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他們能修複敦煌壁畫？！深圳8名中學生摘得“2021年iGEM國際銀獎”

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2021年12月07日 -
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人民資訊10:13人民網人民科技官方帳號「本文來源：深圳特區報」“敦煌壁畫作為世界文化瑰寶，現在正面臨著嚴重的、無法恢複的破壞，與傳統方法相比，我們使用大腸杆菌來修複壁畫更加精確、高效，並且可以在一個相對較大的範圍內實現壁畫修複。 ”近日，深圳市育才中學Yucai_SZ團隊以“用合成生物學的方式修複壁畫（Restoring murals with bacteria）”項目，摘得“2021年iGEM國際銀獎”。 這個獎項有多牛呢？記者了解到，國際遺傳工程機器競賽 (iGEM) 是生命科學領域全世界規模最大、學術影響力最高的國際賽事，由美國麻省理工學院於2003年創辦，至今已成功舉辦18屆。 iGEM 以“合成生物學”為主題，鼓勵全世界有志於在生命科學領域開拓創新的年輕人，設計完成合成生物學科研項目，嘗試解決世界面臨的現實問題。 他們大膽提出用合成生物學方式修複敦煌壁畫Yucai_SZ團隊由8名隊員組成，分別是王睿（隊長）、李梓華、李澤均、葉翀睿、王海心、白妍諾、朱子晴、聶一鳴，可能他們是高中生參賽隊伍裏人數最少的，但卻一點都不影響他們的參賽熱情。 隊長王睿介紹，Yucai_SZ的參賽項目是用合成生物學的方式修複壁畫（Restoring murals with bacteria）。 “敦煌壁畫作為世界文化瑰寶，現在正面臨著嚴重的、無法恢複的破壞，如掉色、磨甲等。 然而，根據我們的問卷調查結果顯示，近40%的受訪者不知道現有的壁畫修複方法。 傳統的壁畫修複有三個步驟，大約需要96小時。 而我們使用大腸杆菌來修複壁畫。 與傳統方法相比，這一方法更加精確和高效，並且可以在一個相對較大的範圍內實現壁畫修複。 ”李澤均在項目中主要負責實驗相關內容，他介紹，整個系統由兩個主要部分組成，一個是光感受器質粒，一個是功能質粒。 “我們的光感受器系統由兩個光控制元件組成，所產生的T7RNAP受藍光調節，在有藍光的情況下會有活性，在沒有藍光的情況下會失活。 第二個功能質粒由一個CsgA-Mfp3S-pep融合蛋白與一個顏色蛋白組成。 該融合蛋白允許宿主錨定在固體表面形成生物膜，並吸附鈣離子以形成礦化層。 我們通過控制藍光來控制具有特定形狀的彩色生物膜的產生。 ”據介紹，團隊的整個實驗有三個部分：融合蛋白表達系統實驗，光感受器系統實驗，以及共轉表達。 而在修複的過程則主要分為5個部分：首先，要將含有細菌的生物膜轉變為凝膠，並將其混合到水凝膠中；然後，將整個水凝膠貼在牆上；第三步，則是在生物膜形成後噴灑SBF，並等待礦化；待礦化完成後，將水凝膠掀開；最終，乾燥並殺死剩餘的細菌。 實驗原理流程圖大量社會實踐助力實驗逐步完善記者了解到，根據iGEM賽事要求，參賽項目主題包括生物能源、環境治理、醫學檢測、藥物開發、食品和營養、新材料等，在大約 6 個月的比賽周期內，參賽團隊需要利用課餘時間，閱讀專業文獻，查找大量資料，完成項目設計。 在暑假，還要學習實驗技能，完成實驗室內的研究工作。 由於合成生物學具有較強的學科交叉性，參賽項目往往還要包含數學建模的內容。 如果項目需要，還會涉及軟件編寫、硬件制作的部分。 iGEM 賽制要求參賽團隊設計和進行相關的社會實踐， 探尋考察可能影響項目技術設計和使用的各類實際因素。 最後，團隊還要完成項目的英文書寫，以及項目網站編寫的工作。 