国际基因工程机器大赛对本科生科研教育的启示

近年来,国际基因工程机器大赛(International genetically engineered machine,iGEM,简称iGEM大赛)在全球迅猛发展。仅2017年iGEM大赛全球注册队伍就达到了史无前例的313支,中国地区有98支iGEM团队报名参赛并取得了优异成绩。与国内已有的诸多大学生创新项目、科研培养项目不同,iGEM的组织模式是以学生为主体的研究型学习。该模式取得了丰富的教育效果,体现了新的教育理念,对于我国高校组织本科生课外科研训练有较大的借鉴意义。文中以北京大学参加iGEM大赛为线索,介绍国际基因工程机器大赛(iGEM)的背景和基本情况并以一个参赛周期为序再现北京大学iGEM团队组织和参赛的主要过程。通过与其他本科生科研训练的组织模式进行比较,探讨iGEM对本科生科研训练意义,并总结iGEM的组织经验和对本科生科研能力培养以及组织本科生科研学术竞赛的启示,希望能为国内高校的iGEM活动组织以及本科教育改革提供借鉴。     

国际基因工程机器大赛中的生物资源宝库

国际基因工程机器大赛（internationalGeneticallyEngineeredMachinecompetition,iGEM）是面向世界范围的大学生科技赛事,该比赛旨在推广合成生物学,各个参赛队伍通过使用原始元件和自己设计的新元件来构建新的生物系统,并在活细胞中表达,令其行使某种既定功能。每年的参赛队伍会设计许多新的生物元件（biologicalpart）,其长期积累为生物系统的构建提供了便利与创新,其本质上也是生物资源不断丰富的体现。本文从生物资源的角度,重点阐述iGEM比赛生物元件库的发展、分类与特点,让更多人了解生物元件的特征,并在基因工程操作中参考使用,推动元件库的扩充与发展。     

2018 iGEM专栏序言

国际基因工程机器大赛(iGEM),作为一项以合成生物学为主题,集合了多种交叉学科的学生科研赛事,已成为了当今生物科研领域属于年轻人的最具活力和影响力的舞台。近年来,许多来自国内的大学和高中队伍不仅在比赛中取得了优异成绩,还做出了具有创新性的科研成果。为此,我们特组织出版了此iGEM专栏,集中报道近年来国内多支iGEM参赛队的研究工作,同时关注、探讨iGEM大赛在中国的发展情况和对大学生科研能力培养的启示。     

国际基因工程机器大赛对本科生综合能力培养模式的探索

华东理工大学生物工程学院从高水平专业比赛出发,以学生的兴趣为切入点,依托强大的科研和教学基地,构建具有\"生物创客\"精神的人才培养体系和创新实践能力培养体系.充分发挥学生主观能动性,提升了生物工程类相关专业本科生的科研素养和综合能力.对传统的高校教育模式进行了有效探索,满足了生命科学飞速发展时期对创新型人才的迫切需求.     

国际基因工程机器竞赛热点赛道优势项目的评价分析

国际基因工程机器竞赛（iGEM）是合成生物学领域的国际顶级学术科技竞赛,因项目内容紧密结合科技前沿、广泛关注社会热点,且在学生创新创造能力培养方面具有独特优势,该项竞赛得到国内、外众多知名高校的关注和肯定。本文聚焦iGEM热点赛道,以获得最佳单项奖提名的优势项目为研究对象,从项目研究问题的实践价值、重要技术应用情况、验证实验完成度、模型对项目的支持作用、功能性软件和硬件的搭建6个维度对这些项目进行评价,总结优势项目的特点,并进一步分析中国区团队近5年获评最佳单项奖提名的情况,为后续参赛团队的项目设计和以该赛事为平台的创新人才培养提供数据支持和有益启发。     

