跨學(xué)科的火花：iGEM奪冠背后的故事
近日，香港科技大學(xué)（廣州）代表團(tuán)隊(duì)Coral Cola在2024國(guó)際基因工程機(jī)器大賽（International Genetically Engineered Machine Competition, 簡(jiǎn)稱iGEM）中斬獲金牌，并獲最佳新基礎(chǔ)部件（Best New Basic Part）提名獎(jiǎng)。
這支隊(duì)伍由15名大二本科生組成，由系統(tǒng)樞紐生命科學(xué)與生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)域助理教授林橋津老師發(fā)起/統(tǒng)籌指導(dǎo)。隊(duì)伍亮相國(guó)際賽事舞臺(tái)，首次參賽即斬獲金獎(jiǎng)，實(shí)現(xiàn)了我校參加iGEM從0到1的突破。
團(tuán)隊(duì)參賽項(xiàng)目如何確定？團(tuán)隊(duì)成員在項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中如何合理分工？老師都給予了哪些科學(xué)指導(dǎo)？跨學(xué)科的知識(shí)如何應(yīng)用到項(xiàng)目中？港科大（廣州）本科生采取大類培養(yǎng)的模式對(duì)學(xué)生參與競(jìng)賽都有哪些幫助······
本期邀請(qǐng)了指導(dǎo)老師林橋津?yàn)槲覀兘颐豬GEM奪冠背后的故事。
Q1：本次獲獎(jiǎng)的團(tuán)隊(duì)參賽項(xiàng)目的選題是如何確定的？如何評(píng)價(jià)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目的創(chuàng)新性與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值？
團(tuán)隊(duì)的參賽項(xiàng)目聚焦于研發(fā)一種創(chuàng)新的珊瑚“防曬霜”。隊(duì)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(qiáng)烈陽(yáng)光和海水溫度的上升，便會(huì)大量合成一種源自?？乃{(lán)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(yáng)光量，從而為對(duì)光熱極為敏感的珊瑚提供了一道堅(jiān)實(shí)的防護(hù)屏障。
自組隊(duì)完成后，從今年2月起，我們便在每周四晚上開(kāi)會(huì)，熟悉比賽規(guī)則、討論選題，并規(guī)劃任務(wù)和分工。團(tuán)隊(duì)成員從個(gè)人興趣出發(fā)，通過(guò)“頭腦風(fēng)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(duì)長(zhǎng)徐畫(huà)提出的“夜光蚊子”等共計(jì)20多個(gè)精彩的題目。在接下來(lái)的兩個(gè)月里，每個(gè)課題的提案人投入了大量時(shí)間進(jìn)行文獻(xiàn)查閱與小組討論，學(xué)習(xí)更多理論知識(shí)，逐步將初步想法轉(zhuǎn)化為更加具體的實(shí)施方案；其余成員則參與評(píng)估項(xiàng)目的可行性、創(chuàng)新性以及社會(huì)價(jià)值。最終通過(guò)投票方式，我們確定了將當(dāng)前這一既具環(huán)保意義又富含地域特色的珊瑚保護(hù)項(xiàng)目作為參賽選題。
通過(guò)這個(gè)課題，同學(xué)們深刻認(rèn)識(shí)到，全球氣候變化導(dǎo)致的珊瑚白化現(xiàn)象正日益嚴(yán)峻，這不僅對(duì)海洋生物多樣性構(gòu)成了巨大威脅，也對(duì)沿海地區(qū)的經(jīng)濟(jì)與生態(tài)平衡產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。我們所在的南沙區(qū)緊鄰大海，這一選題來(lái)源于同學(xué)們對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的關(guān)心，也展示了大家對(duì)從事全球海洋保護(hù)事業(yè)的決心。通過(guò)深入采訪與實(shí)地調(diào)研，團(tuán)隊(duì)成員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前利用合成生物學(xué)手段進(jìn)行海洋生態(tài)保護(hù)的研究尚屬稀缺。這一發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步激發(fā)了他們的研究熱情與使命感，使他們更加堅(jiān)定地致力于運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，為保護(hù)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(tuán)隊(duì)為此設(shè)計(jì)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(jiǎng)，這也是對(duì)我們項(xiàng)目的原創(chuàng)性和科學(xué)價(jià)值的肯定。
