今年的 iGEM Giant Jamboree為高年級(jí)組的大獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)團(tuán)隊(duì)Team Marburg 帶來(lái)了一個(gè)現(xiàn)實(shí)生活中的科學(xué)童話，Team Marburg是一支由 15 名德國(guó)碩士生組成的團(tuán)隊(duì)，學(xué)習(xí)傳統(tǒng)生物學(xué)、分子和細(xì)胞生物學(xué)、化學(xué)、物理、和計(jì)算機(jī)科學(xué)。這個(gè)想法最初是在 2017 年的一次會(huì)議上誕生的，很大程度上是由實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化領(lǐng)導(dǎo)者Opentrons的 OT-2 移液機(jī)器人實(shí)現(xiàn)的，最終獲得了大獎(jiǎng)和一種新的生物工具，可以改變合成生物學(xué)家創(chuàng)造新產(chǎn)品的方式。代謝途徑、遺傳回路和其他 DNA 結(jié)構(gòu)。

獲勝的項(xiàng)目？ VibriGens，基于一種新的細(xì)菌底盤生物：納特里根弧菌，這是世界上生長(zhǎng)最快的細(xì)菌，倍增時(shí)間僅為 10 分鐘或更短（相比之下，黃金標(biāo)準(zhǔn)底盤生物大腸桿菌每半小時(shí)翻倍）。該團(tuán)隊(duì)致力于建立用V. natriegens進(jìn)行克隆、蛋白質(zhì)表達(dá)和蛋白質(zhì)相互作用研究的方案，并建立了一組針對(duì)每種應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化的菌株（任何研究人員都可以向團(tuán)隊(duì)發(fā)送電子郵件索?。?。他們還創(chuàng)建了“ Marburg Collection”是一個(gè)基于金門的克隆工具箱，使研究人員能夠?qū)⑷魏钨|(zhì)粒復(fù)制起點(diǎn)、抗生素抗性和他們想要的目標(biāo)基因結(jié)合起來(lái)，從而無(wú)需依賴載體。雖然克隆工具箱最初是針對(duì)V. natriegens創(chuàng)建的，但該團(tuán)隊(duì)最終將其設(shè)計(jì)為普遍適用于許多不同的宿主生物。與他們的優(yōu)化菌株一樣，馬爾堡菌株也將提供給研究人員。

很久以前……一個(gè)想法誕生了

V. natriegens的選擇并非偶然。該團(tuán)隊(duì)首次聽(tīng)說(shuō)這種生物體是在 2017 年德國(guó)合成生物學(xué)協(xié)會(huì)在馬爾堡舉行的一次會(huì)議上。其中一位演講者正在介紹V. natriegens，當(dāng)團(tuán)隊(duì)不僅了解到它的生長(zhǎng)速度有多快，而且還知道沒(méi)有人真正使用這種生物體時(shí)，他們開(kāi)始考慮使用它來(lái)幫助合成生物學(xué)界。 ，它是一種從未在 iGEM 比賽中使用過(guò)的有機(jī)體，所以我們可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)新的東西——它確實(shí)可以幫助很多人。因?yàn)樵诤铣缮飳W(xué)的每個(gè)領(lǐng)域，你都需要一個(gè)有機(jī)體來(lái)構(gòu)建你的結(jié)構(gòu)。因此，我們將有一個(gè)影響每個(gè)人的項(xiàng)目，因此我們認(rèn)為建立它對(duì)我們來(lái)說(shuō)可能是件好事?！眻F(tuán)隊(duì)成員 Daniel Marchal 解釋道。由于它生活在鹽水中，V. natriegens也能耐受比E更高水平的鹽分。?. 大腸桿菌，使其更適用于一些需要更高鹽含量的環(huán)境應(yīng)用（例如，優(yōu)化海洋中塑料的細(xì)菌降解）。團(tuán)隊(duì)成員 Rene Inckemann 表示，由于大多數(shù)生物體不能耐受高鹽水平，因此使用V. natriegens 的實(shí)驗(yàn)方案也不太可能受到污染，這在以高純度 DNA 或蛋白質(zhì)為最終目標(biāo)時(shí)至關(guān)重要。面向市場(chǎng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)也是團(tuán)隊(duì)強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容。因克曼喜歡用抗瘧藥抗霉素來(lái)舉例。