国际基因工程机器大赛高中赛道发展概况

国际基因工程机器大赛(international genetically engineered machine competition,简称iGEM竞赛)是合成生物学国际顶级大学生学术竞赛。iGEM竞赛赛况及项目成果受到Science、Nature、Scientific American、The Economist、英国广播公司(BBC)等顶级学术期刊或国际媒体的关注,具有广泛的国际影响力。吸引了来自世界40多个国家和地区的队伍参赛。2011年起开始有高中队参赛,参赛队伍数量逐年增加,高中生日益成为推动iGEM竞赛及合成生物学发展的重要力量之一,iGEM竞赛也成为培养中学生核心素养的重要平台。基于2017–2021年全球高中队参赛情况,本文总结了高中队赛道规则、选题倾向及获奖情况,进一步分析iGEM竞赛对高中生核心素养培养的意义,探究全球高中参赛队伍的发展趋势,为未来高中参赛队伍建设提供理论参考。     

合成生物学与国际遗传工程机器大赛对培养大学生双创思维与能力的影响

合成生物学是21世纪前沿交叉学科,是现代生物学最具发展空间的领域之一.随着合成生物学的迅速发展,国际基因工程机器大赛(International Genetically Engineered Machine,iGEM)应运而生.iGEM竞赛项目基于合成生物学学科基础,应用现代生物学技术手段,立足解决社区和身边的实际生物...     

依托合成生物学竞赛培养创新人才的探索与实践

培养具有科研创新实践能力的人才是高校人才培养使命的重要体现。随着科教融合理念的发展,学科竞赛已成为创新型人才培养的重要支撑。本文基于合成生物学领域的顶级国际性赛事国际基因工程机器大赛（iGEM）和国内赛事合成生物学竞赛 创新赛（SynBio）对于大学生主观能动性和创造力的要求,结合南京工业大学iGEM团队连续五年的参赛历程,探索了以高水平竞赛为依托的拔尖创新人才培养模式,提出了将竞赛、科研和教学三者相结合,通过建立以兴趣为导向、学生为主体的学习模式,以创新为核心、实践为基础的科研训练,以学科交叉为特色、团队协作为基石的教育平台,促进拔尖创新人才培养的质量不断提升。     

构建“合成生物学”课程群培养面向生物制造的复合型创新人才

合成生物学(Synthetic Biology)作为一门新兴学科,广受关注且发展迅速,深刻影响着整个生命科学及工程技术领域的发展。与此同时,随着新工科建设的发展,加快培养复合型创新人才是对我国高等教育提出的新任务和新使命。在合成生物学蓬勃发展的背景下,华东理工大学组建了以微生物药物发现和生物制造为核心内容的“合成生物学课程群”。授课团队首先对合成生物学相关的上下游课程体系进行了梳理,随后在原有课程基础上,扩充了合成生物学系列核心课程,课程群不仅涵盖了合成生物学的学科理论和前沿技术,同时锚定了上下游学科。此外,课程群还依托国家重点实验室的国内外名师讲座,并利用学科创新引智基地(“111计划”)雄厚的海外教授资源,致力于提高学生的创新能力。在课程群及授课团队的助力下,学生不仅积极参加合成生物学国际基因工程机器大赛(international genetic engineering machine competition, iGEM)并连续获奖,而且有多人申请专利并参与发表科研论文等。组建合成生物学课程群为培养具有创新能力的复合型人才提供一定的示范。     

基于通识教育理念的合成生物学课程设计与实践

合成生物学作为生物学中新的分支学科,发展迅速,理论研究和应用潜力巨大,在带来了很多新的研究理念和研究方法的同时,给高校教学也带来了新的挑战.目前就合成生物学课程而言,国内可供参考的教学经验不多.文中以浙江大学\"博雅技艺\"类通识课程—\"合成生物学\"为例,从课程背景、课程设计、课程实施情况、课程成果与存在问题等方面,全方位...     

合成微生物群落构建及其在聚羟基脂肪酸酯生物合成中的应用

合成微生物群落是由多种遗传背景清晰的微生物构成的人工系统,具有复杂度低、可控性高、稳定性强等优势,适用于工业生产、人类健康和环境修复等领域。本文在综述合成微生物群落的设计原理和构建方法基础上,特别聚焦其在聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoate, PHA)生物合成中的应用。作为合成生态学的核心内容、合成生物学的新兴前沿,构建高效、稳定、可控的合成微生物群落需要制定相应策略来调控微生物相互作用、空间结构组装、鲁棒性维持和生物防护。近年来,合成微生物群落已应用于生产药物、生物燃料、生物材料等高价值化学品,其中PHA作为传统塑料的理想替代品受到密切关注。提升并扩大PHA合成菌株的碳源利用能力和范围,降低PHA生产成本,成为合成微生物群落应用于PHA生物合成的研究重点。     