在比賽現場，還需面向科學家與業界精英進行英文演講展示、答辯及海報展示。 為此，育才中學的學生團隊開展了豐富的實踐活動。 采訪深圳大學美術修複專家栗教授采訪合成生物學專家王豔怡博士華大基因合成生物學項目分享會畫紙上的合成生物學育才三中敦煌壁畫藝術史交流會六位國際評委為育才學子點贊賽事評委對該項目表達了充分的肯定。 一位評委表示，“祝賀你們，這種保護壁畫的應用想法很有創意。 在我看來，生物膜技術在不同行業領域有很大的應用前景，生物膜和壁畫之間的相互作用及反應類型用於保護壁畫不被損壞，或將產生極大貢獻。 未來，你們還可以在抗菌特性上進行嘗試。 另一位評委表示：“這個項目解決了一個不同尋常的問題——恢複古代藝術品，不僅耐人尋味，而且非常酷！作為一個高中生團隊，你們完成了大量出色的工作，並且表現出了對合成生物學領域的深入理解……”“我喜歡這個用合成生物學來修複藝術品的想法，但還是大家請在未來的實驗中，更多地思考‘安全性’問題。 ”“能夠很好地理解和描述項目的緊迫性以及要解決的問題本身；將合成生物學應用於藝術作品以及歷史性藝術作品的保護上，是一個非常好的嘗試。 ”“項目團隊完成的工作量是驚人的，也許這個項目值得做成一份商業計劃！”……育才中學的項目及項目團隊給評委留下深刻印象，六位評委表達了充分肯定，並給出了積極建議。 感謝為iGEM奮戰的180個日日夜夜賽後，提起為iGEM奮戰的180個日日夜夜，八位同學都頗為感慨，坦言收獲頗豐。 王睿和項目隊員們表示，要特別感謝蛇口育才教育集團、育才中學、育才中學生物學科組，特別是育才教育集團信息中心張加健主任及其創辦的“未來生物實驗室”，為大家參加比賽提供了硬件保障。 “該實驗室配備的器材，可以完成絕大部分合成生物學實驗，這在全國高中學校裏也可以位列前茅！沒有未來實驗室的鼎立支持，就沒有iGEM的好成績！”張加健主任介紹創辦未來生物實驗室的初衷實驗室的部分儀器（高速離心機、振蕩恒溫金屬浴、PCR儀等）王睿表示，作為隊長，最大的收獲是感受了“生物”和“研究”的魅力。 “在實驗老師的指導下，我們了解了很多學科知識，從一開始一無所知，最後，我們可以嫻熟地說出一些專業名稱；還收獲了很多樂趣，比如高壓滅菌鍋香香的臭味、用有顏色的大腸杆菌畫畫、用倒毀了的培養基養一些雜菌……；更獲得了一些非常實用的經驗，包括如何寫論文等。 我想說的是，興趣是原動力，如果選擇了參加，那就努力做到最好！”李澤均認為，iGEM項目對完整度要求高，綜合能力需求強。 一個項目的順利完成離不開所有成員的努力付出。 在比賽中，和專業人士溝通，和指導老師交流，不斷學習並提升自己，同時充分地領略了合成生物學的魅力和廣闊前景。 朱子晴是實驗組成員，主要負責實驗和wiki美工。 她坦誠地說， iGEM是挑戰，更是機遇，它對自己的提升不僅僅局限於生物的實驗設計，更多的是團隊合作和時間安排，雖然參賽真的很累，但最後的成就感也超級大。 李梓華印象最深的是做網頁和准備答辯，“它使我明白在DDL面前什麼奇跡都有可能發生，我們遠比想象中的自己更強！”白妍諾說，自己在比賽中最大的收獲是慢慢學會了相信自己，變得更敢去做，也更能做好事情！王海心一開始負責實驗，後來轉到了HP組負責關於線上線下講座以及與實驗參考文獻第一作者的聯系，認識了很多大學的學長學姐，跳出了生物課本之外，體會到了科研項目研究的樂趣。 葉翀睿認為最大的收獲是自學能力和執行力得到了提升，“相信自己，不要陷入焦慮，不要畏難，大膽去學，大膽去做。 萬事只要開了頭，後面都會越做越好的！”聶一鳴也收獲了英語能力、處理問題能力以及團隊協作能力，他期待更多學弟學妹能夠團結合作，勇於進取。 來源：讀特客戶端作者：深圳特區報記者 李麗
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人民資訊10:13人民網人民科技官方帳號

