科技改變生活 · 科技引領未來
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你或許會很難想象，有一天，人類能夠像裝配零件一樣，將自己設計出的細胞、微生物，組裝成一個協調運轉的新整體，進而控制其完成任務。不過，這樣充滿未來感的故事，其實正在當下發生，并形成了一門生物科學分支學科——合成生物學。不久前，美國波士頓海恩斯
你或許會很難想象，
有一天，
人類能夠像裝配零件一樣，
將自己設計出的細胞、微生物，
組裝成一個協調運轉的新整體，
進而控制其完成任務。
不過，這樣充滿未來感的故事，
其實正在當下發生，
并形成了一門生物科學分支學科——
合成生物學。
不久前，美國波士頓海恩斯國際會議中心，浙江大學代表隊ZJU-China在浙江大學生命科學學院陳銘教授的帶領下，以項目家用HPV檢測儀“PaDetector”斬獲國際基因工程機器大賽（iGEM）金牌。這也是自2010年參賽以來，浙大代表隊收獲的第七枚金牌。
ZJU-China團隊與國際基因工程機器大賽評委合影
ZJU-China團隊與國際基因工程機器大賽評委合影
近二十年來，中國的宮頸癌發病率持續上升。可是由于種種原因，HPV（人類乳頭瘤病毒）檢測作為宮頸癌有效預防措施之一，卻在普及過程中屢次碰壁。這一方面不利于女性的身心健康，另一方面也加重了醫療衛生機構的負擔。
因此，在陳銘教授的指導下，ZJU-China團隊經過幾輪選題，綜合比較可操作性與現實意義等因素后，將目光聚焦了在“方便簡潔的HPV自檢方法”上。
設計初期，團隊的設想是，通過添加精細裝置，在衛生巾內“一步到位”地完成檢測過程，直接將結果通過顏色可視化。但在衛生巾制作流程的實地考察中，隊員們與制作廠商交流后發現，這種方法的成本太高，只好將檢測設備單獨分離。
他們以女性經血作為樣本，結合兩種常溫檢測方法，在設計、制造、改進3個版本后，最終呈現出了用于HPV早期篩查的家用HPV檢測儀“PaDetector”。
“PaDetector”的原理基于針對性強、靈敏度高的CRISPR/Cas12a系統。實驗過程中，操作者首先需要破裂宮頸上皮細胞樣品，用RPA擴增獲得HPV基因組，然后通過Cas12a蛋白的核酸酶活性指示進行檢測，并使用紫外手電照射反應液，以觀察結果。
為進一步提高“PaDetector”的高通性，實現在一次反應中同時檢測多種HPV亞型，團隊之后還設計了另一種利用核酸雜交鏈進一步放大信號的方法。
而在實際的日常應用中，用戶其實只需要取下衛生巾夾層內的裝置，將收集的經血樣本放入“PaDetector”，靜置40分鐘至1小時，就可以看到檢測結果，非常符合團隊當時提出的“簡便”原則。
分工明確，通力合作，準備充分的他們終勝出
本次參賽隊伍ZJU-China由浙江大學生命科學學院、醫學院、竺可楨學院、農業與生物技術學院、計算機科學與技術學院和控制科學與工程學院共6個院系的12名本科生組成。
團隊大致被分為“濕隊”和“干隊”兩支隊伍。“干隊”負責軟件部分，“濕隊”負責實驗部分。隊長蘇鍵解釋了兩支隊伍的劃分依據：“由于實驗通常需要接觸溶液、培養基這些潮濕的東西，所以實驗隊被稱為‘濕隊’，相應地，軟件隊就被稱為‘干隊’。這也是比較通用的劃分方法。”
工程浩大、細節繁瑣，團隊內部經常會產生分歧，但好在隊員們都有著同一個目標，始終能夠將不同意見放到臺前探討，在愈辯愈明中，找出合適的答案。
ZJU-China團隊的實驗室，白板上寫著：
-If we knew what we were doing,
it wouldn't be called research, would it?
-Absolutely Right.
