iGEM国际基因工程机器大赛银奖获奖案例分享(5)

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,也是涉及数学、计算机、统计学等领域交叉合作的跨学科竞赛。每年由美国麻省理工学院MIT主办,主要针对在校本科生、研究生和高中生。竞赛要求iGEM团队利用标准生物模块(Biobricks)来构建基因回路、建立有效的数学模型,实现对精致复杂人工生物系统(artificial biosystem)的预测、操纵和测量以完成比赛。

2022年国际基因工程机器大赛iGEM,已于北京时间10月28日20:00正式落幕。

据不完全统计高中生组,2022年中国大陆有60多个队注册参赛,最终有16支队伍获得金奖、19支队伍银奖、15支队伍铜奖、9支队伍无奖、2支队伍弃权。

机构有幸继续领跑 iGEM Commercial 赛道。今天,老师带来的是在本次iGEM中获得银奖的Worldshaper-HZBIOX队的,他们的研究课题是精氨酸益生菌:助力结肠癌的免疫治疗

# 1、Worldshaper-HZBIOX

 是谁?

Worldshaper-HZBIOX

Worldshaper-HZBIOX 队是一群来自中国不同城市中学的高中生联队。队员来自包括杭州外国语学校、上海光华剑桥、人大附中杭州分校、伊利诺伊州新特里尔高中、杭州第十四中学、宁波市小石中学、合肥市第一中学杭州诺马尔大学附属中学、长沙市第一中学、海亮外国语学校、杭州师范大学附属中学和合肥新华书院等学校。

Worldshaper-HZBIOX的队员均对生命科学抱有强烈的兴趣,是参与iGEM过程中志同道合的伙伴。

除此之外,他们也有各自鲜明的特点,每位成员都多才多艺,兴趣特长非常广泛,掌握乐器、摄影、运动、烹饪等多项技能;同时他们也有明确的意向专业方向,商科、软件工程、化学和医学等等。

在此基础上,他们选择了适合自己的iGEM分工方向,社会调研、自媒体宣传、生物实验、商业推广和网页制作......他们经常头脑风暴,愉快交流比赛项目的思路;他们乐于分工合作,团结协作完成项目成果,在参与过程中具象化“合成生物学”,锻炼科研能力。

# 2、精氨酸益生菌

 助力结肠癌的免疫治疗 

Worldshaper-HZBIOX队的研究课题是精氨酸益生菌:助力结肠癌的免疫治疗。团队以寻求新的结肠癌治疗方案为目标,通过合成生物学的思维方式,利用非致病性大肠杆菌E. coli Nissle 1917生产L-精氨酸,促进结直肠癌免疫治疗。

结肠癌是一种比较常见的消化道恶性肿瘤,死亡率高,是世界三大癌症之一。免疫疗法是目前最有前途的癌症治疗方法。它基于患者自身的免疫系统,充分发挥免疫潜能,有效抑制甚至清除肿瘤细胞。然而,在经过一段时间的免疫治疗后,由于肿瘤介导的免疫抑制,部分癌症患者对其产生了耐药性。

iGEM赛事回顾5 | Worldshaper-HZBIOX 队通过研究精氨酸益生菌,助力结肠癌的免疫治疗

通过专家访问了解到,L-精氨酸对癌症细胞有毒性作用,并且已被证明可以抑制这种免疫抑制,是克服免疫治疗耐药性的良好候选药物。

因此,L -精氨酸可作为联合治疗方案,增强免疫治疗的疗效,克服免疫治疗的耐药性。最重要的是,L -精氨酸可以用结肠癌细胞代谢所产生的氨为底物合成,简而言之,变废为宝!Worldshaper-HZBIOX队计划通过基因工程的手段在肿瘤处即产生具有实际杀伤效果的L-精氨酸。

该项目的主要思路是利用改造的非致病性细菌EcN通过口腔进入消化道,定植在消化道肿瘤部位,实验主要包括以下几个部分:

