上海交通大學兩支代表隊在2024 iGEM國際基因工程機器大賽上摘得雙金 http://reabo.cn　 2024年11月8日　 來源：上海交通大學 　　北京時間10月27日凌晨，2024年合成生物學領(lǐng)域國際頂尖賽事——國際基因工程機器大賽（International Genetically Engineered Machine Competition，以下簡稱為iGEM）在法國巴黎會議中心落下帷幕。共有來自麻省理工學院、哈佛大學、牛津大學、清華大學、北京大學和上海交通大學等國內(nèi)外知名學府的400余支頂尖隊伍參賽。經(jīng)過激烈角逐，上海交通大學代表隊SJTU-BioX-Shanghai憑借項目“XPCures”蟬聯(lián)金獎；SJTU-Software憑借項目“HEATMAP”斬獲金獎，兩支隊伍延續(xù)了在這一賽事中的良好表現(xiàn)，再次在國際舞臺上展現(xiàn)了交大學子的風采！ 　　今年，SJTU-BioX-Shanghai團隊聚焦于健康與疾病治療。著色性干皮�。╔eroderma pigmentosum, XP）是一種常染色體隱性遺傳病，在各大洲幾乎全部種族里均有報道，患者對紫外線（Ultraviolet Radiation B，UV-B）高度敏感，日曬部位多發(fā)生水皰、表皮增生和腫瘤等，2/3的患者于20歲前死亡，目前尚未有治愈XP的方法。團隊成員聚焦于發(fā)病率最高的C型著色性干皮�。╔PC），發(fā)病原因是由于XPC基因突變導(dǎo)致DNA修復(fù)蛋白異常，從而無法修復(fù)紫外線照射造成的DNA損傷。受植物中一種響應(yīng)紫外線的系統(tǒng)啟發(fā)，團隊成員決定設(shè)計一種全新的紫外線響應(yīng)基因開關(guān)，實現(xiàn)XPC基因在患者體內(nèi)的可控表達，將致病的UV-B轉(zhuǎn)化為治療的UV-B。 　　團隊將植物中的這套紫外線響應(yīng)系統(tǒng)與轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件相結(jié)合，開發(fā)了一種以光遺傳技術(shù)為控制端、基因治療為基礎(chǔ)的新型療法，同時構(gòu)建了一種負反饋調(diào)控機制。該套系統(tǒng)可通過腺相關(guān)病毒遞送系統(tǒng)借助微針透皮遞送至皮膚基底層細胞實現(xiàn)替代治療。 　　在哺乳動物細胞中驗證了植物源紫外線響應(yīng)系統(tǒng)的有效性后，團隊在人源角質(zhì)形成細胞上轉(zhuǎn)入該系統(tǒng)進行功能測試。他們驚喜的發(fā)現(xiàn)，XPC基因缺失的角質(zhì)形成細胞在UV-B照射后大量凋亡，而轉(zhuǎn)入該系統(tǒng)的XPC基因缺失細胞的存活率接近正常細胞水平，強有力地證明了響應(yīng)紫外線的基因開關(guān)系統(tǒng)的有效性。也就是說，該系統(tǒng)對于修復(fù)紫外線誘導(dǎo)的DNA損傷具有重要作用，為未來著色性干皮病治療提供新的思路。 　　與此同時，團隊積極與社會各界的利益相關(guān)方交流，根據(jù)他們的反饋，不斷優(yōu)化項目，讓XPCures更加安全、有效地滿足患者的需求。此外，SJTU-BioX-Shanghai還設(shè)想了XPCures從基礎(chǔ)研究落地為醫(yī)療產(chǎn)品的未來發(fā)展道路，詳細地闡述了專利申請、臨床前試驗、臨床試驗、研究者發(fā)起的臨床研究、進入市場等過程的步驟。通過采訪政府、醫(yī)院倫理委員會的從業(yè)者，了解了針對罕見病基因治療研發(fā)的特殊政策以及安全倫理考慮。在推進項目的過程中，團隊成員逐漸勾勒出罕見病患者群體的社會處境畫像，呼吁社會各界關(guān)注這個社會群體，充分體現(xiàn)對罕見病患者的人文關(guān)懷。 　　SJTU-BioX-Shanghai團隊由賀林院士領(lǐng)銜，馬鋼副研究員、莫茜研究員（上海兒童醫(yī)學中心）、胥川副研究員和王毓舒老師指導(dǎo)，由來自生命科學技術(shù)學院的鄭瑜嫻同學擔任隊長，團隊成員還包括來自生命科學技術(shù)學院的高翔、崔益豪、許菡玉、涂然，致遠學院的舒子棟、魏宏宇、唐洪果，生物醫(yī)學工程學院的李恩然，農(nóng)業(yè)與生物學院的趙澤正，藥學院的成昊洋，醫(yī)學院的王革、姚嘉一，共12名本科生以及高中生傅逸佳。2023年團隊的隊長楊禎熙，隊員江向海和張可昕擔任技術(shù)顧問。 　　近年來，蟲害導(dǎo)致40%作物減產(chǎn)和700億美元經(jīng)濟損失，使人們對農(nóng)藥的需求量越來越高，然而傳統(tǒng)農(nóng)藥大多存在難以降解、毒害性強的弊端。今年，SJTU-Software團隊聚焦于無公害、天然、高效的生物殺蟲劑——多殺菌素。