「本文來源：深圳特區報」

“敦煌壁畫作為世界文化瑰寶，現在正面臨著嚴重的、無法恢複的破壞，與傳統方法相比，我們使用大腸杆菌來修複壁畫更加精確、高效，並且可以在一個相對較大的範圍內實現壁畫修複。”近日，深圳市育才中學Yucai_SZ團隊以“用合成生物學的方式修複壁畫（Restoring murals with bacteria）”項目，摘得“2021年iGEM國際銀獎”。

這個獎項有多牛呢？記者了解到，國際遺傳工程機器競賽 (iGEM) 是生命科學領域全世界規模最大、學術影響力最高的國際賽事，由美國麻省理工學院於2003年創辦，至今已成功舉辦18屆。iGEM 以“合成生物學”為主題，鼓勵全世界有志於在生命科學領域開拓創新的年輕人，設計完成合成生物學科研項目，嘗試解決世界面臨的現實問題。

他們大膽提出用合成生物學方式修複敦煌壁畫

Yucai_SZ團隊由8名隊員組成，分別是王睿（隊長）、李梓華、李澤均、葉翀睿、王海心、白妍諾、朱子晴、聶一鳴，可能他們是高中生參賽隊伍裏人數最少的，但卻一點都不影響他們的參賽熱情。

隊長王睿介紹，Yucai_SZ的參賽項目是用合成生物學的方式修複壁畫（Restoring murals with bacteria）。“敦煌壁畫作為世界文化瑰寶，現在正面臨著嚴重的、無法恢複的破壞，如掉色、磨甲等。然而，根據我們的問卷調查結果顯示，近40%的受訪者不知道現有的壁畫修複方法。傳統的壁畫修複有三個步驟，大約需要96小時。而我們使用大腸杆菌來修複壁畫。與傳統方法相比，這一方法更加精確和高效，並且可以在一個相對較大的範圍內實現壁畫修複。”

李澤均在項目中主要負責實驗相關內容，他介紹，整個系統由兩個主要部分組成，一個是光感受器質粒，一個是功能質粒。“我們的光感受器系統由兩個光控制元件組成，所產生的T7RNAP受藍光調節，在有藍光的情況下會有活性，在沒有藍光的情況下會失活。第二個功能質粒由一個CsgA-Mfp3S-pep融合蛋白與一個顏色蛋白組成。該融合蛋白允許宿主錨定在固體表面形成生物膜，並吸附鈣離子以形成礦化層。我們通過控制藍光來控制具有特定形狀的彩色生物膜的產生。”

據介紹，團隊的整個實驗有三個部分：融合蛋白表達系統實驗，光感受器系統實驗，以及共轉表達。而在修複的過程則主要分為5個部分：首先，要將含有細菌的生物膜轉變為凝膠，並將其混合到水凝膠中；然後，將整個水凝膠貼在牆上；第三步，則是在生物膜形成後噴灑SBF，並等待礦化；待礦化完成後，將水凝膠掀開；最終，乾燥並殺死剩餘的細菌。

實驗原理流程圖

大量社會實踐助力實驗逐步完善

記者了解到，根據iGEM賽事要求，參賽項目主題包括生物能源、環境治理、醫學檢測、藥物開發、食品和營養、新材料等，在大約 6 個月的比賽周期內，參賽團隊需要利用課餘時間，閱讀專業文獻，查找大量資料，完成項目設計。在暑假，還要學習實驗技能，完成實驗室內的研究工作。由於合成生物學具有較強的學科交叉性，參賽項目往往還要包含數學建模的內容。如果項目需要，還會涉及軟件編寫、硬件制作的部分。
iGEM 賽制要求參賽團隊設計和進行相關的社會實踐，探尋考察可能影響項目技術設計和使用的各類實際因素。最後，團隊還要完成項目的英文書寫，以及項目網站編寫的工作。在比賽現場，還需面向科學家與業界精英進行英文演講展示、答辯及海報展示。為此，育才中學的學生團隊開展了豐富的實踐活動。