◾ 删除argR 

iGEM赛事回顾5 | Worldshaper-HZBIOX 队通过研究精氨酸益生菌,助力结肠癌的免疫治疗iGEM赛事回顾5 | Worldshaper-HZBIOX 队通过研究精氨酸益生菌,助力结肠癌的免疫治疗

◾ argJ基因插入 

iGEM赛事回顾5 | Worldshaper-HZBIOX 队通过研究精氨酸益生菌,助力结肠癌的免疫治疗

◾ 插入溶菌素基因

◾ 功能验证

◾ 精氨酸抗肿瘤作用分析

在项目研究过程中,想要构建一个能在高浓度环境中持续产生精氨酸并用于肿瘤治疗的工程化EcN,需要解决两个方面的难题。

◾ 首先,要打破细菌天然合成精氨酸路线中的负反馈路线,使EcN在精氨酸开始在肿瘤中积累时不会停止精氨酸的生产。

◾ 其次,需要确保EcN可以安全地从系统中清除,一旦它完成了治疗作用,就不会在体内逗留。

同学们通过文献调研,在专家和导师的指导下,经过反复实验,成功找到了解决办法:

◾ 针对第一个问题,Worldshaper-HZBIOX队删除了argR基因,以排除EcN中的argR蛋白;同时,将argJ基因转移到工程细菌中,使鸟氨酸乙酰转移酶进入精氨酸合成途径。

◾ 针对第二个问题,Worldshaper-HZBIOX队将一个带有阿拉伯糖诱导启动子的溶菌素基因转移到工程细菌中。工程菌的抗肿瘤作用完成后,患者可通过口服或注射等方式摄入阿拉伯糖,溶蛋白基因启动子被阿拉伯糖激活,表达溶蛋白,使肿瘤内的细菌进行自杀性的裂解。

Worldshaper-HZBIOX队工程的益生菌经口服可在肠道内快速定植,对肠上皮细胞有良好的粘附率,可长时间停留在肠道肿瘤组织中,对消化系统肿瘤的治疗具有积极作用。同时,这种在实验动物体内注射的方式传递到目标部位的方式,可扩展到各种实体肿瘤,因此这一方向在未来的临床应用中是非常具有前景的。

# 3、收获不止奖项

 主动担当展风采 

来自不同地区,学业压力不同,负责模块的难度不同,但每位Worldshaper-HZBIOX队的成员都努力去调适自己的状态,在每项任务的参与过程中都竭尽所能,发挥自己的特长和优势,主动参与,主动担当,让参赛过程的节点成为挑战自己的突破点。

就像团队的成员都有自己专属的漫画人物头像一样,每位成员对于iGEM都有自己的理解。

- 有的队员认为学习、认识合成生物学的魅力和前景,是一次很难忘的经历;

- 有的队员认为iGEM不像是一场比赛,而更像是一场浓缩了的小型科研项目,每个队伍都用了不到一年的时间就做出了惊人的成果。对于自己而言,这真的是一个快速拔高的过程。

- 有的队员认为收获远远不止获奖证书。满满当当的笔记,一沓厚厚的实验方案,紧张的练习,激烈的讨论,演讲和海报。生物工程基本实验操作的经验,文献的大量阅读在生物上我们收获了远超同龄人的成长。

- 有的队员认为iGEM比赛的性质决定你会跟各种各样的人打交道,包括一些行政方面的老师,一些PI,各种各样的组织等等。这些打交道的过程可以让自己提升人机交往的能力。

......

# 4、2023种子队员招募

 报名持续中 

新的一年,新的起点,新的成就!新一届的同学们,2023年机构·iGEM战队种子队员招募启动啦!截至12月31日都可享受早鸟优惠

对iGEM竞赛感兴趣、渴望在国际舞台上展现风采的同学们,快来加入我们吧!

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