创新设计新型生物农药，ZJU-China第11次在全球大赛中夺金！
如何利用合成生物学技术提高作物对疫病的抗性，开发环境友好的“疫苗”型生物农药？有支学生团队努力向世界给出他们的尝试和创新。
近日，第二十届国际基因工程机器大赛（iGEM）决赛于法国巴黎圆满结束，浙江大学校级代表队ZJU-China从全球四百支队伍中脱颖而出，夺得2023年国际基因工程机器大赛本科生组全球前十（TOP10）及金牌，这也是自2010年浙江大学组队参赛以来第十一次斩获金牌！
“在iGEM比赛二十周年，想给世界一点浙大震撼！” ZJU-China团队由生命科学学院陈铭教授和杨帆副教授带队，由来自8个不同学院的14名本科生队员组成。已经连续斩获十枚国际金牌的他们依然渴望做出轰动性的创新。此次聚焦植物RNA疫苗，研发可以自我扩增的RNA疫苗作为新型生物农药。
“让我们感到十分惊喜的是，本项目与今年诺贝尔生理学或医学奖的表彰研究‘巧遇’，都是关于RNA方向的研究！”2020级生物科学(求是科学班)的丁文卿同学说。
同时，本届ZJU-China还斩获三个最佳单项奖及两个单项奖提名，包括最佳建模奖（Best Model）、最佳植物合成生物学项目奖（Best Plants Synthetic Biology）、最佳网页奖（Best Wiki）、农业赛道最佳项目提名（Best Agriculture Nomination）及最佳展示提名（Best Presentation Nomination）。
究竟是怎样一项研究让ZJU-China团队成功蝉联金牌？蝉联之路上又有什么新故事？今天，让我们一起走近他们。
从RNA出发构建“植物哨兵”
“讲到防治病虫害，现在多用传统化学农药，事实上这并非药到病除、百利无害，其所引发对环境和健康的威胁还不容小觑！”2020级巴德年医学实验班的夏凌豪同学解释道。大量的农药散失造成土壤、空气和水体的污染，还可能导致农作物中有过高的农药残留，食用会危害人类健康。频繁使用传统化学农药会让害虫产生耐药性，长时间难以治本。
“我们的全新植物外源蛋白递送系统，能实现目的蛋白较长时间遍布在植物全身和规避传统的植物转基因技术带来的长周期问题。”该系统包括两个重要组成部分——“卡车头”和“分身术”。“卡车头”模块是一段有特殊结构的RNA序列，可以帮助RNA链在植物维管束中长距离运输；“分身术”模块的灵感源于自扩增RNA疫苗，可以帮助RNA进行自我复制扩增，提高植物体内RNA的量，从而增加目的蛋白的表达剂量。
“为了解析RNA在植物中的存在和运动状态，我们通过建模预测了RNA 在植物体内的扩散速度和半衰期，同时设计了一种更简便、经济的荧光观察仪器。” 负责建模预测及硬件设计的干队成员说。团队还设计了新的光自杀生物安全模块，可以通过光控让农杆菌在发挥作用后自然清除，规避了工程菌泄露环境引发的安全问题。
项目设计图示
本次项目通过定向进化获得了农杆菌的强组成型启动子。“这是iGEM库中第一个针对农杆菌设计的启动子元件,为未来使用农杆菌作为底盘研究植物合成生物学提供了极大的便利！”这也是ZJU-China团队能成功蝉联iGEM金牌的重要因素。
生物农药应用场景及方法
为了探索这项研究成果的更多现实意义，团队去良渚采访了当地农业合作社。了解到当下生物农药正在逐步投入使用，“如果我们的技术能够成熟落地，将有着化学农药无法替代的意义，它将带领农药向着环境友好化、更可持续化方向发展。”2020级植物保护专业李君杰同学告诉我们。相关人员建议将目光投向番茄草莓等水果，设计出能辅助这一类作物抗病的疫苗。
关于这项技术的未来从实验室走向田野，团队表示还有很长的路要走。“要应用到粮食方面，该技术的安全性需要进一步严格考量。我们也期待未来能与企业合作，去探寻生物农药市场化的可能。”
金牌背后：ZJU-China的独家故事
研究的历程并不是一帆风顺的，烟草的意外死亡、植物表型不够理想、实验室装修需要搬迁……但团队在一次次克服困难后不断突破，一步步完善生物农药各方面的性能。在今年暑假，恰遇所在实验室装修，但一些大型实验设备不便搬动，队员们需要每天 “两头跑”，这也使得他们虽然一天都在实验室，但穿梭在各个实验室后的运动步数却能惊人地达到上万步！
