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金马兰平台登录-挽救珊瑚、促中药西化…广州中学生拿下国际生物竞赛大奖

2019-12-22 18:07:44
[摘要] 广州这群中学生做到了!阻止珊瑚白化促成中药西化……比赛前夕:看30多篇文献作准备,中学生敲开科研之门广东实验中学队和广州中学生联合队指导老师苗老师告诉记者,国际遗传工程机器大赛其实是合成生物学领域最高级别的国际性学术竞赛,旨在培养大、中学生的想象力、创造力和社交能力,激发大、中学生对生命科学探究的热情和团队协作精神。广州中学生联合队:接受研究生式教育,一度想要更换课题全球气候逐渐变暖,海洋生

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金马兰平台登录,在专业实验室里一待就是一个假期,

从合成生物学的理论学习

到基因工程的实践,

中学生也能有模有样搞科研吗?

广州这群中学生做到了!

阻止珊瑚白化

促成中药西化

……

他们用一年时间做的生物课题

斩获国际大奖

近日,广州日报全媒体记者了解到,由广州中学生组成的gdsyzx(广东实验中学队)和gzhs-united(广州中学生联合队)在2019国际遗传工程机器大赛崭露头角,出色演示他们用近一年时间研究的科研课题,斩获全球中学组团体金奖和铜奖,广东实验中学队还获最佳演讲提名。

三百多天的时间里,从跨越式学习合成生物学相关理论到实打实操作实验产出数据,这群学生从一群科研“门外汉”变成了近乎全能的科研团队。担任广东实验中学队社会实践组组长的高中生阮可告诉记者,他们的科研成果将植物细胞工程与合成生物学相结合,利用合成生物学技术为原生质体系统中的红景天苷提供可持续和有效的途径,在中药西化领域有较大的意义。

“这个过程,几乎成为了我们这段时间的全部,你会突然发现自己也能创造那么一些价值。”如今,这群学生从科研的状态中回到了平凡的校园生活,这段经历却留下了深刻的印迹,他们七嘴八舌地说道,有机会,还想再体验一次科研之旅。

比赛前夕:

看30多篇文献作准备,中学生敲开科研之门

广东实验中学队和广州中学生联合队指导老师苗老师告诉记者,国际遗传工程机器大赛其实是合成生物学领域最高级别的国际性学术竞赛,旨在培养大、中学生的想象力、创造力和社交能力,激发大、中学生对生命科学探究的热情和团队协作精神。

“整个课题,都需要学生亲自动手和动脑,没有一点捷径可走。”苗老师说,这群学生早在正式报名前,就知道得花近一年的时间投入其中,像一个科研者一样经历必经的试错、忍耐、探索和黑暗中寻光,其中涉及到基因工程技术,无论是理论还是实验难度都远远超过了中学生的知识储备和实验室操作水平。

“学生们在报名时就知道了,依旧坚持了下来,可以说他们对科研还是很有兴趣。”指导老师关岚岚老师告诉记者,这过程中,学生们都抽出了自己额外的时间进行多个领域的学习,“直到他们能进行课题研究。”

从分子生物学、基因工程学、专业英语到实验安全、实验技术……和这群高中尖子生过去曾接触过的所有东西都不一样,其中一位学生总结道,“科研是做前人没做过的事,是在大量的知识储备和实操技术下进行探索,这种感觉很神奇。”

每个周末,将大好时间统统腾了出来,这群学生便到达一个小小的课室里,针对国际遗传工程机器大赛要求的综合素质进行包括生化实验、数学建模、软件编程、社会实践、艺术设计五大版块的攻坚。

期间,这群学生渐渐地走近了课本之外,涉及数学、物理学、化学、生物学、医学、工程学、信息学、经济学、管理学、法学和艺术设计等诸多学科的大千世界。给学生们上课的老师告诉记者,学生们需要从了解自然的生物系统入手,构建标准化的生物模块,进而改进已有的或设计崭新的人工生物系统。

也是在这段时间里,这群高中生不仅通过课上的理论学习接触这个真实的生物世界,还通过课后阅读大量的科研文献,提高知识储备。一位学生回忆道,“大家当时可能看了不下30篇文献,直到后来,发现理论知识的储备逐渐充足了。”

广东实验中学队:

“任务到了自己身上,无论怎么都得学会”

在这一过程中,广东实验中学队的学生渐渐锁定了自己的课题方向——中药西化,他们选择将植物细胞工程与合成生物学相结合,以期降低生产红景天苷的成本。

红景天苷作为红景天这一名贵中药药材产生药效的主要成分,是重要的生物制药原料,如果将红景天苷的基因转到大米、蔬菜等日常食品中,还能发展功能食品。一位学生解释道,这个项目要成功,就需要通过基因工程技术将产生红景天苷的功能转移到一种常见植物上。

汪彰浩是团队里负责实验的组长,他告诉记者,他们是在知名大学生物学实验教学中心进行操作。“此前已有科学研究指明了红景天中红景天苷的合成途径,而我们要做的便是将合成途径的关键酶转移到拟南芥的原生质体中,看能否在原生质体中获得红景天苷。”

实验在2019年的暑期如期开展。实验室仿佛成了这群学生的第二个家。从克隆、大规模质粒提取、拟南芥原生质体的制备,到原生质体的转染、提取并检测原生质体中的红景天苷……这群学生告诉记者,有的环节往往一做就是一天,有时实验没有进展,只能不断地原地“徘徊”寻找问题所在。

