跨學科的火花：iGEM奪冠背后的故事
近日，香港科技大學（廣州）代表團隊Coral Cola在2024國際基因工程機器大賽（International Genetically Engineered Machine Competition, 簡稱iGEM）中斬獲金牌，并獲最佳新基礎部件（Best New Basic Part）提名獎。
這支隊伍由15名大二本科生組成，由系統(tǒng)樞紐生命科學與生物醫(yī)學工程學域助理教授林橋津老師發(fā)起/統(tǒng)籌指導。隊伍亮相國際賽事舞臺，首次參賽即斬獲金獎，實現(xiàn)了我校參加iGEM從0到1的突破。
團隊參賽項目如何確定？團隊成員在項目執(zhí)行過程中如何合理分工？老師都給予了哪些科學指導？跨學科的知識如何應用到項目中？港科大（廣州）本科生采取大類培養(yǎng)的模式對學生參與競賽都有哪些幫助······
本期邀請了指導老師林橋津為我們揭秘iGEM奪冠背后的故事。
Q1：本次獲獎的團隊參賽項目的選題是如何確定的？如何評價團隊項目的創(chuàng)新性與實際應用價值？
團隊的參賽項目聚焦于研發(fā)一種創(chuàng)新的珊瑚“防曬霜”。隊員們利用基因工程技術(shù)，為珊瑚礁表面的微生物巧妙植入了光和熱感受器。這些微生物在晴朗天氣下，一旦感知到強烈陽光和海水溫度的上升，便會大量合成一種源自?？乃{色色素蛋白。這種色素蛋白能夠有效減少直接照射至珊瑚內(nèi)部的陽光量，從而為對光熱極為敏感的珊瑚提供了一道堅實的防護屏障。
自組隊完成后，從今年2月起，我們便在每周四晚上開會，熟悉比賽規(guī)則、討論選題，并規(guī)劃任務和分工。團隊成員從個人興趣出發(fā)，通過“頭腦風暴”的方式，激發(fā)了許多富有創(chuàng)意的課題構(gòu)想，其中包括隊長徐畫提出的“夜光蚊子”等共計20多個精彩的題目。在接下來的兩個月里，每個課題的提案人投入了大量時間進行文獻查閱與小組討論，學習更多理論知識，逐步將初步想法轉(zhuǎn)化為更加具體的實施方案；其余成員則參與評估項目的可行性、創(chuàng)新性以及社會價值。最終通過投票方式，我們確定了將當前這一既具環(huán)保意義又富含地域特色的珊瑚保護項目作為參賽選題。
通過這個課題，同學們深刻認識到，全球氣候變化導致的珊瑚白化現(xiàn)象正日益嚴峻，這不僅對海洋生物多樣性構(gòu)成了巨大威脅，也對沿海地區(qū)的經(jīng)濟與生態(tài)平衡產(chǎn)生了深遠影響。我們所在的南沙區(qū)緊鄰大海，這一選題來源于同學們對當?shù)丨h(huán)境的關(guān)心，也展示了大家對從事全球海洋保護事業(yè)的決心。通過深入采訪與實地調(diào)研，團隊成員發(fā)現(xiàn)，當前利用合成生物學手段進行海洋生態(tài)保護的研究尚屬稀缺。這一發(fā)現(xiàn)進一步激發(fā)了他們的研究熱情與使命感，使他們更加堅定地致力于運用所學知識，為保護珊瑚礁探索出一種全新的生物技術(shù)解決方案。值得一提的是，團隊為此設計的生物元件也獲得了Best New Basic Part（最佳新基本生物元件）的提名獎，這也是對我們項目的原創(chuàng)性和科學價值的肯定。
Q2：您在項目開展過程中提供了哪些科學指導？團隊成員在項目執(zhí)行過程中如何合理分工？
在項目開展過程中，我更多地是以“聆聽者”而非“主講人”的身份出現(xiàn)。隊員們展現(xiàn)出了極高的自主學習熱情，他們通過查閱科學文獻、瀏覽社交媒體、利用AI工具等多種途徑，主動獲取項目所需的理論知識和方法技能。此外，他們還通過隊員間相互答疑解惑、求助學長學姐、咨詢校內(nèi)外專家以及實地走訪漁民和水族館工作人員等方式獲取信息。當團隊遇到難題時，我會向團隊分享過往經(jīng)驗和辦法技巧，同時鼓勵大家勇于探索新方法。實踐證明，同學們的奇思妙想往往能帶來更多驚喜的突破，有時甚至比我所熟知的方法更勝一籌。
15人的團隊根據(jù)比賽任務的要求，分為了6個專業(yè)小組，包括了濕實驗組、數(shù)學建模組、Human Practices（HP，人類社會實踐）組、科普教育組、wiki（網(wǎng)頁）組和新媒體組，每個組有1-2名組長，負責小組內(nèi)的溝通協(xié)調(diào)和任務分配，確保小組工作能夠高效完成。大部分同學都參與了不止一個小組的任務，例如，HP組的組長賴斯和科普教育組的組長申洲安，在肩負各自小組領導職責的同時，也積極地作為組員參與了濕實驗組的工作。這種跨小組的參與方式不僅鍛煉了他們的領導才能，還讓他們學會了如何有效地支持和幫助其他團隊成員，促進了團隊內(nèi)部的知識共享和技能互補。
Q3：團隊如何將跨學科的知識應用到項目中？您認為在科研項目中，團隊合作最重要的因素是什么？