“在巴黎发现有那么多的其他学校的同学喜爱我们的吉祥物flora sentinel，我觉得特别有成就感，这一路的付出都值得了！”负责美工的2020级工业设计专业王铱汝同学说。本次比赛不仅研究成果丰硕，设计上也一举获得了最佳网页奖（Best Wiki）。吉祥物的原型取自团队微信群经常出没的表情包，呆萌的形象一下子成了大家的团宠，负责美工的同学便将团队的特色融入到可爱的熊猫身上，让他变得生动了起来。为了增加可读性，最终获得最佳网页的Wiki也经历了风格大改，让团队自主设计的周边在国际决赛上圈粉无数。
“iGEM是一场关于创造力的游戏”，来自不同学院的同学齐聚在一个实验室，为了共同的目标拼尽全力。生物相关专业队员推动项目研究步步深入，工程力学专业的队员通过建模为生物研究提供便利，软件工程专业的队员设计的交互网页让实验结果被更加美观清晰地记录，工业设计专业的队员让可爱的海报周边惊艳世界......“我们最终形成了一个有机紧密结合的整体。”2021级临床医学（5+3）专业的严钦耀同学感叹道。
团队的成就离不开指导老师的关心和帮助。在整个项目实践过程中，杨帆老师一直与团队并肩作战。她不辞辛劳地联系实验中心的各负责人，为团队提供了诸多实验资源，并密切关注大家的实验进展和操作安全，为大家的实验保驾护航。她的辛勤、细心和包容，为团队同学的研究提供了坚实的支持，也是团队成员前进的不竭动力。
陪伴近14年，陈铭老师总能给出团队许多启发，精准地指出项目中的问题和漏洞。在项目刚刚确定下来时，陈铭老师就对湿队的RNA递送等设想提出了一些疑问，这些问题在后续被证明确实需要改进，给了队员们很大的启发。在于法国巴黎举办的iGEM Grand Jamboree期间，陈铭老师鼓励队员精心打磨全英文的展示文稿。也正是在陈铭老师的督促下，团队成员不断精进项目和实验设计，并在项目展示中获得了国际“最佳展示（Best Presentation）”的提名。
科学不仅在实验室，更在大山里的课堂
除了在实验室推进生物农药研究，湿队的人文实践成员还走进了乡村。“要把科学带进大山里的课堂！”他们怀揣着对乡村教育与生态环境事业的热情，为青海省黄南州民族中学的同学们带来了丰富而有趣的西门子爱绿教育课堂。在课堂中，团队带领当地的同学们走进农作物病虫害防治领域，了解前沿的合成生物学知识，参与可持续发展议题的讨论。他们拓展课本知识，在课堂中引入合成生物学的科普，展现生物学的力量，培养对科学研究的兴趣。通过案例讲解，用合成生物学“搭积木”的方法解决实际问题，让看似晦涩难懂的前沿科学走进大山。
同时，当地的同学们通过实时视频线上参观浙江大学生物国家级实验教学示范中心的实验室，在实验设备的讲解中学习部分分子生物学实验的基本原理。通过现代信息技术，将远在千里之外的实验室带到同学们面前，让他们更直观地感知到科研工作者的生活与科研环境。
“看到孩子们眼中闪烁的对科学知识的憧憬和渴望，激发孩子们对于学习的兴趣和热情，给予他们探索未知的勇气，让他们在未来发挥主观能动性去求知求学，走出‘放牛娃的循环’，走向充满挑战但绚烂多彩的世界，去寻找自己所爱，去将其转化为社会财富。‘一棵树摇动另一棵树，一朵云推动另一朵云。’能参与这个意义非凡的项目，我备受鼓舞。”2021级食品科学与工程专业钱璐同学说。
“赛时种种如今依旧历历在目，大家为在这里遇见优秀的队友感到幸运，更加坚定自己一年前来到ZJU-China团队是无比正确的选择。”在决赛现场听到团队名字冲上领奖台的激动场景，深深地印在了各位成员的脑海里。虽然比赛结束了，队员们相聚的机会越来越少，但正如队长2020级生态学（强基计划）专业的林诗逸同学美好的祝福，“相信大家都会在各自的领域发光发热！”
文字记者：何心怡 | 浙江大学融媒体中心学生记者团 蔡申雪
图片和部分文字由受访者团队提供
今日编辑：浙江大学融媒体中心学生记者团 丁佳盈
责任编辑：何心怡
缤纷浙大
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