今年的 iGEM Giant Jamboree為高年級組的大獎獲獎團(tuán)隊Team Marburg 帶來了一個現(xiàn)實生活中的科學(xué)童話，Team Marburg是一支由 15 名德國碩士生組成的團(tuán)隊，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、和計算機(jī)科學(xué)。這個想法最初是在 2017 年的一次會議上誕生的，很大程度上是由實驗室自動化領(lǐng)導(dǎo)者Opentrons的 OT-2 移液機(jī)器人實現(xiàn)的，最終獲得了大獎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，這是世界上生長最快的細(xì)菌，倍增時間僅為 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翻倍）。該團(tuán)隊致力于建立用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)隊發(fā)送電子郵件索取）。他們還創(chuàng)建了“ Marburg Collection”是一個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、抗生素抗性和他們想要的目標(biāo)基因結(jié)合起來，從而無需依賴載體。雖然克隆工具箱最初是針對V. natriegens創(chuàng)建的，但該團(tuán)隊最終將其設(shè)計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……一個想法誕生了

V. natriegens的選擇并非偶然。該團(tuán)隊首次聽說這種生物體是在 2017 年德國合成生物學(xué)協(xié)會在馬爾堡舉行的一次會議上。其中一位演講者正在介紹V. natriegens，當(dāng)團(tuán)隊不僅了解到它的生長速度有多快，而且還知道沒有人真正使用這種生物體時，他們開始考慮使用它來幫助合成生物學(xué)界。 ，它是一種從未在 iGEM 比賽中使用過的有機(jī)體，所以我們可以實現(xiàn)一個新的東西——它確實可以幫助很多人。因為在合成生物學(xué)的每個領(lǐng)域，你都需要一個有機(jī)體來構(gòu)建你的結(jié)構(gòu)。因此，我們將有一個影響每個人的項目，因此我們認(rèn)為建立它對我們來說可能是件好事?！眻F(tuán)隊成員 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 的實驗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)時至關(guān)重要。面向市場的產(chǎn)品設(shè)計也是團(tuán)隊強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容。因克曼喜歡用抗瘧藥抗霉素來舉例。

“抗霉素的開發(fā)花了大約七年時間。試想一下，如果您使用了弧菌，我們可以加快這些過程，即開發(fā)時間嗎？”他問道。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)計遺傳電路的有用工具?；旧?，通過使用世界上生長最快的生物體可以提高開發(fā)各種部件的速度，這對于合成生物學(xué)來說是一件好事。隨著越來越多的研究小組、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)計和開發(fā)）正在不斷發(fā)展。馬爾堡團(tuán)隊實質(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)。自動化在幫助他們實現(xiàn)這一目標(biāo)方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

通過自動化使項目成為可能

“當(dāng)你想到在一天或 12 小時內(nèi)進(jìn)行克隆時——我們所提議的，很多人會說這對于在日常工作流程中實施來說太過分了。我們在項目的早期就得到了這樣的回應(yīng)，”因克曼說。 “所以我們考慮了實驗室自動化以及如何盡早實現(xiàn)這一目標(biāo)。”該團(tuán)隊向多家實驗室自動化公司提交了提案，以獲得對其項目的自動化支持。 Opentrons 就是其中一家公司?！拔覀冊趦芍軆?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，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團(tuán)隊。但選擇馬爾堡團(tuán)隊是“理所當(dāng)然的”?！拔覍λ麄兊奶嶙h感到震驚，”埃利斯說。她尤其被他們將細(xì)菌轉(zhuǎn)化時間從幾天縮短到 12 小時的愿景所吸引——許多其他人對同樣的愿景表示懷疑。

埃利斯還贊賞馬爾堡團(tuán)隊提出的iGEM 實驗室間研究，他們計劃通過該研究與其他 iGEM 團(tuán)隊分享V. natriegens及其方案，以了解細(xì)菌在其他實驗室中的行為方式。這是 Opentrons 的一個特別重要的組成部分，它強(qiáng)調(diào)并支持開源、協(xié)作和可重復(fù)的科學(xué)。因為在提案到期時 OT-2 甚至還沒有發(fā)布（它于 3 月份宣布并于 6 月份發(fā)布） ），馬爾堡團(tuán)隊和其他九個獲得 OT-2 的 iGEM 團(tuán)隊是世界上第一批使用機(jī)器人（可以說是豚鼠）來生產(chǎn)全新產(chǎn)品的人。實驗室自動化方面的經(jīng)驗——我們中的一些人學(xué)過幾門大學(xué)課程，但沒有真正的經(jīng)驗，”因克曼說。 “但事實證明，使用 OT-2 非常容易。

”事實上，他們的第一個方案（在 96 孔板中復(fù)制菌株）僅一天就在 OT-2 上建立并運行。至關(guān)重要的是，有了 OT-2，團(tuán)隊就可以將時間花在設(shè)計和構(gòu)思項目上，而機(jī)器人則為他們運行實驗，從而節(jié)省了數(shù)月的人力時間，并使團(tuán)隊能夠在夏天完成項目。團(tuán)隊甚至有時間在 OT-2 軟件之上構(gòu)建自己的工具——Opentrons 鼓勵所有用戶這樣做。馬爾堡團(tuán)隊構(gòu)建了一個易于使用的界面，允許用戶從馬爾堡工具箱中提供的 8 個組件或“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組件，無需任何進(jìn)一步的輸入即可構(gòu)建用戶的定制質(zhì)粒。