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金牌背后:国科大本科生iGEM比赛侧记

 

编者按:美国东部时间11月13日上午,2017年国际遗传工程机器大赛颁奖典礼在美国波士顿海因斯会议中心举行,来自国科大的13名本科生组成的队伍一举夺得金牌。一年多的时间,他们经历了从一无所知,到访谈被养殖户拒绝60多次,再到在实验室“度假”,最终赢得了金牌,同时各个成为实验能手、能工巧匠。

“今年的评奖标准又提高了,金牌数量又会减少。”

“我们做了那么多努力,会拿到金牌的!”

“要是拿不到金牌,下一届队员需要背负很大压力啊。”

……

美国时间11月13日中午,在波士顿海因斯会议中心。主持人依次宣布iGEM比赛铜奖、银奖得主。身旁的队友们紧张地讨论着,来自2015级生物系的队长蔡瑞玲几乎是屏住呼吸,睁大眼睛盯着大屏幕上面显示着获奖的学校。

中午12点56分,大屏幕上列出了获得金奖队伍的名单,“UCAS”出现在了显眼的位置上,瞬时间,波士顿海因斯会议中心的5000多名观众爆发出了热烈的掌声,那一刻,参加2017年国际基因工程机器大赛的队员们甚至忘记了激动和兴奋。

“心里的大石头总算落地了”,2016级生物系的李云帆这样说。其实,为了这一刻,他们已经准备一年多。

从“一无所知”到摘得金牌

国际遗传工程机器大赛(International Genetically Engineered Machine Competi-

tion,简称“iGEM”)由麻省理工学院于2003年创办,迄今已有15年历史,发展成为合成生物学领域的国际最高学术竞赛,每年都会吸引包括哈佛大学、耶鲁大学等世界名校的参与。

2017年的iGEM竞赛,共有来自世界各地的313支队伍约6000多人参加,由国科大13名本科生组成的队伍凭借着“We Fit Fish——水产养殖的氨氮污染解决方案”摘得了此次比赛的金牌。

用蔡瑞玲的话来说,这支横跨3个年级、跨越4个不同专业的本科生队伍“经验不足、积累尚缺、综合性较弱,但野心勃勃、勤劳踏实、天赋与能力并重”。

按照比赛要求,最终比赛结果将从社会实践、数据建模、网页设计、海报讲解、演讲展示、美工创意等多个项目着手进行交流评比。而这些,对于第一次参加国际比赛的他们来说,可以说是“一无所知”。

“那我们就直接分工吧”,在国科大岗位教授、中科院生物物理所张先恩研究员、王江云研究员和微生物所娄春波研究员的指导下,参考每个成员的兴趣和特长,每个人被分到一个主要任务,同时在需要时要参与到其他的项目活动中。

“有一些大家都从未做过的实验很难完成,比如我们凝胶小球的制作”,李云帆说。凝胶小球是用在硬件装置中固定细菌的,但对此的文献资料介绍或是模糊、或是需要特定仪器。为此,他们就小球的凝聚条件进行了无数次假设,然后坐在试验台前两个小时一动不动地用针头匀速地加凝胶到交联剂中,经过了多次实验,才终于成功制作出了他们想要的、满足需求的凝胶小球。

2016级生物系雷雨晴原本是负责实验操作部分的,从8月开始她便负责起了社会实践工作。作为生物学专业的学生,在实验室里做实验对她来说并不陌生,而社会实践则是一个全新的尝试。“许多工作和任务,我们都是零经验入手,只能靠自己的摸索。”她回忆道。

为了考察项目的实际应用,她需要实地考察水产养殖情况。“我觉得应该没有人会挂电话、不回信息吧”,然而,不到3个星期,雷雨晴就被养殖户们拒绝了60多次,也因此夭折了无数想法和探索。“有时一句话出口才意识到没说好,有时挂了电话后觉得再争取一下,可能还有希望”。