多殺菌素可使害蟲迅速麻痹、癱瘓，最后導(dǎo)致死亡。其殺蟲速度可與化學農(nóng)藥相媲美，且安全性高，作用廣譜。然而，由于產(chǎn)率低、副產(chǎn)物多和提取工藝復(fù)雜等因素，該產(chǎn)品仍然價格昂貴，難以推廣。 　　團隊經(jīng)過多輪全方面調(diào)研發(fā)現(xiàn)，多數(shù)酶的最適溫度與實際發(fā)酵溫度不符，導(dǎo)致其在生產(chǎn)過程中活性較低。而對于最適溫度，現(xiàn)有測定方式復(fù)雜，導(dǎo)致大部分酶數(shù)據(jù)缺失，優(yōu)化代謝通路存在困難。 　　因此，團隊項目“HEATMAP: Harmonizing Enzymatic Activity and Temperature in Metabolic Pathways”通過搭建一個AI模型HEATMAP-AI來預(yù)測酶的最適溫度，并建立了etcGEM模型模擬刺糖多孢菌生產(chǎn)多殺菌素的代謝通路，二者結(jié)合以尋找生產(chǎn)過程中制約反應(yīng)速率的關(guān)鍵酶。然后，對這部分酶進一步定向進化，使酶的最適溫度趨近于反應(yīng)溫度，從而提高多殺菌素的純度、單位產(chǎn)量，降低成本，擴大市場影響力。 　　值得一提的是，團隊基于該項目開發(fā)的深度學習模型HEATMAP-AI具有比現(xiàn)有模型都更高的精確度，并且團隊結(jié)合濕實驗驗證在迭代學習過程中不斷提高模型的預(yù)測精度。為了讓該模型惠及更多用戶，團隊開發(fā)了最適溫度預(yù)測平臺HEATMAP，不僅可以通過輸入任意酶蛋白序列來獲得其最適溫度的預(yù)測值，還可從網(wǎng)站下載所有酶的序列、最適溫度信息。 　　目前，團隊已和多家公司取得聯(lián)系與合作。未來，團隊會持續(xù)進行模型維護、項目優(yōu)化，讓該項目服務(wù)于更多人，協(xié)助不同領(lǐng)域的研究人員開展研究工作，助力于推動放線菌底盤生物的構(gòu)建。 　　此外，團隊在社會調(diào)研與社會實踐方面完成了卓越的工作。 　　為了確保項目可行性，團隊成員咨詢了聯(lián)合國全球環(huán)境、農(nóng)業(yè)相關(guān)問題，發(fā)現(xiàn)了害蟲治理的急迫性、必要性。團隊先后拜訪20余名領(lǐng)域內(nèi)專家，共同探討項目內(nèi)容；同時走進企業(yè)，了解在實際生產(chǎn)過程中的現(xiàn)實問題，并通過與多殺菌素生產(chǎn)公司齊魯制藥的深入合作，逐步優(yōu)化項目內(nèi)容，共同推動項目實施與落地。另外，團隊還關(guān)注到在合成生物學領(lǐng)域存在的生物倫理學問題，聯(lián)合業(yè)內(nèi)專家、合成生物學產(chǎn)品上市公司蒙牛乳業(yè)，與國內(nèi)所有Software&AI賽道的iGEM團隊召開“AI與生物安全生物倫理圓桌論壇”，共同編寫了白皮書，致力于推動生物倫理學相關(guān)政策落地。 　　同時，團隊開展大量科普工作助力合成生物學知識的傳播。通過前期對不同年齡段群體的問卷調(diào)查，根據(jù)不同群體對合成生物學知識的了解程度分類開展科普宣傳工作，取得了良好的成效。 　　SJTU-Software團隊由韋朝春教授領(lǐng)銜，張岳副研究員指導(dǎo)，同時白林泉教授、陳海峰教授、馮雁教授和魯洪中教授在項目推進過程中提供了寶貴意見，以及學校超算中心提供了計算資源。團隊共有17名本科生，由來自生命科學技術(shù)學院的錢薪宇擔任隊長，團隊成員還包括來自生命科學技術(shù)學院的程愉航、袁媛、高銘、彭驛博、江艾菲、華晉亮、王蘇寧，致遠學院的唐卓皓、張典，藥學院的余志瑋，生物醫(yī)學工程學院的王旻瑩，醫(yī)學院的陳思予，設(shè)計學院的許朝凱、黃其灝、袁鳴鍵，媒體與傳播學院的張譯丹。2023年SJTU-Software團隊隊長朱駿杰、2022年SJTU-Software團隊隊長魏嘉璐等擔任團隊的技術(shù)顧問。 　　從2009到2024年，上海交通大學iGEM代表隊斬獲二十一金四銀二銅，金獎總數(shù)全國第一。并曾榮獲亞洲冠軍、最佳人工生物模塊設(shè)計、全球最佳16隊、最佳醫(yī)學診斷項目、最佳軟件項目提名、賽道最佳獎等榮譽。2024屆隊員秉承“精勤、力行、求真、務(wù)實”的奮斗精神，在前沿生物學的世界舞臺上再一次捍衛(wèi)了交大榮譽！ 　關(guān)于上海交通大學更多的相關(guān)文章請點擊查看　 特別說明：由于各方面情況的不斷調(diào)整與變化，華禹教育網(wǎng)（reabo.cn）所提供的信息為非商業(yè)性的教育和科研之目的，并不意味著贊同其觀點或證實其內(nèi)容的真實性，僅供參考，相關(guān)信息敬請以權(quán)威部門公布的正式信息為準。