Q2：您在項(xiàng)目開(kāi)展過(guò)程中提供了哪些科學(xué)指導(dǎo)？團(tuán)隊(duì)成員在項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中如何合理分工？
在項(xiàng)目開(kāi)展過(guò)程中，我更多地是以“聆聽(tīng)者”而非“主講人”的身份出現(xiàn)。隊(duì)員們展現(xiàn)出了極高的自主學(xué)習(xí)熱情，他們通過(guò)查閱科學(xué)文獻(xiàn)、瀏覽社交媒體、利用AI工具等多種途徑，主動(dòng)獲取項(xiàng)目所需的理論知識(shí)和方法技能。此外，他們還通過(guò)隊(duì)員間相互答疑解惑、求助學(xué)長(zhǎng)學(xué)姐、咨詢校內(nèi)外專家以及實(shí)地走訪漁民和水族館工作人員等方式獲取信息。當(dāng)團(tuán)隊(duì)遇到難題時(shí)，我會(huì)向團(tuán)隊(duì)分享過(guò)往經(jīng)驗(yàn)和辦法技巧，同時(shí)鼓勵(lì)大家勇于探索新方法。實(shí)踐證明，同學(xué)們的奇思妙想往往能帶來(lái)更多驚喜的突破，有時(shí)甚至比我所熟知的方法更勝一籌。
15人的團(tuán)隊(duì)根據(jù)比賽任務(wù)的要求，分為了6個(gè)專業(yè)小組，包括了濕實(shí)驗(yàn)組、數(shù)學(xué)建模組、Human Practices（HP，人類社會(huì)實(shí)踐）組、科普教育組、wiki（網(wǎng)頁(yè)）組和新媒體組，每個(gè)組有1-2名組長(zhǎng)，負(fù)責(zé)小組內(nèi)的溝通協(xié)調(diào)和任務(wù)分配，確保小組工作能夠高效完成。大部分同學(xué)都參與了不止一個(gè)小組的任務(wù)，例如，HP組的組長(zhǎng)賴斯和科普教育組的組長(zhǎng)申洲安，在肩負(fù)各自小組領(lǐng)導(dǎo)職責(zé)的同時(shí)，也積極地作為組員參與了濕實(shí)驗(yàn)組的工作。這種跨小組的參與方式不僅鍛煉了他們的領(lǐng)導(dǎo)才能，還讓他們學(xué)會(huì)了如何有效地支持和幫助其他團(tuán)隊(duì)成員，促進(jìn)了團(tuán)隊(duì)內(nèi)部的知識(shí)共享和技能互補(bǔ)。
Q3：團(tuán)隊(duì)如何將跨學(xué)科的知識(shí)應(yīng)用到項(xiàng)目中？您認(rèn)為在科研項(xiàng)目中，團(tuán)隊(duì)合作最重要的因素是什么？
區(qū)別于傳統(tǒng)的學(xué)科競(jìng)賽，iGEM本身就是一個(gè)重視多學(xué)科融合的綜合性比賽。首先，團(tuán)隊(duì)會(huì)進(jìn)行充分的社會(huì)調(diào)查和實(shí)踐活動(dòng)，收集課題的可行性、實(shí)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(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)建模的設(shè)計(jì)與實(shí)施中，形成engineering cycles（工程閉環(huán)），并經(jīng)過(guò)多次迭代優(yōu)化成品的設(shè)計(jì)。最后，所有成果用Team Wiki網(wǎng)頁(yè)形式記錄與呈現(xiàn)。因此，完成一個(gè)iGEM項(xiàng)目需要運(yùn)用生物學(xué)、工程學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、人文社科、新媒體技術(shù)、創(chuàng)業(yè)技能等跨學(xué)科知識(shí)，強(qiáng)調(diào)隊(duì)員們需發(fā)揮觀察力、自主學(xué)習(xí)能力和資源發(fā)掘能力，確保多學(xué)科知識(shí)得以有效整合與應(yīng)用。
在科研項(xiàng)目中，團(tuán)隊(duì)合作最重要的因素是溝通和協(xié)作。由于隊(duì)員人數(shù)較多且任務(wù)復(fù)雜，因此需要明確的分工和及時(shí)的進(jìn)度更新與反饋，從而消除隊(duì)員之間的信息差。無(wú)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(wú)障礙溝通都是項(xiàng)目成功的關(guān)鍵。
Q4：本次參與競(jìng)賽的學(xué)生還未分專業(yè)，對(duì)非生物醫(yī)學(xué)專業(yè)出身的他們來(lái)說(shuō)，遇到過(guò)哪些挑戰(zhàn)和困難？您是如何引導(dǎo)他們克服這些挑戰(zhàn)的？
所有參賽隊(duì)員都是大一下學(xué)期加入隊(duì)伍的，除了少數(shù)隊(duì)員高中階段參加過(guò)生物奧賽或者選修過(guò)春季開(kāi)設(shè)的《普通生物學(xué)》課程外，大部分隊(duì)員的生物學(xué)知識(shí)停留在高中課本階段，確實(shí)面臨著專業(yè)知識(shí)技能欠缺的問(wèn)題。一開(kāi)始我和其他老師也有過(guò)這樣的擔(dān)心，一度建議同學(xué)們推遲一年正式參賽。但“初生牛犢不怕虎”，同學(xué)們懷著對(duì)比賽的極大熱情，用實(shí)際行動(dòng)克服困難，也給了我滿滿的信心。隊(duì)員們主動(dòng)邀請(qǐng)BSBE、SMMG、EOAS等學(xué)域的老師和學(xué)長(zhǎng)學(xué)姐們開(kāi)設(shè)研討會(huì)和工作坊，為同學(xué)們講授專業(yè)知識(shí)、分享實(shí)驗(yàn)技能。在此我也代表團(tuán)隊(duì)對(duì)各位老師和同學(xué)的支持表示衷心的感謝！隊(duì)員們也走出校園，拜訪了清水灣校園的海洋實(shí)驗(yàn)室、廣州海洋實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所等從事海洋生物學(xué)研究的科研人員，請(qǐng)教海洋生物養(yǎng)殖和實(shí)驗(yàn)技術(shù)。
