法国时间2024年10月23日至10月26日，国际基因工程机器大赛 (International Genetically Engineered Machine Competition, iGEM) 总决赛举行。本次大赛北京大学代表队 (Peking) 从来自全球的400多支队伍中脱颖而出，再次斩获金奖

本届iGEM队伍在法国比赛现场合影

 

01 iGEM介绍

国际基因工程机器大赛 (iGEM) 是一项全球顶尖的合成生物学竞赛，自2003年由麻省理工学院创办以来，吸引了来自各国大学的本科生参与。现已发展成为国际上合成生物学领域顶尖赛事。iGEM Grand Jamboree也已发展成为合成生物学界一年一度的盛会。每年，参赛队伍自行选题，设计和构建创新的生物工程系统，以解决现实中的问题。该赛事不仅鼓励学生的创新思维和跨学科合作，还为高校间的交流提供了平台，促进了合成生物学的进步。

北京大学自2007年开始参加该赛事，十余年来取得了最终大奖 (Grand Prize) 、十余枚金牌、多个单项奖和赛道最佳等优异成绩

iGEM Grand Jamboree 现场展示

 

02 Peking iGEM 2024队伍介绍

2024年北京大学iGEM团队经过多轮选拔和培训，最终由来自生命科学学院的徐伊芒、廖一岩、靳翔凯、王诣雅、余汶青、董静怡、张曦月；来自元培学院的侯书洋、周俊廷、赵宇飞；来自基础医学院的武芷昱、肖韵航；来自药学院的毕凯瑞、宋泽薇和来自地球与空间科学学院的李思润组成。这15位本科生不仅拥有扎实的专业基础，更怀揣着对科学探索的无限热情与梦想。队伍的指导老师是来自前沿交叉学院的钱珑老师和来自生命科学学院的王青松老师，学生Advisor是来自生命科学学院的本科生朱昊彬和来自前沿交叉学院的博士生刘路旋。

Peking iGEM 2024队伍合照

队伍分工

队伍秉承了北京大学iGEM队伍的优良传统，即由本科生主导科研项目的策划与实施。从前期的队员选拔、头脑风暴、课题确定到中期的实验设计、经费管理、实验室运转、行业专家咨询、网页和宣传视频制作，再到后期的行程安排、项目展示等，均由队内本科生独立完成。这全方位锻炼了本科生的独立科研能力、创新思维、领导力、沟通能力等综合素质以及坚韧不拔的意志品质，为他们成为各行各业领军人才积累了宝贵经验。

 

03 队伍工作介绍

今年的Peking队由钱珑老师和王青松老师指导立项，项目取名为“GPA”，是“General disease detection with Protease and Aptamer (基于蛋白酶和核酸适配体的通用疾病诊断系统) ”的缩写，项目设计了一种更快、更便宜、更易于操作且更加模块化和广谱化的疾病诊断系统，旨在改进现有的诊断手段耗时长、费用高、技术复杂的不足，以期望实现疾病诊断领域在方法学上的创新。

队伍项目logo

1 总体设计

我们系统的总体设计可以分为三个部分。首先是生物标志物的识别部分，其次是信号放大部分，最后是信号输出部分。

项目总体设计图

2 识别部分与AI模型

项目的识别部分采取适配体 (Aptamer) 识别疾病生物标志物。为了更方便地筛选符合需要的适配体，我们开发了一种人工智能工具“MAGA: Make Aptamer Generally Applied (让核酸适配体更广泛地应用) ”。它是一个通用的，基于机器学习的平台，用于预测核酸适配体的序列，使得其能够更具特异性、亲和性地靶标更广泛的疾病生物标志物。

信号识别部分设计

MAGA示意图

3 信号放大部分

我们的信号放大部分采用的是分裂蛋白酶 (Split Protease) 的级联放大。每个适配体与分裂蛋白酶相连，这一连接通过非典型氨基酸的点击反应以及生物素与链霉亲和素之间的非共价相互作用两种途径实现。当两个适配体同时结合同一个生物标志物时，分裂蛋白酶二聚化形成活性蛋白酶，随后切割下游靶点生成另一种蛋白酶，两个反应共同形成级联放大信号。

适配体与分裂蛋白酶连接示意图

分裂蛋白酶级联反应示意图

4 生物物理建模

我们还使用生物物理模型对实验进行预测和表征，包括分子动力学模拟 (Molecular Dynamics ) 、分子对接 (Docking) 、常微分方程 (Ordinary differential equations) 和二维的福克尔-普朗克方程 (Fokker-Plank) 的建立。

生物物理模型示意图

5 信号输出

最后，输出部分，我们设计了一种特别的胶体金试剂盒。

输出部分示意图

项目的iHP部分我们设计了“CIRR循环”，指代四个步骤：“挑战(Challenge)、调查(Investigation)、反思(Reflection)和完善(Refinement)”。我们共进行了四轮循环，与医生、科技公司和教授进行交流，并制定了商业计划。通过合作与迭代，我们在人文实践部分将项目从初步设想转化为一个强大且具有商业可行性的诊断平台，有效应对现实需求。

iHP流程图

4轮循环

我们团队还积极进行了教育和沟通工作，我们与北京大学爱心社合作，设计了两门课程，带领甘肃和山东偏远地区的小学生和初中生初步走进合成生物学的世界；我们和北京大学生命科学学院进行了合作，参与举办了新生定向活动和中秋游园会；我们还参与了多次iGEMer交流会，与来自全国乃至世界各地的iGEM队伍积极交流，共同进步。

队伍教育与交流（图选）

更多项目详情可点击文末阅读原文参阅本届队伍Wiki：

https://2024.igem.wiki/peking/（请在电脑端浏览）

 

04 iGEM介绍

本次北京大学iGEM队伍的指导老师是北京大学定量生物学中心钱珑老师和生命科学学院王青松老师。特别感谢提供经费支持的北京大学前沿交叉学科研究院定量生物学中心和北京大学医学部。感谢iGEM Peking 2024项目进行过程中在实验材料、实验方法以及社会实践中提供帮助的所有老师、同学和企业。