與理念分歧相比，實際操作更顯得狀況百出，幾乎每位隊員都遇到過意料之外的情況。
對于“濕隊”隊員們來說，實驗結果是他們掛在心頭的重中之重。
2019年的暑假期間，因為自行設計的方法始終無法分辨HPV16和HPV18兩種病毒，隊員蘇鍵“幾乎做了一整個假期的實驗”。他在百思不得其解中郁悶抓狂，最后卻還是決定冷靜下來，耐心地一項項排除可疑因素。
直到借用另一種實驗方法后，蘇鍵才找到了令他啼笑皆非的錯因——他在實驗中混淆了病毒載體。解決完這個頗有些“烏龍”意味的問題，隨后的實驗進展十分迅速，蘇鍵終于順利地得到了預期結果，“松了一口氣”。
隨后的十一假期，隊員李文曉本想將這段時間專門留給“PaDetector”，卻忘記了生物公司放假，不能向她及時寄送實驗所需材料。這讓她暗自懊悔“錯過了多好的時間”，只能在假期結束后，課堂實驗室兩頭跑，更加高效地進行實驗。實驗成功后，她甚至為了慶祝，將微信頭像直接換成了實驗結果。
隨著截止時間的推近，團隊的安排愈發緊鑼密鼓，隊員之間也漸漸模糊了一開始劃分的界限，每個人都要身兼數職。李鴻屹主要負責數學建模工作，但為呈現出最好的視覺效果，他同樣參與了網頁的后期修改工作，以保證“PaDetector”項目網站的內容質量和展現形式。
除此之外，ZJU-China的隊員們還前往低碳科技館，借助主題卡片，向小朋友們科普了HPV知識，希望借此提高其健康意識；更和兩支中國區高中隊伍共同主辦了“高中版國際基因工程機器大賽”，邀請大賽官方人員出席，指導高中生實驗室安全規范、項目原理，得到了參與者們的一致認可。
正是因為保持著齊心協力的狀態，扎扎實實地完成了繁雜艱巨的前期任務，踏上大洋彼岸的決賽場地后，隊員們并沒有感受到特別緊張的氛圍，反倒純熟自如地將作品展現給了世界。
最終，國際基因工程機器大賽的評委們高度肯定了“PaDetector”，認為它是ZJU-China團隊對身邊問題提出的合成生物學解決方案，其中運用的兩種HPV檢測方法，能夠應用于檢測病毒、癌癥、基因突變等不同場景，具有很高的泛用性和可升級性，并決定將金牌頒發給ZJU-China團隊。
這個獲得獎牌的喜悅時刻，成為隊員們的難忘瞬間。當然，有關國際基因工程機器大賽的別樣記憶里，必定也少不了他們在臺上的亮眼表現、與優秀同齡人的精彩研討、賽后犒勞自己的波士頓大龍蝦……
但更被隊員們掛在嘴邊的，還有一幅丟失在遙遠回國路途的主題海報。它成為此次大賽之行，隊員們唯一的遺憾——“應該把海報筒封好的”。
而對于該項目的發展前景，團隊指導老師陳銘教授指出，目前宮頸癌在中國的問題還比較嚴重，團隊在實現HPV的家用檢測上有了很好的探索。同時，陳銘老師鼓勵團隊的同學們將相關的經驗拓展至當前對新冠肺炎檢測的探索中。當然，他也表示，該項目具有較好的發展前景，但真正應用到臨床還需不斷完善，尚需時日。
國際基因工程機器大賽（iGEM）簡介
國際基因工程機器大賽（iGEM）是合成生物學領域的國際頂級大學生科技賽事，旨在推動合成生物學的發展，促進各國大學生在該領域的學習、交流與合作。這項賽事由麻省理工學院于2003年創辦，初期主要面向在校本科生，后逐漸擴大到研究生以及高中生。
國際基因工程機器大賽尤其強調“Local people solving local problems”，號召參賽者深入自身環境解決問題，構建并利用基因回路和數學模型，實現對人工生物系統的預測、操縱與測量，其趣味性和實際應用性極富挑戰力和吸引力。
目前，大賽已有哈佛大學、劍橋大學等多所世界著名高校的年輕人報名參加，其賽況和研究成果也受到《科學》、《自然》、《科學美國人》、《經濟學人》等頂級學術雜志的關注，幾乎每年都有相關專題報道。
文字記者：雷思涵
圖片由受訪者提供
本文編輯：浙江大學微訊社 陳晗鈺
責任編輯：周亦穎
劉陽東