跨學科的火花：iGEM奪冠背後的故事
近日，香港科技大學（廣州）代表團隊Coral Cola在2024國際基因工程機器大賽（International Genetically Engineered Machine Competition, 簡稱iGEM）中斬獲金牌，並獲最佳新基礎部件（Best New Basic Part）提名獎。
這支隊伍由15名大二本科生組成，由系統樞紐生命科學與生物醫學工程學域助理教授林橋津老師發起/統籌指導。隊伍亮相國際賽事舞台，首次參賽即斬獲金獎，實現了我校參加iGEM從0到1的突破。
團隊參賽項目如何確定？團隊成員在項目執行過程中如何合理分工？老師都給予了哪些科學指導？跨學科的知識如何應用到項目中？港科大（廣州）本科生採取大類培養的模式對學生參與競賽都有哪些幫助······
本期邀請了指導老師林橋津為我們揭秘iGEM奪冠背後的故事。
Q1：本次獲獎的團隊參賽項目的選題是如何確定的？如何評價團隊項目的創新性與實際應用價值？
團隊的參賽項目聚焦於研發一種創新的珊瑚「防晒霜」。隊員們利用基因工程技術，為珊瑚礁表面的微生物巧妙植入了光和熱感受器。這些微生物在晴朗天氣下，一旦感知到強烈陽光和海水溫度的上升，便會大量合成一種源自海葵的藍色色素蛋白。這種色素蛋白能夠有效減少直接照射至珊瑚內部的陽光量，從而為對光熱極為敏感的珊瑚提供了一道堅實的防護屏障。
自組隊完成後，從今年2月起，我們便在每周四晚上開會，熟悉比賽規則、討論選題，並規劃任務和分工。團隊成員從個人興趣出發，通過「頭腦風暴」的方式，激發了許多富有創意的課題構想，其中包括隊長徐畫提出的「夜光蚊子」等共計20多個精彩的題目。在接下來的兩個月里，每個課題的提案人投入了大量時間進行文獻查閱與小組討論，學習更多理論知識，逐步將初步想法轉化為更加具體的實施方案；其餘成員則參與評估項目的可行性、創新性以及社會價值。最終通過投票方式，我們確定了將當前這一既具環保意義又富含地域特色的珊瑚保護項目作為參賽選題。
通過這個課題，同學們深刻認識到，全球氣候變化導致的珊瑚白化現象正日益嚴峻，這不僅對海洋生物多樣性構成了巨大威脅，也對沿海地區的經濟與生態平衡產生了深遠影響。我們所在的南沙區緊鄰大海，這一選題來源於同學們對當地環境的關心，也展示了大家對從事全球海洋保護事業的決心。通過深入採訪與實地調研，團隊成員發現，當前利用合成生物學手段進行海洋生態保護的研究尚屬稀缺。這一發現進一步激發了他們的研究熱情與使命感，使他們更加堅定地致力於運用所學知識，為保護珊瑚礁探索出一種全新的生物技術解決方案。值得一提的是，團隊為此設計的生物元件也獲得了Best New Basic Part（最佳新基本生物元件）的提名獎，這也是對我們項目的原創性和科學價值的肯定。
Q2：您在項目開展過程中提供了哪些科學指導？團隊成員在項目執行過程中如何合理分工？
在項目開展過程中，我更多地是以「聆聽者」而非「主講人」的身份出現。隊員們展現出了極高的自主學習熱情，他們通過查閱科學文獻、瀏覽社交媒體、利用AI工具等多種途徑，主動獲取項目所需的理論知識和方法技能。此外，他們還通過隊員間相互答疑解惑、求助學長學姐、諮詢校內外專家以及實地走訪漁民和水族館工作人員等方式獲取信息。當團隊遇到難題時，我會向團隊分享過往經驗和辦法技巧，同時鼓勵大家勇於探索新方法。實踐證明，同學們的奇思妙想往往能帶來更多驚喜的突破，有時甚至比我所熟知的方法更勝一籌。
15人的團隊根據比賽任務的要求，分為了6個專業小組，包括了濕實驗組、數學建模組、Human Practices（HP，人類社會實踐）組、科普教育組、wiki（網頁）組和新媒體組，每個組有1-2名組長，負責小組內的溝通協調和任務分配，確保小組工作能夠高效完成。大部分同學都參與了不止一個小組的任務，例如，HP組的組長賴斯和科普教育組的組長申洲安，在肩負各自小組領導職責的同時，也積極地作為組員參與了濕實驗組的工作。這種跨小組的參與方式不僅鍛煉了他們的領導才能，還讓他們學會了如何有效地支持和幫助其他團隊成員，促進了團隊內部的知識共享和技能互補。
Q3：團隊如何將跨學科的知識應用到項目中？您認為在科研項目中，團隊合作最重要的因素是什麼？