为接触养殖户,她鼓起勇气联系了“水产养殖网”微信公众号,希望发布“广告”,而“代价”是要写科普文章。“习惯了文艺随笔的我,没想到有一天也要写这些东西”,雷雨晴笑着说。那时,她还把头像换成了队徽,以示自己的“官方身份”。

最终,她联系了全国20多户渔民,把宣传册发至12个城市与乡村,带着团队一个月内4次到访鱼塘做实地考察。“一开始怎么会想到有这么难?可是已经选择了接手这部分任务,就一定得尽全力做到最好,毕竟我们是一个团队啊。”雷雨晴说。

现在,雷雨晴的手机里还留存着74条跟水产养殖户的通话记录、超过9个省份水产养殖户的微信。雷雨晴说,以前她接打电话的对象只有两个:妈妈和快递员。“和人交流,真是一门学问,这算是集训恶补了吧。”

在实验室里“度假”

“‘十一’假期,慵懒的休息和美味的午餐”“这个假期,一半留给吃、一半留给女朋友”“图为我在泰国游泳、吃榴莲、骑摩托、做SPA”……翻开“十一”假日的朋友圈,手机里的朋友们分散在世界各地,手机外的队友们在实验室里摇晃着各种瓶瓶罐罐。

“我在北京,生物物理所天空很蓝。”他们“自嘲”了一番,又开始投入到实验中。

当被问到在准备比赛中有哪些难忘的事时,蔡瑞玲说:“好像没有什么特别难忘的,可能是因为我们每件事都是按我们的理解尽力去做了,然后得到了相应的结果,不管好坏,都是一件水到渠成、顺理成章的事。”

4月初的清明节假期,正值团队确定比赛项目的关键阶段,队员们分成3个小组,各自准备假期末的定题答辩。“每天打开手机就是同学们四处游玩的美景照,可是我们呢?从早到晚埋头论文资料,一次次提出想法又否决。”

紧张的实验进度,大家难免会有些情绪,甚至有时也会争吵。

拿参赛选题来说,蔡瑞玲回忆道,那个时候大家有各自不同的想法和坚持,互相都有点不服气,队内甚至有点“剑拔弩张”的气势——“争吵、相互质疑,翻查文献,打磨细节,还要兼顾学习,真的是一个很折磨人的事。”经过数月的艰难选择,团队最终还是确定了解决水体氨氮污染的主题,齐心合力地推进项目。

“做实验是真的很累。”谈及实验部分,每个人都有不少辛酸史:2015级生物系苑舒博为了测得酶标仪数据,常常在实验室待到凌晨两三点才休息,同为2015级生物系的叶婧楠负责的分子克隆实验也一做就是一整天。为了方便做实验,团队的一大半队员整个暑假直接住在研究所旁的旅馆里。雷雨晴回忆说,“那时候大家可能在实验室待到很晚,走出研究所,穿过没有几辆车的马路,爬上昏暗的楼梯,进了屋子再接着查资料、看文献。”

为了缓解大家的压力,他们也找些自娱自乐的事情来做。在实验室中拍摄安全视频,推着椅子找拍摄角度、在实验室演绎各种“违规操作”,“幸好是‘十一’假期,没有被师兄师姐抓到”。暑假住在研究所附近,队员们就时不时买个西瓜在实验室休息区里分着吃,一人一块,啃完再接着干活儿……

为了比赛,队员们把数不清的假期和周末都贡献给了实验室。项目的氨氮降解部分主要由2015级生物系的黄健怡和2016级生物系的吴疆负责,他们整个“十一”假期都在研究所里做实验,直到最后拿到结果才如释重负——“当时走路都带跳的,感觉说话都有不少底气。”

“相比于一般iGEM队伍,我们团队更有一种家的感觉。”李云帆说。因为队员们大多家不在北京,寒暑假因为集中进行实验而很少在家,大家也一起过节、一起出去吃饺子,遇到情绪波动也互相安慰和鼓励。吴疆说:“我们是一个妙不可言的团队。”