采訪深圳大學美術修複專家栗教授

采訪合成生物學專家王豔怡博士

華大基因合成生物學項目分享會

畫紙上的合成生物學

育才三中敦煌壁畫藝術史交流會

六位國際評委為育才學子點贊

賽事評委對該項目表達了充分的肯定。一位評委表示，“祝賀你們，這種保護壁畫的應用想法很有創意。在我看來，生物膜技術在不同行業領域有很大的應用前景，生物膜和壁畫之間的相互作用及反應類型用於保護壁畫不被損壞，或將產生極大貢獻。未來，你們還可以在抗菌特性上進行嘗試。

另一位評委表示：“這個項目解決了一個不同尋常的問題——恢複古代藝術品，不僅耐人尋味，而且非常酷！作為一個高中生團隊，你們完成了大量出色的工作，並且表現出了對合成生物學領域的深入理解……”

“我喜歡這個用合成生物學來修複藝術品的想法，但還是大家請在未來的實驗中，更多地思考‘安全性’問題。”“能夠很好地理解和描述項目的緊迫性以及要解決的問題本身；將合成生物學應用於藝術作品以及歷史性藝術作品的保護上，是一個非常好的嘗試。”“項目團隊完成的工作量是驚人的，也許這個項目值得做成一份商業計劃！”……育才中學的項目及項目團隊給評委留下深刻印象，六位評委表達了充分肯定，並給出了積極建議。

感謝為iGEM奮戰的180個日日夜夜

賽後，提起為iGEM奮戰的180個日日夜夜，八位同學都頗為感慨，坦言收獲頗豐。

王睿和項目隊員們表示，要特別感謝蛇口育才教育集團、育才中學、育才中學生物學科組，特別是育才教育集團信息中心張加健主任及其創辦的“未來生物實驗室”，為大家參加比賽提供了硬件保障。“該實驗室配備的器材，可以完成絕大部分合成生物學實驗，這在全國高中學校裏也可以位列前茅！沒有未來實驗室的鼎立支持，就沒有iGEM的好成績！”

張加健主任介紹創辦未來生物實驗室的初衷

實驗室的部分儀器（高速離心機、振蕩恒溫金屬浴、PCR儀等）

王睿表示，作為隊長，最大的收獲是感受了“生物”和“研究”的魅力。“在實驗老師的指導下，我們了解了很多學科知識，從一開始一無所知，最後，我們可以嫻熟地說出一些專業名稱；還收獲了很多樂趣，比如高壓滅菌鍋香香的臭味、用有顏色的大腸杆菌畫畫、用倒毀了的培養基養一些雜菌……；更獲得了一些非常實用的經驗，包括如何寫論文等。我想說的是，興趣是原動力，如果選擇了參加，那就努力做到最好！”

李澤均認為，iGEM項目對完整度要求高，綜合能力需求強。一個項目的順利完成離不開所有成員的努力付出。在比賽中，和專業人士溝通，和指導老師交流，不斷學習並提升自己，同時充分地領略了合成生物學的魅力和廣闊前景。朱子晴是實驗組成員，主要負責實驗和wiki美工。她坦誠地說， iGEM是挑戰，更是機遇，它對自己的提升不僅僅局限於生物的實驗設計，更多的是團隊合作和時間安排，雖然參賽真的很累，但最後的成就感也超級大。李梓華印象最深的是做網頁和准備答辯，“它使我明白在DDL面前什麼奇跡都有可能發生，我們遠比想象中的自己更強！”

白妍諾說，自己在比賽中最大的收獲是慢慢學會了相信自己，變得更敢去做，也更能做好事情！王海心一開始負責實驗，後來轉到了HP組負責關於線上線下講座以及與實驗參考文獻第一作者的聯系，認識了很多大學的學長學姐，跳出了生物課本之外，體會到了科研項目研究的樂趣。葉翀睿認為最大的收獲是自學能力和執行力得到了提升，“相信自己，不要陷入焦慮，不要畏難，大膽去學，大膽去做。萬事只要開了頭，後面都會越做越好的！”聶一鳴也收獲了英語能力、處理問題能力以及團隊協作能力，他期待更多學弟學妹能夠團結合作，勇於進取。

來源：讀特客戶端

作者：深圳特區報記者李麗