一天、两天、三天……这群学生从最初的好奇和新鲜感中走了出来,走进了科研的无尽的试错和探索中。苗老师回忆道,这群学生很有韧劲,不服输,遇到问题就会一起探寻答案。“虽然有很多前人的基础,但这个实验是没人做过的,对他们来说,精密仪器本身就是挑战,可他们最终还是适应了。”

值得一提的是,科研不仅仅是做实验,还需要数学建模和进行社会实践宣传。为此,团队里的部分学生还通过自学掌握了数学建模和编程等技巧。负责建模的王泓哲、刘腾元告诉记者,“任务到了自己身上,无论怎么都得学会。”最终,这群学生的科研项目在本届大赛中获得团体金奖和最佳演讲提名。苗老师评价道,他们的成功其实印证了红景天苷工业化生产的可能性。而值得关注的是,这群学生设计的生物系统或模块的各个性质进行测定,并注册在数据库中,使之成为新的标准模块,供全球的科学家共享。

“其实我们还在学校成立了国际遗传工程机器大赛社团,我们希望将我们的经验留下来,让大家对科研不再陌生,这是充满趣味的事情。”主要的发起人阮可告诉记者。话音刚落,这群学生便起哄起来——“未来我们还有机会吗,有机会的,做多一次科研。”

广州中学生联合队:

接受研究生式教育,一度想要更换课题

全球气候逐渐变暖,海洋生态环境恶化,珊瑚会在气温上升过程中发生白化的应激反应,进而死去。该如何挽救海里五彩斑斓的珊瑚礁,避免更大的海洋生物圈灾难?广州六中,二中,五中,执信,华附,韶实等中学生组合广州中学生联队则从和珊瑚有着共生关系的虫黄藻着手,在其他植物里找到关键基因,并成功完成体外表达,在探究缓解珊瑚白化的道路上,提供合成生物学方面的理论基础。

“珊瑚和虫黄藻是共生关系。虫黄藻为珊瑚提供食物之余,还通过光合作用使珊瑚礁呈现绚丽的色彩。”来自广州市第六中学的钟铭希是这支广州中学生联队的队长,她告诉记者,“珊瑚之所以会和虫黄藻解除共生关系,是因为随着海水温度的升高,虫黄藻会产生过量的过氧化物,对珊瑚造成损害。因此,珊瑚就会将虫黄藻主动驱逐出去。”

钟铭希称,简要来说,他们队伍要做的,就是在另一种植物里,找到一段负责消除过氧化物的基因:“这段基因表现出来的酶活性更好,如果能将其和虫黄藻成功合成,就能证明这个办法是可行的。”确定了课题,队里的八位成员们从今年三月份起,就开始着手阅读查找大量的中外文相关研究文献。而在另一方面,同学们还要兼顾平时的学业。

队伍里的一位成员刘柯琴,来自广东韶关实验学校,刚刚升上高一年级。她告诉记者,那段时光里,每周一到五在学校上课,在备战中考的氛围下,周末还要坐高铁赶到广州来准备课题和社会实践:“几乎是一上高铁就睡觉,书包里装的全是书,没有出门玩过,感觉对自己的个人能力是很大的锻炼。”

熬过了资料搜集阶段,对于研究课题联队成员们建立了一定的知识储备,从7月份起,同学们就正式进入到了实验室。但下一个更大的挑战已经在等着他们。由于在合成生物学领域,有关珊瑚的课题很少,前人打下的基础比较薄弱,广州中学生联队的实验进展在前期非常缓慢,同学们甚至一度萌生过更换课题的念头。指导老师苗老师告诉记者,在实验的过程中,最大的困难在于,包含关键基因的蛋白一直表达不出来:“蛋白表达不出来,后续的实验就没法做下去,相当于一直停滞着。但是赛事主办方对于实验的数据上传,有严格的时间规定,一旦过了时间,网站就会关闭,时间还是挺紧张的当时。”

尽管实验时间有限,广州中学生联队没有丝毫放松科研要求。“我给他们上课的内容,都是大学的专业课知识。包括进实验室以后,他们接触的蛋白电泳仪、pcr仪、高效液相色谱仪等仪器,在平时中学校园里不可能看到,所以在实验前期有些手忙脚乱很正常。”苗老师称,在实验过程中,一直都是按照研究生的教育模式来对队伍进行指导,重点在于培养他们的自主学习能力,“他们之前没有思想准备,觉得做实验顺风顺水很正常。”

前人留下的基础相对薄弱,从事的是这样具有探索性的实验,按苗老师的话说,“最后结果是什么样谁也不知道”,对于这群广州中学生而言,难度可想而知。“我们整个暑假基本每天都是泡在实验室里过的。每天就是早上过去,一直到晚上离开,还要将实验室复原,打扫干净。所以有时太晚,都是坐夜半公交回家。”钟铭希说,在实验室验证队伍提出来的猜想,过程很枯燥漫长,但自己内心的热情始终很旺盛,“我自己试过最晚十二点多才离开实验室,尽管很累,但感觉很充实,体验到做科研的快乐。”

在同学们日夜奋战下,在今年十月,赶在组委会规定时间前,联队成功完成这段含有关键基因的蛋白体外表达,随之而来的任务依然繁重。谈及此次赛果,钟铭希说,大家原本都期望能拿银奖,都有些失落。但她认为,现在回过头看看,能够在赛场上认识这么多其他地区的参赛选手,看到别人的研究课题,这段经历最宝贵:“第一次熬夜做实验,第一次组建一个队伍分配、调控每个人的任务,包括在国外参赛的许多小细节,是我最大的收获。和这次交流学习的机会比起来,拿什么奖无足轻重。”

广州日报全媒体文字记者:苏赞、吴阳煜

图: 受访者提供

广州日报全媒体编辑:陈雅诗

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