牛！创新尝试用合成生物学方式修复敦煌壁画，8名南山学子获国际大奖！
大肠杆菌竟可以用于
修复敦煌壁画？
近日
深圳市育才中学Yucai_SZ团队
以“用合成生物学的方式修复壁画
（Restoring murals with bacteria）”项目
摘得“2021年 iGEM国际银奖”！
这个奖项有多牛呢？记者了解到，国际遗传工程机器竞赛 ( iGEM )是生命科学领域全世界规模最大、学术影响力最高的国际赛事，由美国麻省理工学院于2003年创办，至今已成功举办18届。iGEM以“合成生物学”为主题，鼓励全世界有志于在生命科学领域开拓创新的年轻人，设计完成合成生物学科研项目，尝试解决世界面临的现实问题。
大胆提出用合成生物学方式修复敦煌壁画
“
“敦煌壁画作为世界文化瑰宝，现在正面临着严重的、无法恢复的破坏，与传统方法相比，我们使用大肠杆菌来修复壁画更加精确、高效，并且可以在一个相对较大的范围内实现壁画修复。”
”
Yucai_SZ团队由8名队员组成，分别是王睿（队长）、李梓华、李泽均、叶翀睿、王海心、白妍诺、朱子晴、聂一鸣，可能他们是高中生参赛队伍里人数最少的，但却一点都不影响他们的参赛热情。
队长王睿介绍， Yucai_SZ的参赛项目是用合成生物学的方式修复壁画 （Restoring murals with bacteria）。“敦煌壁画作为世界文化瑰宝，现在正面临着严重的、无法恢复的破坏，如掉色、磨甲等。然而，根据我们的问卷调查结果显示，近40%的受访者不知道现有的壁画修复方法。传统的壁画修复有三个步骤，大约需要96小时。而我们使用大肠杆菌来修复壁画。与传统方法相比，这一方法更加精确和高效，并且可以在一个相对较大的范围内实现壁画修复。”
李泽均在项目中主要负责实验相关内容，他介绍，整个系统由两个主要部分组成，一个是光感受器质粒，一个是功能质粒。“我们的光感受器系统由两个光控制元件组成，所产生的T7RNAP受蓝光调节，在有蓝光的情况下会有活性，在没有蓝光的情况下会失活。第二个功能质粒由一个CsgA-Mfp3S-pep融合蛋白与一个颜色蛋白组成。该融合蛋白允许宿主锚定在固体表面形成生物膜，并吸附钙离子以形成矿化层。我们通过控制蓝光来控制具有特定形状的彩色生物膜的产生。”
据介绍，团队的整个实验有三个部分：融合蛋白表达系统实验，光感受器系统实验，以及共转表达。而在修复的过程则主要分为5个部分：首先，要将含有细菌的生物膜转变为凝胶，并将其混合到水凝胶中；然后，将整个水凝胶贴在墙上；第三步，则是在生物膜形成后喷洒SBF，并等待矿化；待矿化完成后，将水凝胶掀开；最终，干燥并杀死剩余的细菌。
▲实验原理流程图
大量社会实践助力实验逐步完善
记者了解到，根据 iGEM赛事要求，参赛项目主题包括生物能源、环境治理、医学检测、药物开发、食品和营养、新材料等，在大约6个月的比赛周期内，参赛团队需要利用课余时间，阅读专业文献，查找大量资料，完成项目设计。
▲采访深圳大学美术修复专家栗教授
▲采访合成生物学专家王艳怡博士
在暑假，还要学习实验技能，完成实验室内的研究工作。由于合成生物学具有较强的学科交叉性，参赛项目往往还要包含数学建模的内容。如果项目需要，还会涉及软件编写、硬件制作的部分。
iGEM赛制要求参赛团队设计和进行相关的社会实践，探寻考察可能影响项目技术设计和使用的各类实际因素。最后，团队还要完成项目的英文书写，以及项目网站编写的工作。在比赛现场，还需面向科学家与业界精英进行英文演讲展示、答辩及海报展示。为此，育才中学的学生团队开展了丰富的实践活动。
▲华大基因合成生物学项目分享会
