高中生想做炫酷蜘蛛侠战衣 彩色蛛丝蛋白项目获世界大赛冠军

2019-12-06 09:00作者:伍曼娜来源:南方都市报编辑:黄晓航
今年,有一群在读高中生打算制作一套真正由蜘蛛丝打造的“蜘蛛战衣”,并凭借“蜘蛛侠战衣”(彩色蛛丝蛋白)项目斩获世界科技赛事冠军。

蜘蛛侠是漫画中拥有超能力的英雄人物,他常常以一袭红色紧身衣现身。今年,有一群在读高中生打算制作一套真正由蜘蛛丝打造的“蜘蛛战衣”,并凭借“蜘蛛侠战衣”(彩色蛛丝蛋白)项目斩获世界科技赛事冠军。

近日,2019年国际基因工程机器大赛(iGEM2019)总决赛在美国波士顿举行,来自深圳的队伍GreatBay_SZ(深圳大湾区高中生联队)凭借“蜘蛛侠战衣”(彩色蛛丝蛋白)项目,从全球的74支高中生队伍中脱颖而出获得The Grand Prize世界冠军大奖。GreatBay_SZ是由20位来自深圳和美国高中的在读高中生组成的年轻团队。他们在指导老师王博祥的指导下凝聚成一个紧密的团体,为实现小小梦想发挥自己的能量,最终创造辉煌。

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深圳大湾区高中生联队部分深圳高中队员在实验室交流。

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丝状的彩色蛛丝蛋白在试管里盛放着。

团队档案

GreatBay_SZ(深圳大湾区高中生联队)由20位来自深圳和美国高中的在读高中生组成的年轻团队,他们当中最小的才14岁。他们来自不同的学校,但是拥有相仿的年纪和相同的兴趣,凭着对合成生物学的热爱聚到一起,共同圆梦。

超燃灵感:

为做“蜘蛛侠战衣”

他们勇敢挑战合成蛛丝项目

对于关注合成生物学领域比赛的学生来说,iGEM大赛是不可忽视的一个,能在该项赛事获奖,是很多合成生物学领域研究者的一大幸事。该项赛事由美国麻省理工学院发起创办,是前沿交叉科学——合成生物学领域顶级的科技赛事,哈佛、牛津、剑桥、清华、北大等世界知名高校多年来均派队参赛。

比赛分为高校组和中学组,标准一致。今年大赛共有来自全球45个国家和地区的近400支大学及中学队伍参赛,仅中国地区就有上百支队伍参赛。而此次获得高中组世界冠军的GreatBay_SZ团队,其队员主要来自深圳地区,队伍组织者及指导团队蓝晶实验室是合成生物学领域的科技公司旗下的科学教育品牌,他们已经连续两年带队斩获世界冠军并包揽多项单项奖及金奖。

为了参加iGEM大赛,今年3月成立的的GreatBay_SZ团队在王博祥老师的指导下,进行了长达2个月的项目调查。调研期间,团队以超级英雄蜘蛛侠作为创作灵感,设法为蜘蛛侠制作一件合成“蛛丝战衣”。同时,队长之一李若衡同学了解到,制作“蛛丝战衣”的蛛丝蛋白项目在历届iGEM比赛鲜受关注也未被利用,而全球最新的生物学文献中已经提到新的蛛丝蛋白合成方法和拉丝方法。

5月底调研结束时,队内成员一致支持研究“蛛丝蛋白工程”。最终,这个“蜘蛛侠战衣”(彩色蛛丝蛋白)项目凭借在蛛丝蛋白、色素蛋白及天然染料上色等问题上的研究及成果,捧回比赛冠军奖杯。

闯关不易:

步步推进合成彩色蛛丝纤维

最终炫彩蛛丝蛋白试管盛放

制作“蛛丝战衣”的前提是有足够多的彩色蜘蛛丝纤维。王博祥和GreatBay_SZ团队的队员们意识到,获得蛛丝有两个途径,一个是通过蜘蛛饲养的方法来收集蜘蛛产生的蛛丝,另外一个就是生物合成蛛丝蛋白,再将蛛丝蛋白拉成丝。

天然蜘蛛丝主要产生于蜘蛛结网过程,产量非常低,团队意识到生物合成蛛丝蛋白是暂时唯一可行的办法。“这次我们使用大肠杆菌作为底盘细胞。”王博祥介绍,团队选择使用大肠杆菌作为生物底盘,生产重组蛛丝蛋白细胞,成功生产了多种蛛丝蛋白。