Q5：港科大（廣州）本科生采用大類培養(yǎng)的模式，您覺(jué)得這樣的培養(yǎng)模式對(duì)學(xué)生參與競(jìng)賽都有哪些幫助？
我校采用的大類培養(yǎng)鼓勵(lì)學(xué)生跨學(xué)科學(xué)習(xí)，這為團(tuán)隊(duì)成員構(gòu)建了一個(gè)寬廣的知識(shí)基礎(chǔ)，這恰恰是競(jìng)賽項(xiàng)目所需要的。在這種培養(yǎng)模式下，每位團(tuán)隊(duì)成員都能根據(jù)個(gè)人興趣和職業(yè)規(guī)劃選擇課程，因此他們的專長(zhǎng)和擅長(zhǎng)的領(lǐng)域也各不相同。比如，Wiki組長(zhǎng)劉博文、數(shù)學(xué)建模組長(zhǎng)劉丹晨、科普教育組員彭瑛文，分別在網(wǎng)頁(yè)搭建、大語(yǔ)言模型訓(xùn)練、科學(xué)繪圖領(lǐng)域有非常突出的表現(xiàn)。這種多樣化的技能組合使得團(tuán)隊(duì)成員在面對(duì)競(jìng)賽挑戰(zhàn)時(shí)，能夠從多個(gè)角度思考問(wèn)題，調(diào)動(dòng)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(duì)員間可以相互學(xué)習(xí)、取長(zhǎng)補(bǔ)短。
在這過(guò)程中，我也從同學(xué)們身上學(xué)到了很多新知識(shí)。讓我印象最深刻的是，同學(xué)們介紹了各種有趣和實(shí)用的AI工具，仿佛為我打開(kāi)了一個(gè)全新的世界。
Q6：您認(rèn)為本次競(jìng)賽，對(duì)參賽學(xué)生在未來(lái)專業(yè)與研究方向的選擇上會(huì)有哪些幫助？
通過(guò)本次競(jìng)賽，同學(xué)們對(duì)合成生物學(xué)與生態(tài)保護(hù)有了更深入的理解，他們不僅豐富了理論知識(shí)，更在實(shí)踐中親身感受到了跨學(xué)科學(xué)習(xí)的獨(dú)特魅力。同學(xué)們親眼見(jiàn)證了如何巧妙融合不同的專業(yè)知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。相信這些寶貴的經(jīng)驗(yàn)將成為同學(xué)們未來(lái)在選擇專業(yè)和研究方向時(shí)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(biāo)。
Q7：作為指導(dǎo)老師，您對(duì)想?yún)⒓涌蒲懈?jìng)賽的同學(xué)有哪些建議？
對(duì)還在猶豫自身是否適合參與科研項(xiàng)目或競(jìng)賽同學(xué)們，我想說(shuō)：科學(xué)研究是一件非常有趣和炫酷的事情，它不僅僅是一次學(xué)術(shù)探索，更是一次自我挑戰(zhàn)和成長(zhǎng)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(xué)習(xí)時(shí)，作為隊(duì)員和顧問(wèn)參與了兩屆iGEM比賽以及四個(gè)學(xué)期的本科生研究計(jì)劃（UROP）。這些寶貴的科研經(jīng)歷不僅讓我更加堅(jiān)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(lǐng)域——分子神經(jīng)生物學(xué)，這也是我們課題組目前聚焦的研究方向。
科研訓(xùn)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(xué)習(xí)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(jī)會(huì)發(fā)現(xiàn)那些“隱藏款”的驚喜?；蛟S你會(huì)在實(shí)驗(yàn)中偶然發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的現(xiàn)象，或許你會(huì)在閱讀文獻(xiàn)時(shí)突然靈光一閃，這些都可能成為你科研生涯中的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
如果你決定抓住學(xué)校為本科生提供的各種科研機(jī)會(huì)，那么我希望你能全身心投入其中。不要害怕失敗，主動(dòng)與老師和同學(xué)交流，共同探討解決科學(xué)問(wèn)題的方法。
科研是一場(chǎng)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(shí)和經(jīng)驗(yàn)。
最后，祝所有同學(xué)在科研道路上所愿皆所得，成就更好的自己！
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