育才中学的项目及项目团队给赛事评委留下深刻印象，六位评委对该项目表达了充分肯定，并给出了积极建议。
评委点评
“祝贺你们，这种保护壁画的应用想法很有创意。在我看来，生物膜技术在不同行业领域有很大的应用前景，生物膜和壁画之间的相互作用及反应类型用于保护壁画不被损坏，或将产生极大贡献。未来，你们还可以在抗菌特性上进行尝试。”
“这个项目解决了一个不同寻常的问题——恢复古代艺术品，不仅耐人寻味，而且非常酷！作为一个高中生团队，你们完成了大量出色的工作，并且表现出了对合成生物学领域的深入理解……”
“能够很好地理解和描述项目的紧迫性以及要解决的问题本身；将合成生物学应用于艺术作品以及历史性艺术作品的保护上，是一个非常好的尝试。”
“我喜欢这个用合成生物学来修复艺术品的想法，但还是大家请在未来的实验中，更多地思考‘安全性’问题。”
“项目团队完成的工作量是惊人的，也许这个项目值得做成一份商业计划！”
赛后，提起为iGEM奋战的180个日日夜夜，八位同学都颇为感慨，坦言收获颇丰。
王睿和项目队员们表示，要特别感谢蛇口育才教育集团、育才中学、育才中学生物学科组，特别是育才教育集团信息中心张加健主任及其创办的“未来生物实验室”，为大家参加比赛提供了硬件保障。“该实验室配备的器材，可以完成绝大部分合成生物学实验，这在全国高中学校里也可以位列前茅！没有未来实验室的鼎立支持，就没有 iGEM的好成绩！”
▲张加健主任介绍创办未来生物实验室的初衷
▲实验室的部分仪器（高速离心机、振荡恒温金属浴、PCR仪等）
王睿表示，作为队长，最大的收获是感受了“生物”和“研究”的魅力。“在实验老师的指导下，我们了解了很多学科知识，从一开始一无所知，最后，我们可以娴熟地说出一些专业名称；还收获了很多乐趣，比如高压灭菌锅香香的臭味、用有颜色的大肠杆菌画画、用倒毁了的培养基养一些杂菌……；更获得了一些非常实用的经验，包括如何写论文等。我想说的是，兴趣是原动力，如果选择了参加，那就努力做到最好！”
▲育才三中敦煌壁画艺术史交流会
李泽均认为， i GEM项目对完整度要求高，综合能力需求强。一个项目的顺利完成离不开所有成员的努力付出。在比赛中，和专业人士沟通，和指导老师交流，不断学习并提升自己，同时充分地领略了合成生物学的魅力和广阔前景。朱子晴是实验组成员，主要负责实验和wiki美工。她坦诚地说， iGEM是挑战，更是机遇，它对自己的提升不仅仅局限于生物的实验设计，更多的是团队合作和时间安排，虽然参赛真的很累，但最后的成就感也超级大。李梓华印象最深的是做网页和准备答辩，“它使我明白在DDL面前什么奇迹都有可能发生，我们远比想象中的自己更强！”
▲画纸上的合成生物学
白妍诺说，自己在比赛中最大的收获是慢慢学会了相信自己，变得更敢去做，也更能做好事情！王海心一开始负责实验，后来转到了HP组负责关于线上线下讲座以及与实验参考文献第一作者的联系，认识了很多大学的学长学姐，跳出了生物课本之外，体会到了科研项目研究的乐趣。叶翀睿认为最大的收获是自学能力和执行力得到了提升，“相信自己，不要陷入焦虑，不要畏难，大胆去学，大胆去做。万事只要开了头，后面都会越做越好的！”聂一鸣也收获了英语能力、处理问题能力以及团队协作能力，他期待更多学弟学妹能够团结合作，勇于进取。
一起为才华横溢的
南山学子们点赞吧！
来源 | 育才中学 南山区融媒体中心
编辑 | 杨渝嘉 校对 | 李蔓铃
审核 | 王志明 责编 | 王婷婷
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