11月到了项目的冲刺阶段,队员们需要在自己搭建的网页上呈现所有工作成果。从负责美工与网页工作的2015级数学系胡筱寒、2016级计算机系李奉治和2014级化学系汪诗洋,再到团队里每一个整理资料的同学,都是常常熬夜工作。

“那段时间的教学楼629教室总是亮灯到深夜,多半是我们的队员还在写代码、写资料。”胡筱寒回忆起那段日子,感慨道:“大家也算是在实验室和教室度假了。”

“有些不甘心”

每年,国际遗传工程机器大赛都会有来自全球的300支参赛队伍参加,他们不仅需要做到利用多学科背景完成项目,使用生物模块(Biobricks)来构建基因回路、建立有效数学模型,实现对人工生物系统的控制、测量等多项任务,还要在生物安全、实际应用等方面按大赛要求作出成果。

2017年,由13名国科大本科生组成的团队所带来的项目“We Fit Fish——水产养殖的氨氮污染解决方案”,提出了在大肠杆菌中构建两条基因回路,为鱼塘中的氨氮污染危害带来了新的解决思路:使用生物传感器检测水体中的氨氮浓度,再将氨氮转化为无毒的氮气或尿酸,实现对水体污染物的降解。

赛前的一年多里,他们拿出了大赛所规定的“金牌标准”,一一对照,严格甚至超额实现,在每个方面都尽力做到最好,始终向着大赛规定的金牌标准不断靠拢,对于最后收获的这份荣誉,他们是自信的。同作为队长的黄健怡说:“拿个金牌肯定没问题。”

但也有遗憾,吴疆则表示,“只拿了金牌还是有小小的不甘心。”相比于有明确标准的金牌,iGEM大赛设置的数个最佳单项奖有更激烈的角逐比拼,今年没能拿到的单项奖让大家的心里都感到小小的缺憾,他们给师弟师妹们总结了一些经验教训,希望来年取得更好的成绩。

“这是一次全方面的成长”

“收获的是一种什么都勇于尝试、不怕受挫的改变与成长吧。”雷雨晴说。在完成项目宣传和科普活动中,她“被迫”改变了自己内向少言的性格,联系的对象有中科院研究员,也有企业老板和各地渔民。给渔业监管的政府部门打电话、把手臂伸进浑浊的鲟鱼池里采水样、在鱼塘旁边吃过公司老板亲自下厨做的饭。“哈哈,味道好像还行?”她忍不住笑道。

iGEM比赛要求参赛队伍在科普宣传上作出一定努力,雷雨晴至今还记得10月底联系邀请Bluepha蓝晶微生物CTO张浩千博士,在中科院SELF讲坛(该讲坛是由中国科学院计算机网络信息中心和中国科学院科学传播局联合主办的公益讲坛)上就合成生物学作科普报告时的心情:“别说普通大众,现在很多大学生都并不了解这个新兴学科在做什么。我们能通过自己的努力,让现场从5岁的孩子到85岁的老人能有一瞬间感叹‘合成生物学真神奇’,就有不小的成就感了。”

对两位队长而言,iGEM比赛也更多带来了科研项目上的新想法、新体验。在美国波士顿进行的最终展示给了参赛队互相接触的机会,来自不同国家和地区的学生可以广泛而深入地交流。看到其他队伍的工作成果,将曾经认为难度很大的项目变成现实,黄健怡说:“我们能做的比我们想象的要多,的确不应该妄自菲薄,要敢于做梦。”

“科学还是我的真爱”,蔡瑞玲则这样说。在iGEM比赛的准备过程中,她曾一度怀疑自己是否是真的喜欢科研,甚至有一段时间想着打完比赛就转行,“进国科大很早就开始接受直接间接地科研训练,可能审美疲劳了。”而在比赛现场展示交流后,她说:“看到退役MIT队员展示他在media lab的工作,看到很多很棒的想法和设计,就忽然意识到我还是想待在这个圈子里,它有怎么也遮掩不住的神奇和美丽。”

(作者系国科大记者团成员)

 
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