有了蛛丝蛋白,团队想要制作蛛丝战衣,还需想方设法产生蛛丝纤维。于是,这个20多人的团队又着手研究将蛛丝蛋白生产成蛛丝。

生产蛛丝在现实中还有何积极意义?蓝晶实验室王博祥老师介绍,蜘蛛丝是一种有着极佳特性的新型材料,具有延展性好、韧性强等优良性能,能被运用于航空航天以及医疗领域。

实验过程中,团队的队员们为了完成将蛛丝蛋白拉成丝这至关重要的一步,还特意前往上海,拜访了上海东华大学的孟清教授,并在他的建议和启发下,设计了一台小型拉丝机。在这个小型拉丝机的帮助下,他们成功获得了大量蛛丝。

GreatBay_SZ团队的另一个挑战是保证蛛丝的染色剂的环保性。“团队在微生物体内生产天然色素靛蓝以及脱氧紫色杆菌素,给蛛丝染色.”项目实验过程中,为了获得更好的固色性以及能够适用于更多颜色的成丝方式,该团队开发了全新的“挂载”色素蛋白于蛛丝的方法,让蛛丝保持在天然蛛丝的直径内的同时,成功获取了荧光绿、荧光红以及蓝色的蛛丝。“我们再用三种颜色混合,生产出了亮红色、橙色、蓝紫色、灰蓝色、亮绿黄色的蛛丝。”王博祥补充说,天然蛛丝的直径为2-10微米,团队生产的蛛丝最细的直径为7.8微米,和天然蛛丝的直径相当。

在团队位于南山的实验室,记者看到了丝状的蛛丝蛋白在试管里盛放着,这些蛛丝色彩亮丽,红的、黄的、白的、绿的、蓝的根根分明。虽然团队因为开展项目研究比较晚,没能在比赛前完成制作蛛丝战衣,但他们已经制作出多种蜘蛛丝纤维,这离制成蜘蛛战衣的目标迈出了至关重要的一步。

多方取经:

集体智慧步步突破

请教专家和手工艺人攻克难题

此次“蜘蛛侠战衣”项目获奖备受关注,其中一个原因是获奖团队GreatBay_SZ是由20位来自深圳和美国高中的在读高中生组成的年轻团队。

深圳市南山区育才中学高二学生刘泓力也是其中一员。刘泓力介绍:“大家一起做实验,一起探讨当今最先进的生物技术,天马行空,相见恨晚,最终形成了组队参加iGEM大赛的计划。”

GreatBay_SZ团队其中一位队长刘雅瑄介绍,在实验过程中,队员们除了与王博祥探讨,还多次通过不同形式,向不同领域的专家取经,希望解答实验过程中的难题。

在攻克蛛丝生产阶段问题时,队员们通过邮件咨询专家Anna Risng教授,尝试并成功得到了NT2REPCT的蛛丝蛋白,并实现了蛛丝蛋白高产。当队员们尝试改造最初生产的蛛丝蛋白提高蛛丝的性能时,发现蛛丝蛋白总会先产生沉淀,导致无法应用于后续纺丝。于是他们又开始查阅文献,从上海东华大学的孟清教授的论文中得到启发,成功实现新的蛛丝蛋白的生产。

在研究蛛丝染色阶段,团队还邀请了传统色素手工制布艺人来实验室,听取传统手工艺者对团队利用微生物生产的天然色素染色方面的想法。

结果圆满:

因为热爱工作到凌晨

未来想上大学学生物化学等知识

“我们都是十分热爱合成生物学的学生。”刘雅瑄介绍,队员们都希望能够在中学阶段就以一个研究者的身份,真正完成一项完整项目研究。团队的这些高中生学业繁重,为了参与完成项目研究,他们很多人都放弃了休息时间,一有空就呆在实验室。

今年6月,是团队进行实验设计和预实验的主要阶段。暑假前,队员每周末花费半天时间在实验室或者线上会议中;暑假,队员们分成不同小组制定实验计划开展实验。“同学们几乎把所有课余时间都奉献给了iGEM。”刘泓力表示,队员们常常在实验室从早上待到晚上八九点,甚至到凌晨。为了等待实验结果,队员常馨友常常在实验室呆到凌晨,最晚的时候一直等到凌晨三点。为了整理实验数据,常馨友和刘雅瑄还曾与王博祥在实验室通宵工作。

参与这次项目,他们希望拓展知识面,将来进入大学后能够更好地学习生物学、化学、医学相关专业知识。学生们的付出得到回报,在8月19-23日举办的第六届中国地区iGEM交流会CCIC(Conference of China iGEMer Community)上,GreatBay_SZ团队的项目荣获“最佳项目”奖。11月初,团队再次凭借“蜘蛛侠战衣”(彩色蛛丝蛋白)项目,获得The Grand Prize世界冠军大奖。

声音

大家一起做实验,一起探讨当今最先进的生物技术,天马行空,相见恨晚,最终形成了组队参加IGEM大赛的计划。

——队员刘泓力

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