區別於傳統的學科競賽，iGEM本身就是一個重視多學科融合的綜合性比賽。首先，團隊會進行充分的社會調查和實踐活動，收集課題的可行性、實用性及行業現狀數據。隨後，這些信息被融入生物實驗和數學建模的設計與實施中，形成engineering cycles（工程閉環），並經過多次迭代優化成品的設計。最後，所有成果用Team Wiki網頁形式記錄與呈現。因此，完成一個iGEM項目需要運用生物學、工程學、數學、計算機科學、人文社科、新媒體技術、創業技能等跨學科知識，強調隊員們需發揮觀察力、自主學習能力和資源發掘能力，確保多學科知識得以有效整合與應用。
在科研項目中，團隊合作最重要的因素是溝通和協作。由於隊員人數較多且任務複雜，因此需要明確的分工和及時的進度更新與反饋，從而消除隊員之間的信息差。無論是日常出勤管理，還是策劃大型科普講座，保持成員間的無障礙溝通都是項目成功的關鍵。
Q4：本次參與競賽的學生還未分專業，對非生物醫學專業出身的他們來說，遇到過哪些挑戰和困難？您是如何引導他們克服這些挑戰的？
所有參賽隊員都是大一下學期加入隊伍的，除了少數隊員高中階段參加過生物奧賽或者選修過春季開設的《普通生物學》課程外，大部分隊員的生物學知識停留在高中課本階段，確實面臨著專業知識技能欠缺的問題。一開始我和其他老師也有過這樣的擔心，一度建議同學們推遲一年正式參賽。但「初生牛犢不怕虎」，同學們懷着對比賽的極大熱情，用實際行動克服困難，也給了我滿滿的信心。隊員們主動邀請BSBE、SMMG、EOAS等學域的老師和學長學姐們開設研討會和工作坊，為同學們講授專業知識、分享實驗技能。在此我也代表團隊對各位老師和同學的支持表示衷心的感謝！隊員們也走出校園，拜訪了清水灣校園的海洋實驗室、廣州海洋實驗室、中國科學院南海海洋研究所等從事海洋生物學研究的科研人員，請教海洋生物養殖和實驗技術。
Q5：港科大（廣州）本科生採用大類培養的模式，您覺得這樣的培養模式對學生參與競賽都有哪些幫助？
我校採用的大類培養鼓勵學生跨學科學習，這為團隊成員構建了一個寬廣的知識基礎，這恰恰是競賽項目所需要的。在這種培養模式下，每位團隊成員都能根據個人興趣和職業規劃選擇課程，因此他們的專長和擅長的領域也各不相同。比如，Wiki組長劉博文、數學建模組長劉丹晨、科普教育組員彭瑛文，分別在網頁搭建、大語言模型訓練、科學繪圖領域有非常突出的表現。這種多樣化的技能組合使得團隊成員在面對競賽挑戰時，能夠從多個角度思考問題，調動各自的人脈和資源，共同攻克難關。正是這樣的多樣化使得隊員間可以相互學習、取長補短。
在這過程中，我也從同學們身上學到了很多新知識。讓我印象最深刻的是，同學們介紹了各種有趣和實用的AI工具，彷彿為我打開了一個全新的世界。
Q6：您認為本次競賽，對參賽學生在未來專業與研究方向的選擇上會有哪些幫助？
通過本次競賽，同學們對合成生物學與生態保護有了更深入的理解，他們不僅豐富了理論知識，更在實踐中親身感受到了跨學科學習的獨特魅力。同學們親眼見證了如何巧妙融合不同的專業知識來解決實際問題。相信這些寶貴的經驗將成為同學們未來在選擇專業和研究方向時的重要指引，幫助他們更加清晰地確定自己的興趣所在和職業目標。
Q7：作為指導老師，您對想參加科研競賽的同學有哪些建議？
對還在猶豫自身是否適合參與科研項目或競賽同學們，我想說：科學研究是一件非常有趣和炫酷的事情，它不僅僅是一次學術探索，更是一次自我挑戰和成長的旅程。如果你感到好奇，不妨勇敢地嘗試！
我本科階段在清水灣學習時，作為隊員和顧問參與了兩屆iGEM比賽以及四個學期的本科生研究計劃（UROP）。這些寶貴的科研經歷不僅讓我更加堅定了自己今後的科研道路，還讓我發掘了最感興趣的研究領域——分子神經生物學，這也是我們課題組目前聚焦的研究方向。
科研訓練或許不在你現在的「舒適圈」中，它需要我們打破常規的課程學習和生活模式，去挑戰未知、探索未知。但正是這樣的挑戰，讓我們有機會發現那些「隱藏款」的驚喜。或許你會在實驗中偶然發現一個新的現象，或許你會在閱讀文獻時突然靈光一閃，這些都可能成為你科研生涯中的轉折點。
如果你決定抓住學校為本科生提供的各種科研機會，那麼我希望你能全身心投入其中。不要害怕失敗，主動與老師和同學交流，共同探討解決科學問題的方法。
科研是一場馬拉松，而不是短跑。它需要我們保持持久的熱情和耐心，不斷積累知識和經驗。
最後，祝所有同學在科研道路上所願皆所得，成就更好的自己！
