日前，华体会体育生命学院BIT、BIT-China两支学生代表队参加了在香港中文大学康本学术科技园举行的国际遗传工程机器设计竞赛（iGEM）亚洲区的决赛，获得了两枚金奖的骄人成绩，并成功晋级将于2013年11月初在美国麻省理工学院（MIT）举办的iGEM-2013世界锦标赛决赛。
　　iGEM是由美国麻省理工学院2005年创办的，现已发展成为合成生物学领域国际性的学术竞赛。竞赛要求学生自主选题，设计并构建一个能够在工程菌（大肠杆菌）中实现表达和操控的生物系统，该科研成果将提交给MIT的竞赛组委会，供全球的科学家共享，从而使学生的创新成果拥有更为深远的学术价值和潜在应用价值。
　　今年亚洲赛区决赛共有68支队伍参赛，包括北京大学、清华大学、复旦大学、上海交大、香港科技大学、东京工业大学、香港中文大学、台湾阳明大学等亚洲知名大学代表队在内。此项竞赛受到 Nature、Science等国际权威科学杂志，以及 BBC 这样的传统媒体的关注，并进行专题报道，具有非常大的国际影响力。
　　华体会体育生命学院围绕该项比赛进行了认真筹备，不仅向兄弟高校学习调研，同时结合我校生命类学生的特点，开展了广泛动员，并吸收了部分其他专业学生参与其中，真正体现了我校理工学科雄厚基础以及生命科学新兴交叉学科的活力。
　　上期介绍北理工生命学院BIT参赛队伍关于牛奶中抗生素监测的新策略，本期我们将关注另一只参赛队伍BIT-China，该对18名成员在生命学院李春教授和郭淑元副教授的指导下，利用多种前沿的合成生物学技术完成了题为《Intelligent Microbial Heat Regulation Engine》（微生物智能热量调节引擎）的参赛项目。
　　21世纪生物产业迅猛发展。而生物产业依存的微生物发酵过程控制及其设备是一类高能耗的过程和装置。目前，大规模生产中单台发酵罐的体积已达到300～400立方米，发酵过程中产生的热量必须通过低温循环水带走。据统计，目前我国的发酵装置中，动力费用约占发酵液成本的25％～40％, 其中常用的冷却过程每立方米发酵液每小时需要的电功率为1.6～2.8千瓦时。计算发现，如果发酵培养控制温度每升高5℃，冷却水消耗将减少15%。以年产万吨发酵产品的企业计算，仅冷却用电可减少172.8万千瓦时。据中粮集团有限公司统计表明，若发酵控制温度升高1℃，中粮集团一年就可以降低近1亿的成本。对于我国这样一个以煤电为主的国家，全年将节约用电345600kWh，节约用煤42508吨，二氧化碳减排111373056。因此，提高微生物细胞的耐热性对于提高生物反应效率、降低控制过程能耗和生产成本至关重要。
　　BIT-China代表队构建的微生物智能热量调控引擎，主要微生物自主耐热系统和数量调控系统两个系统。微生物自主耐热系统拓宽了发酵工程菌的最适温度范围，缩短了发酵周期，提高了生产效率，而数量调控基因路线通过控制细胞数量来控制微生物的代谢热，实现了温度可调、维持细胞高活力，大大降低了微生物反应过程中的水电成本，达到了节能降耗和二氧化碳减排的效果，为绿色地球贡献了力量。
　　在具体技术设计方面，BIT-China代表队通过提取并筛选嗜热厌氧菌（最适生长温度80多度）中较优的热激蛋白（Heat shock protien）作为耐热元件，转化导入到大肠杆菌中，从而提高了大肠杆菌的最适生长温度，并利用RNA热敏开关（RNA thermometers）来感应温度信息，实现不同温度下，不同数量的热激蛋白的开启，通过开启的热激蛋白的数量来控制发酵过程中微生物细胞的数量。数量调控体统中，细胞群体感应（quorum sensing）是感应器，通过监控细胞数量来决定下游功能基因是否表达，基因震荡回路（gene oscillator）和细胞凋亡系统（program cell death）则根据上游信息来控制是否启动细胞凋亡和数量调控基因线路。

　　下图展示的是微生物自主耐热系统的原理图，如图所示的是利用RNA热敏开关控制基因开启，表达功能基因热激蛋白（Hsp）的过程。

　　下图所示的是群体感应和数量控制系统的原理图，从群体感应到震荡，最后到细胞凋亡，以达到控制数量的目的。

 　　BIT-China代表队还为此次iGEM大赛的基因元件库提供了一些新的元件。另外，中粮集团对该研究成果有了合作意向，相信很快就可以看到该科研成果被运用到实际的发酵生产中去。

（审核：生命学院 李春）