【學(xué)以精工】北理工iGEM亞洲金獎(jiǎng)作品（上）——牛奶中抗生素監(jiān)測(cè)的新策略
發(fā)布日期：2013-11-01 供稿：宣傳部 學(xué)生記者 張夢(mèng)夢(mèng)
編輯：宣傳部 閱讀次數(shù)： 日前，北京理工大學(xué)生命學(xué)院BIT,、BIT-China兩支學(xué)生代表隊(duì)參加了在香港中文大學(xué)康本學(xué)術(shù)科技園舉行的國(guó)際遺傳工程機(jī)器設(shè)計(jì)競(jìng)賽（iGEM）亞洲區(qū)的決賽,，獲得了兩枚金獎(jiǎng)的驕人成績(jī),，并成功晉級(jí)將于2013年11月初在美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）舉辦的iGEM-2013世界錦標(biāo)賽決賽,。
iGEM是由美國(guó)麻省理工學(xué)院2005年創(chuàng)辦的，現(xiàn)已發(fā)展成為合成生物學(xué)領(lǐng)域國(guó)際性的學(xué)術(shù)競(jìng)賽,。競(jìng)賽要求學(xué)生自主選題,，設(shè)計(jì)并構(gòu)建一個(gè)能夠在工程菌（大腸桿菌）中實(shí)現(xiàn)表達(dá)和操控的生物系統(tǒng)，該科研成果將提交給MIT的競(jìng)賽組委會(huì),，供全球的科學(xué)家共享,，從而使學(xué)生的創(chuàng)新成果擁有更為深遠(yuǎn)的學(xué)術(shù)價(jià)值和潛在應(yīng)用價(jià)值。
今年亞洲賽區(qū)決賽共有68支隊(duì)伍參賽,，包括北京大學(xué),、清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué),、上海交大,、香港科技大學(xué)、東京工業(yè)大學(xué),、香港中文大學(xué),、臺(tái)灣陽(yáng)明大學(xué)等亞洲知名大學(xué)代表隊(duì)在內(nèi)。此項(xiàng)競(jìng)賽受到 Nature,、Science等國(guó)際權(quán)威科學(xué)雜志,，以及 BBC 這樣的傳統(tǒng)媒體的關(guān)注，并進(jìn)行專(zhuān)題報(bào)道,，具有非常大的國(guó)際影響力,。
北京理工大學(xué)生命學(xué)院圍繞該項(xiàng)比賽進(jìn)行了認(rèn)真籌備，不僅向兄弟高校學(xué)習(xí)調(diào)研,，同時(shí)結(jié)合我校生命類(lèi)學(xué)生的特點(diǎn),，開(kāi)展了廣泛動(dòng)員，并吸收了部分其他專(zhuān)業(yè)學(xué)生參與其中,，真正體現(xiàn)了我校理工學(xué)科雄厚基礎(chǔ)以及生命科學(xué)新興交叉學(xué)科的活力,。
北京理工大學(xué)BIT代表隊(duì)的21名成員在鄧玉林教授、慶宏教授和馬宏副教授的聯(lián)合指導(dǎo)下,，完成了題為《A New Strategy to Detect Antibiotics in Milk: Based on Sensors with Controllable Bio-enhanced Blocks》（牛奶中抗生素檢測(cè)的新策略——基于可控生物放大模塊的生物傳感器）的參賽項(xiàng)目,。
這一項(xiàng)目立足食品安全，特別關(guān)注食品衛(wèi)生中的抗生素污染問(wèn)題,，抗生素濫用造成的細(xì)菌抗藥性已經(jīng)成為威脅人類(lèi)健康的突出問(wèn)題,。因此，食品中抗生素的檢測(cè)更顯得十分急迫,。牛奶是其中具代表性的食品,，特別是奶牛飼養(yǎng)過(guò)程中喂食的抗生素藥品，對(duì)牛奶產(chǎn)品形成了直接污染，由于抗生素類(lèi)物質(zhì)的特殊性,，目前缺乏高效率手段進(jìn)行檢測(cè),。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)，就是以四環(huán)素,、β內(nèi)酰胺,、六價(jià)鉻這三個(gè)具有代表性的抗生素類(lèi)物質(zhì)為對(duì)象，通過(guò)對(duì)大腸桿菌的改造,，使之成為具有針對(duì)性的生物檢測(cè)傳感器,。
