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东北林大iGEM团队在实验室里“写”出“酵母鸡毛信” 获得国际遗传工程机器设计大赛金奖

   中国教育在线    2018-11-02

  中国教育在线 讯 如何保护不想被外人知道的信件内容?凯撒大帝发明了给信件加密的原始方法,发展至第二次世界大战的密码战争,信息加密与传递已经变得抽象而复杂,甚至跨学科延伸,时至今日它仍是人类智力上最残酷、最高级的较量。
  一个馒头、一罐酸奶、一把粉末……这就是东北林业大学27个本科生的“鸡毛信”,更令人想不到的是,信的内容是以酵母菌基因序列写就,这些“信件”自带定时销毁功能,让妄图窥探秘密者无处下手。凭借这个脑洞大开的创意、严谨的团队协作实验成果、前景广阔的实际应用价值,他们斩获了2018年iGEM大赛金奖,并荣获大赛唯一的最佳信息处理单项奖。


  “侃大山”迸发出iGEM大赛金奖创意灵感

  iGEM大赛(国际遗传工程机器设计大赛)是由美国麻省理工学院主办的合成生物学领域内最高级别国际性学术竞赛。10月28日,2018年iGEM大赛在美国波士顿落幕。哈佛大学、麻省理工学院、牛津大学、北京大学、清华大学等全球343所国内外顶尖高校的参赛队伍进行了激烈角逐,东北林业大学代表队再度夺金,并荣获大赛唯一的最佳信息处理单项奖。这是东北林业大学在该项赛事第二次获得金奖,首次获得单项奖。

  队长潘佳松形象的比喻说,这个竞赛是通过合成生物学手段,将人工生物模块作为积木,搭建设计者想要的城堡,竞赛的主旨是推进生命科学研究和创新在生产生活中的应用。

  东林代表队参赛项目“酵母信息安全传输”,被同学们戏称为“酵母鸡毛信”,创意最初肇始于文学作品和同学之间的聊天。生命科学学院生物技术专业大三学生鄢胜镒突发奇想,将合成生物学与加密解码技术结合起来,让酵母菌成为加密的信件传递信息。队员宋维叶补充解释说“如果把传统意义上的加密信息比喻为普通信件,现在携带信息的酵母菌就是保险柜,没有给定的解码方案,这个保险柜就是不可破解的。”

  “酵母信息安全传输”以合成生物学为手段,项目最终的目的是确保信息安全,队员们将英文字母与酵母菌的基因序列转换,并设置多层混淆信息,只有通过正确方式进行生物学解码,才能获得他们提前写入的信息——我们来自中国哈尔滨东北林业大学。

  为了保证生物安全性和设置可控的信息有效期,携带信息的酵母菌通过数学建模人为控制凋亡,存活十几个小时至几天的时间,也就是说,这些信息能够被定时销毁。

  整个项目具有浓厚的跨学科属性,不仅仅在生物实验室完成,来自理学院和计算机学院的队员负责信息加密解码、自然语言到密码语言的转换、参赛网页设计。并凭借出色的信息处理成果,斩获了最佳信息处理单项奖。


  金点子背后是数不清的汗水

  实现创意、获得荣誉,并非说起来那么轻松。早在去年12月,全校范围内的招新活动就开始启动,经过针对性学习和淘汰考核,优胜者自由组成项目团队,每周开组会研讨方案汇报进展,最终由生命科学学院的专家投票确定最终参赛项目。

  东北林业大学生命科学学院教授、指导教师曾凡锁感慨地表示,金点子背后是数不清的汗水,“只有经过丰富的专业知识积淀和大量实验操作,才能产生可实现的创意。”

  整个创意和实验都是学生独立完成,过程中遇到的难题数不胜数。“开始遇到困难简直想薅头发,后来每天都有困难,已经见怪不怪,有问题就去解决好了。”实验组队员张一彬说,有一次理论数据和实际测试数据怎么都对不上,最后发现理论数据是针对动物细胞的,酵母菌有细胞壁,破壁后再测,数据就对上了。

  现场答辩环节采用全英语交流,评审组成员来自全球,口音各异,导致现场表达不够干脆流利,留下了诸多遗憾。但瑕不掩瑜,东林代表队在赛事过程中收获了很高的关注度,iGEM大赛组委会给予了很高的评价:通过巧妙的设计有效的保护信息、有较高的实际应用价值。

  “作为老师,我看到的总是缺点和不足,希望我的学生们走得更远,取得更优异的成绩”。生命科学学院副院长、带队教师隋广超表示,一些环节还需要更多时间去验证理论完善实验,还要进一步寻找科研突破口。也许用不了多久,这些酵母菌会以信息载体的身份走出实验室,走向现实生活。

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