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”

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