項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思路是找到與三種抗生素結(jié)合能形成特定蛋白表達(dá)的因子，經(jīng)由一系列蛋白質(zhì)內(nèi)部的反應(yīng),，最終實(shí)現(xiàn)綠色熒光蛋白的表達(dá),，這樣一來(lái)，就可以在通過(guò)生物芯片技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)熒光值的檢測(cè),，從而確定三種抗生素物質(zhì)的存在與數(shù)量,。
該項(xiàng)目構(gòu)建了一套完整的生物檢測(cè)系統(tǒng)，包括一套對(duì)特定抗生素有響應(yīng)的感應(yīng)模塊,，一套基于T7 RNA聚合酶激活T7啟動(dòng)子,，使T7啟動(dòng)子具有強(qiáng)活性的放大模塊以及一套基于lacI基因的表達(dá)產(chǎn)物控制半乳糖操縱子lacO的調(diào)控模塊。將每個(gè)感應(yīng)模塊組裝上放大模塊及調(diào)控模塊后轉(zhuǎn)入到E.coli中形成三種工程菌,，并集成在可被后端電子設(shè)備直接檢出熒光值的芯片上,，設(shè)計(jì)出了小型化手持式熒光酶標(biāo)儀，實(shí)現(xiàn)了對(duì)乳制品中四環(huán)素,、β內(nèi)酰胺,、六價(jià)鉻離子的當(dāng)場(chǎng)檢測(cè)，且可通過(guò)控制樣品中添加IPTG的量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)放大倍率的控制,。
BIT代表隊(duì)設(shè)計(jì)研發(fā)出的該系統(tǒng)不僅適用于牛奶中抗生素的檢測(cè),，同樣適用于其他藥物及食品的檢測(cè),。該系統(tǒng)不僅將抗生素的檢測(cè)帶出了實(shí)驗(yàn)室,，降低了抗生素檢測(cè)對(duì)環(huán)境的要求，降低了檢測(cè)成本,，設(shè)備小型便攜化的設(shè)計(jì)還使其具有了更為廣闊的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用價(jià)值,。
下圖為BIT代表隊(duì)設(shè)計(jì)的β內(nèi)酰胺傳感器的示意圖。圖中,，BlaR1為可與β內(nèi)酰胺特異性結(jié)合的膜蛋白,，BlaI為BlaZ啟動(dòng)子的抑制子。當(dāng)BlaR1與β內(nèi)酰胺結(jié)合時(shí),，將啟動(dòng)BlaI的降解機(jī)制,，從而打開(kāi)BlaZ啟動(dòng)子，開(kāi)啟下游增強(qiáng)型綠色熒光蛋白的表達(dá),。
如下圖所示,，工程菌熒光表達(dá)強(qiáng)度與β內(nèi)酰胺濃度之間呈現(xiàn)出良好的線(xiàn)性關(guān)系,，即實(shí)現(xiàn)了綠色熒光蛋白速率和數(shù)量的可控表達(dá)。
對(duì)于首次參加iGEM大賽的隊(duì)伍來(lái)說(shuō),，能夠從68支隊(duì)伍中脫穎而出,，獲得金獎(jiǎng)，是指導(dǎo)老師和全體隊(duì)員們共同努力的成果,，也是北京理工大學(xué)歷來(lái)重視大學(xué)生科技創(chuàng)新建設(shè)的集中體現(xiàn),。合成生物學(xué)領(lǐng)域研究在中國(guó)還處于起步階段，對(duì)于這個(gè)嶄新的學(xué)科來(lái)說(shuō),，iGEM大賽推動(dòng)了其在中國(guó)的發(fā)展,。比賽充分鍛煉了學(xué)生的自主創(chuàng)新和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，為理工學(xué)子提供了一個(gè)與國(guó)際先進(jìn)研究方向接軌的機(jī)會(huì),，也為中國(guó)合成生物技術(shù)領(lǐng)域人才的培養(yǎng)和高等教育的國(guó)際化提供了更為廣闊的空間,。下一期我們將介紹另一支獲獎(jiǎng)隊(duì)伍的創(chuàng)新作品。
（審核：生命學(xué)院 馬宏）
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