“抗霉素的開(kāi)發(fā)花了大約七年時(shí)間。試想一下，如果您使用了弧菌，我們可以加快這些過(guò)程，即開(kāi)發(fā)時(shí)間嗎？”他問(wèn)道。他還認(rèn)為弧菌是合成生物學(xué)家研究蛋白質(zhì)進(jìn)化、工程蛋白質(zhì)和酶或設(shè)計(jì)遺傳電路的有用工具。基本上，通過(guò)使用世界上生長(zhǎng)最快的生物體可以提高開(kāi)發(fā)各種部件的速度，這對(duì)于合成生物學(xué)來(lái)說(shuō)是一件好事。隨著越來(lái)越多的研究小組、公司和其他組織努力加速合成生物學(xué)的各個(gè)方面隨著研究的不斷深入，合成生物學(xué)堆棧（生物試劑、流程執(zhí)行工具和生物 CAD/CAM 工具的分層集成，以促進(jìn)快速產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)）正在不斷發(fā)展。馬爾堡團(tuán)隊(duì)實(shí)質(zhì)上在合成生物學(xué)堆棧的生物學(xué)層創(chuàng)建了一種新工具，正在順利實(shí)現(xiàn)讓世界各地的合成生物學(xué)家更快、更輕松地進(jìn)行科學(xué)研究的目標(biāo)。自動(dòng)化在幫助他們實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

通過(guò)自動(dòng)化使項(xiàng)目成為可能

“當(dāng)你想到在一天或 12 小時(shí)內(nèi)進(jìn)行克隆時(shí)——我們所提議的，很多人會(huì)說(shuō)這對(duì)于在日常工作流程中實(shí)施來(lái)說(shuō)太過(guò)分了。我們?cè)陧?xiàng)目的早期就得到了這樣的回應(yīng)，”因克曼說(shuō)。 “所以我們考慮了實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化以及如何盡早實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。”該團(tuán)隊(duì)向多家實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化公司提交了提案，以獲得對(duì)其項(xiàng)目的自動(dòng)化支持。 Opentrons 就是其中一家公司。“我們?cè)趦芍軆?nèi)收到了 77 份提案”，Opentrons 的科學(xué)發(fā)展總監(jiān)克里斯汀·埃利斯 (Kristin Ellis) 說(shuō)，該公司發(fā)現(xiàn)很難從收到的所有優(yōu)秀提交材料中僅選擇十個(gè)團(tuán)隊(duì)。但選擇馬爾堡團(tuán)隊(duì)是“理所當(dāng)然的”?！拔覍?duì)他們的提議感到震驚，”埃利斯說(shuō)。她尤其被他們將細(xì)菌轉(zhuǎn)化時(shí)間從幾天縮短到 12 小時(shí)的愿景所吸引——許多其他人對(duì)同樣的愿景表示懷疑。

埃利斯還贊賞馬爾堡團(tuán)隊(duì)提出的iGEM 實(shí)驗(yàn)室間研究，他們計(jì)劃通過(guò)該研究與其他 iGEM 團(tuán)隊(duì)分享V. natriegens及其方案，以了解細(xì)菌在其他實(shí)驗(yàn)室中的行為方式。這是 Opentrons 的一個(gè)特別重要的組成部分，它強(qiáng)調(diào)并支持開(kāi)源、協(xié)作和可重復(fù)的科學(xué)。因?yàn)樵谔岚傅狡跁r(shí) OT-2 甚至還沒(méi)有發(fā)布（它于 3 月份宣布并于 6 月份發(fā)布） ），馬爾堡團(tuán)隊(duì)和其他九個(gè)獲得 OT-2 的 iGEM 團(tuán)隊(duì)是世界上第一批使用機(jī)器人（可以說(shuō)是豚鼠）來(lái)生產(chǎn)全新產(chǎn)品的人。實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化方面的經(jīng)驗(yàn)——我們中的一些人學(xué)過(guò)幾門大學(xué)課程，但沒(méi)有真正的經(jīng)驗(yàn)，”因克曼說(shuō)。 “但事實(shí)證明，使用 OT-2 非常容易。

”事實(shí)上，他們的第一個(gè)方案（在 96 孔板中復(fù)制菌株）僅一天就在 OT-2 上建立并運(yùn)行。至關(guān)重要的是，有了 OT-2，團(tuán)隊(duì)就可以將時(shí)間花在設(shè)計(jì)和構(gòu)思項(xiàng)目上，而機(jī)器人則為他們運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，從而節(jié)省了數(shù)月的人力時(shí)間，并使團(tuán)隊(duì)能夠在夏天完成項(xiàng)目。團(tuán)隊(duì)甚至有時(shí)間在 OT-2 軟件之上構(gòu)建自己的工具——Opentrons 鼓勵(lì)所有用戶這樣做。馬爾堡團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一個(gè)易于使用的界面，允許用戶從馬爾堡工具箱中提供的 8 個(gè)組件或“工具”中進(jìn)行選擇。一旦他們做出選擇，機(jī)器人就知道如何處理每個(gè)組件，無(wú)需任何進(jìn)一步的輸入即可構(gòu)建用戶的定制質(zhì)粒。