Do-it-yourself biology: challenges and promises for an open science and technology movement

The do-it-yourself biology (DIYbio) community is emerging as a movement that fosters open access to resources permitting modern molecular biology, and synthetic biology among others. It promises in particular to be a source of cheaper and simpler solutions for environmental monitoring, personal diagnostic and the use of biomaterials. The successful growth of a global community of DIYbio practitioners will depend largely on enabling safe access to state-of-the-art molecular biology tools and resources. In this paper we analyze the rise of DIYbio, its community, its material resources and its applications. We look at the current projects developed for the international genetically engineered machine competition in order to get a sense of what amateur biologists can potentially create in their community laboratories over the coming years. We also show why and how the DIYbio community, in the context of a global governance development, is putting in place a safety/ethical framework for guarantying the pursuit of its activity. And finally we argue that the global spread of DIY biology potentially reconfigures and opens up access to biological information and laboratory equipment and that, therefore, it can foster new practices and transversal collaborations between professional scientists and amateurs.     

合成生物学基因设计软件:iGEM设计综述

随着基因回路规模的扩大,和应用范围的拓展,传统的合成基因回路的设计思路面临着新的挑战。新合成基因回路构建的试验周期长,试错成本大,单纯依靠经验进行设计构建,难以迅速得到满意的结果。iGEM中软件设计比赛旨在帮助合成生物学家,更高效地完成基因回路的设计与预测。为了更好地研究iGEM软件的设计与研究方向,寻找新的设计思路和理念,综述了最近几年iGEM软件队的项目,仔细总结了每一个项目的背景、目的,设计和应用。通过对比和总结,发现这几年的iGEM软件项目从功能上可以分为以下四类:①辅助设计;②资料共享;③合作交流;④数据分析。该综述可以为今后iGEM软件设计提供思考方向,也为合成生物学的发展提供新的思路。     

根际微生物群落功能与调控的研究进展

根际微生物群落是随植物长期进化及地球生境变迁而形成的动态微生物系统。随着多组学技术的不断发展,人们对根际微生物群落结构与功能的研究日益深入。根际微生物群落中的功能微生物类群,如植物促生细菌、植物促生真菌等,通过与植物建立紧密的物质、能量与信息联系,参与植物激素合成、难溶营养物解离、生物固氮、微生物拮抗、生长因子供应等系列生物学过程,从而提高植物营养物质吸收与抗逆能力,为植物的健康和高效生长提供重要保障。这些微生物中的某些成员已被开发成微生物刺激剂,广泛应用于作物增产抗逆与农田地力提升。近年来,多学科的交叉融合为根际微生物群落结构-功能-调控策略的交互式研究提供新的机遇,推动了基于合成生物学与材料科学技术的合成微生物组的发展。尤其是在核心微生物互作方面,人工蛋白创制、磁性组装、生物炭强化等策略能够增强核心微生物与目标植物之间的物理连接作用,大幅提高合成微生物组的工作效率和稳定性,从而有效驱动作物增产增收,提高污染修复效率。因此,根际微生物群落结构、功能与调控的深入研究,必将为绿色农业发展提供不竭动力。     

合成功能菌群的构建及其工程化应用

自然界中存在着大量的天然微生物群落,不同种群的微生物通过通信及分工拓展了单菌的性能边界,降低了整体的代谢负担并增加了对环境的适应性。合成生物学依据工程设计原理构建或改造基本功能元件、基因线路和底盘细胞,从而对生命的运行过程进行具有目的性的重新编程,获得丰富及可控的生物学功能。将这种工程设计的原理引入菌群,获得结构明确及功能可调的合成群落,可以为合成功能菌群的理论研究到应用提供思路及方法。本文回顾了近年来合成功能菌群领域的相关工作,对合成功能菌群的设计原则、构建方法以及应用进行详细介绍,并对未来的发展进行了展望。