中生队伍)获得单项最佳奖。
在今年的GIANT JAMBOREE上,ECUST_China团队队员精彩的Presentation以及Poster&Hardware的展示捕获了评委们的注意力,也吸引了许多其他参赛队伍的队员前来深入了解Paper Transformer。
“我们的Paper Transformer希望通过原位合成细菌纤维素的方式,来解决在纸回收过程中,纸不断降级的问题。于是,我们在基因电路中设计了3个模块,分别是:1.纤维素水解模块2.细菌纤维素合成模块3.调控元件,以实现先将植物纤维素水解成纤维二糖,再将纤维二糖降解为葡萄糖并合成为细菌纤维素。为了避免无效循环,我们增加了调控元件,在纤维二糖含量低时,启动模块1;在纤维二糖含量高时,关闭模块1并启动模块2。
为了在发酵规模中最大化经济效益,我们通过建模绘制了底物消耗-时间图和产物积累-时间图,分别预测最佳底物投入量和最佳产物收集时间。我们还将发酵模型转化成500L气升罐中试规模生产车间,用CAD设计打印成3D模型。
在整个项目的实验过程中,hp组也提供了相当坚实的支持力量。从前期对项目背景和设计的调研,到中期对我们项目实际应用和可行性,再到后期我们项目对环境的影响以及扩大至工业规模的效益分析等等,都推动着整个项目的前进。”
——华东理工大学代表队
“在整个常规汇报的流程最后,评委姐姐礼貌性问了句还有没有观众想提问。往常都是在一片寂静中我们鞠躬准备下台,但是这次后方的一位小哥哥缓缓的举起了手,这大大的出乎了场内我们甚至评委的预料。甚至在我们下台后,有位举手却没来得及向我们提问的观众追了出来,向我们细细了解了我们调控元件的设计理念。
我们真的未曾想到会有这么多人对我们的项目有如此大的兴趣,这极大地鼓舞了我们!”
——华东理工大学代表队
“一位来自德国团队的小哥哥来到我们的硬件展区前,被我们硬件模型的设计,尤其是那个细长的气升式发酵罐给吸引,并表达了他的疑惑。
我们向他解释了气升式发酵罐不但可以满足大肠杆菌生长的氧气需求,而且剪切力比搅拌式发酵罐小,对细菌纤维素结构破坏程度低,更有利于产品质量的保证。以及这个500lL的中式规模还只是我们初步的计划,之后我们希望可以将规模扩大至200T!
德国小哥哥听完之后觉得非常不可思议,难以想象发酵规模竟然可以放大到几十吨,甚至几百吨!并对我们的工厂模型赞不绝口。”
——华东理工大学代表队
今年,华理iGEM团队ECUST_China由生物工程学院、艺术设计与传媒学院的15名在校本科生组成。他们是:缪宗杰、胡诗佳、金钱蔚、向岚、徐佳、王少辉、刘旭、谭宁杰、段海容、幸运至、俞世嘉、陈默、巫苑桢、顾晓冰、马蓁蓁。团队总负责老师为王启要,带队老师为李友元、范建华。华理生物创客俱乐部的张立新、庄英萍、吴辉、左鹏、高淑红、李鹏飞、全舒、张明、谭高翼、周勉、夏建业、蔡孟浩、白云鹏、周胜敏等老师等均参与了指导。特别致谢上海采玄新型材料科技有限公司倾情支持的3D模型打印,令团队项目增色。
一年的时间,队员们进行了文献调研、项目选题、建模模拟、实验设计,克服了重重困难,最终拿到金奖和单项最佳奖。这一句简单的总结背后有着无数的汗水。喜悦的背后是“十年磨一剑”的坚韧意志、凝聚整个团队的向心力以及无可比拟的创造力。
ECUST_China团队还要感谢学校对本科生独立完成竞赛的支持和鼓励。学校通过参加竞赛所给予本科生们充分的主观能动性,其带来的教育和指导意义远高于奖项所带来的荣誉。