區(qū)別于傳統(tǒng)的學科競賽，iGEM本身就是一個重視多學科融合的綜合性比賽。首先，團隊會進行充分的社會調(diào)查和實踐活動，收集課題的可行性、實用性及行業(yè)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)。隨后，這些信息被融入生物實驗和數(shù)學建模的設計與實施中，形成engineering cycles（工程閉環(huán)），并經(jīng)過多次迭代優(yōu)化成品的設計。最后，所有成果用Team Wiki網(wǎng)頁形式記錄與呈現(xiàn)。因此，完成一個iGEM項目需要運用生物學、工程學、數(shù)學、計算機科學、人文社科、新媒體技術(shù)、創(chuàng)業(yè)技能等跨學科知識，強調(diào)隊員們需發(fā)揮觀察力、自主學習能力和資源發(fā)掘能力，確保多學科知識得以有效整合與應用。
在科研項目中，團隊合作最重要的因素是溝通和協(xié)作。由于隊員人數(shù)較多且任務復雜，因此需要明確的分工和及時的進度更新與反饋，從而消除隊員之間的信息差。無論是日常出勤管理，還是策劃大型科普講座，保持成員間的無障礙溝通都是項目成功的關(guān)鍵。
Q4：本次參與競賽的學生還未分專業(yè)，對非生物醫(yī)學專業(yè)出身的他們來說，遇到過哪些挑戰(zhàn)和困難？您是如何引導他們克服這些挑戰(zhàn)的？
所有參賽隊員都是大一下學期加入隊伍的，除了少數(shù)隊員高中階段參加過生物奧賽或者選修過春季開設的《普通生物學》課程外，大部分隊員的生物學知識停留在高中課本階段，確實面臨著專業(yè)知識技能欠缺的問題。一開始我和其他老師也有過這樣的擔心，一度建議同學們推遲一年正式參賽。但“初生牛犢不怕虎”，同學們懷著對比賽的極大熱情，用實際行動克服困難，也給了我滿滿的信心。隊員們主動邀請BSBE、SMMG、EOAS等學域的老師和學長學姐們開設研討會和工作坊，為同學們講授專業(yè)知識、分享實驗技能。在此我也代表團隊對各位老師和同學的支持表示衷心的感謝！隊員們也走出校園，拜訪了清水灣校園的海洋實驗室、廣州海洋實驗室、中國科學院南海海洋研究所等從事海洋生物學研究的科研人員，請教海洋生物養(yǎng)殖和實驗技術(shù)。
Q5：港科大（廣州）本科生采用大類培養(yǎng)的模式，您覺得這樣的培養(yǎng)模式對學生參與競賽都有哪些幫助？
我校采用的大類培養(yǎng)鼓勵學生跨學科學習，這為團隊成員構(gòu)建了一個寬廣的知識基礎，這恰恰是競賽項目所需要的。在這種培養(yǎng)模式下，每位團隊成員都能根據(jù)個人興趣和職業(yè)規(guī)劃選擇課程，因此他們的專長和擅長的領域也各不相同。比如，Wiki組長劉博文、數(shù)學建模組長劉丹晨、科普教育組員彭瑛文，分別在網(wǎng)頁搭建、大語言模型訓練、科學繪圖領域有非常突出的表現(xiàn)。這種多樣化的技能組合使得團隊成員在面對競賽挑戰(zhàn)時，能夠從多個角度思考問題，調(diào)動各自的人脈和資源，共同攻克難關(guān)。正是這樣的多樣化使得隊員間可以相互學習、取長補短。
在這過程中，我也從同學們身上學到了很多新知識。讓我印象最深刻的是，同學們介紹了各種有趣和實用的AI工具，仿佛為我打開了一個全新的世界。
Q6：您認為本次競賽，對參賽學生在未來專業(yè)與研究方向的選擇上會有哪些幫助？
通過本次競賽，同學們對合成生物學與生態(tài)保護有了更深入的理解，他們不僅豐富了理論知識，更在實踐中親身感受到了跨學科學習的獨特魅力。同學們親眼見證了如何巧妙融合不同的專業(yè)知識來解決實際問題。相信這些寶貴的經(jīng)驗將成為同學們未來在選擇專業(yè)和研究方向時的重要指引，幫助他們更加清晰地確定自己的興趣所在和職業(yè)目標。
Q7：作為指導老師，您對想?yún)⒓涌蒲懈傎惖耐瑢W有哪些建議？
對還在猶豫自身是否適合參與科研項目或競賽同學們，我想說：科學研究是一件非常有趣和炫酷的事情，它不僅僅是一次學術(shù)探索，更是一次自我挑戰(zhàn)和成長的旅程。如果你感到好奇，不妨勇敢地嘗試！
我本科階段在清水灣學習時，作為隊員和顧問參與了兩屆iGEM比賽以及四個學期的本科生研究計劃（UROP）。這些寶貴的科研經(jīng)歷不僅讓我更加堅定了自己今后的科研道路，還讓我發(fā)掘了最感興趣的研究領域——分子神經(jīng)生物學，這也是我們課題組目前聚焦的研究方向。
科研訓練或許不在你現(xiàn)在的“舒適圈”中，它需要我們打破常規(guī)的課程學習和生活模式，去挑戰(zhàn)未知、探索未知。但正是這樣的挑戰(zhàn)，讓我們有機會發(fā)現(xiàn)那些“隱藏款”的驚喜?；蛟S你會在實驗中偶然發(fā)現(xiàn)一個新的現(xiàn)象，或許你會在閱讀文獻時突然靈光一閃，這些都可能成為你科研生涯中的轉(zhuǎn)折點。
如果你決定抓住學校為本科生提供的各種科研機會，那么我希望你能全身心投入其中。不要害怕失敗，主動與老師和同學交流，共同探討解決科學問題的方法。
科研是一場馬拉松，而不是短跑。它需要我們保持持久的熱情和耐心，不斷積累知識和經(jīng)驗。
最后，祝所有同學在科研道路上所愿皆所得，成就更好的自己！
