你或许会很难想象，
有一天，
人类能够像装配零件一样，
将自己设计出的细胞、微生物，
组装成一个协调运转的新整体，
进而控制其完成任务。
不过，这样充满未来感的故事，
其实正在当下发生，
并形成了一门生物科学分支学科——
合成生物学。
不久前，美国波士顿海恩斯国际会议中心，浙江大学代表队ZJU-China在浙江大学生命科学学院陈铭教授的带领下，以项目家用HPV检测仪“PaDetector”斩获国际基因工程机器大赛（iGEM）金牌。这也是自2010年参赛以来，浙大代表队收获的第七枚金牌。
ZJU-China团队与国际基因工程机器大赛评委合影
ZJU-China团队与国际基因工程机器大赛评委合影近二十年来，中国的宫颈癌发病率持续上升。可是由于种种原因，HPV（人类乳头瘤病毒）检测作为宫颈癌有效预防措施之一，却在普及过程中屡次碰壁。这一方面不利于女性的身心健康，另一方面也加重了医疗卫生机构的负担。
因此，在陈铭教授的指导下，ZJU-China团队经过几轮选题，综合比较可操作性与现实意义等因素后，将目光聚焦了在“方便简洁的HPV自检方法”上。
设计初期，团队的设想是，通过添加精细装置，在卫生巾内“一步到位”地完成检测过程，直接将结果通过颜色可视化。但在卫生巾制作流程的实地考察中，队员们与制作厂商交流后发现，这种方法的成本太高，只好将检测设备单独分离。
他们以女性经血作为样本，结合两种常温检测方法，在设计、制造、改进3个版本后，最终呈现出了用于HPV早期筛查的家用HPV检测仪“PaDetector”。
“PaDetector”的原理基于针对性强、灵敏度高的CRISPR/Cas12a系统。实验过程中，操作者首先需要破裂宫颈上皮细胞样品，用RPA扩增获得HPV基因组，然后通过Cas12a蛋白的核酸酶活性指示进行检测，并使用紫外手电照射反应液，以观察结果。
为进一步提高“PaDetector”的高通性，实现在一次反应中同时检测多种HPV亚型，团队之后还设计了另一种利用核酸杂交链进一步放大信号的方法。
而在实际的日常应用中，用户其实只需要取下卫生巾夹层内的装置，将收集的经血样本放入“PaDetector”，静置40分钟至1小时，就可以看到检测结果，非常符合团队当时提出的“简便”原则。
“PaDetector”示意图
分工明确，通力合作，准备充分的他们终胜出本次参赛队伍ZJU-China由浙江大学生命科学学院、医学院、竺可桢学院、农业与生物技术学院、计算机科学与技术学院和控制科学与工程学院共6个院系的12名本科生组成。
团队大致被分为“湿队”和“干队”两支队伍。“干队”负责软件部分，“湿队”负责实验部分。队长苏键解释了两支队伍的划分依据：“由于实验通常需要接触溶液、培养基这些潮湿的东西，所以实验队被称为‘湿队’，相应地，软件队就被称为‘干队’。这也是比较通用的划分方法。”
工程浩大、细节繁琐，团队内部经常会产生分歧，但好在队员们都有着同一个目标，始终能够将不同意见放到台前探讨，在愈辩愈明中，找出合适的答案。
ZJU-China团队的实验室，白板上写着：
-If we knew what we were doing,
it wouldn't be called research, would it?
-Absolutely Right.
与理念分歧相比，实际操作更显得状况百出，几乎每位队员都遇到过意料之外的情况。
对于“湿队”队员们来说，实验结果是他们挂在心头的重中之重。
2019年的暑假期间，因为自行设计的方法始终无法分辨HPV16和HPV18两种病毒，队员苏键“几乎做了一整个假期的实验”。他在百思不得其解中郁闷抓狂，最后却还是决定冷静下来，耐心地一项项排除可疑因素。
直到借用另一种实验方法后，苏键才找到了令他啼笑皆非的错因——他在实验中混淆了病毒载体。解决完这个颇有些“乌龙”意味的问题，随后的实验进展十分迅速，苏键终于顺利地得到了预期结果，“松了一口气”。
实验室黑板上的时间安排
随后的十一假期，队员李文晓本想将这段时间专门留给“PaDetector”，却忘记了生物公司放假，不能向她及时寄送实验所需材料。这让她暗自懊悔“错过了多好的时间”，只能在假期结束后，课堂实验室两头跑，更加高效地进行实验。实验成功后，她甚至为了庆祝，将微信头像直接换成了实验结果。
随着截止时间的推近，团队的安排愈发紧锣密鼓，队员之间也渐渐模糊了一开始划分的界限，每个人都要身兼数职。李鸿屹主要负责数学建模工作，但为呈现出最好的视觉效果，他同样参与了网页的后期修改工作，以保证“PaDetector”项目网站的内容质量和展现形式。
除此之外，ZJU-China的队员们还前往低碳科技馆，借助主题卡片，向小朋友们科普了HPV知识，希望借此提高其健康意识；更和两支中国区高中队伍共同主办了“高中版国际基因工程机器大赛”，邀请大赛官方人员出席，指导高中生实验室安全规范、项目原理，得到了参与者们的一致认可。
ZJU-China团队成员合影
正是因为保持着齐心协力的状态，扎扎实实地完成了繁杂艰巨的前期任务，踏上大洋彼岸的决赛场地后，队员们并没有感受到特别紧张的氛围，反倒纯熟自如地将作品展现给了世界。
最终，国际基因工程机器大赛的评委们高度肯定了“PaDetector”，认为它是ZJU-China团队对身边问题提出的合成生物学解决方案，其中运用的两种HPV检测方法，能够应用于检测病毒、癌症、基因突变等不同场景，具有很高的泛用性和可升级性，并决定将金牌颁发给ZJU-China团队。
这个获得奖牌的喜悦时刻，成为队员们的难忘瞬间。当然，有关国际基因工程机器大赛的别样记忆里，必定也少不了他们在台上的亮眼表现、与优秀同龄人的精彩研讨、赛后犒劳自己的波士顿大龙虾……
但更被队员们挂在嘴边的，还有一幅丢失在遥远回国路途的主题海报。它成为此次大赛之行，队员们唯一的遗憾——“应该把海报筒封好的”。
主题海报
而对于该项目的发展前景，团队指导老师陈铭教授指出，目前宫颈癌在中国的问题还比较严重，团队在实现HPV的家用检测上有了很好的探索。同时，陈铭老师鼓励团队的同学们将相关的经验拓展至当前对新冠肺炎检测的探索中。当然，他也表示，该项目具有较好的发展前景，但真正应用到临床还需不断完善，尚需时日。
国际基因工程机器大赛（iGEM）简介国际基因工程机器大赛（iGEM）是合成生物学领域的国际顶级大学生科技赛事，旨在推动合成生物学的发展，促进各国大学生在该领域的学习、交流与合作。这项赛事由麻省理工学院于2003年创办，初期主要面向在校本科生，后逐渐扩大到研究生以及高中生。
国际基因工程机器大赛
国际基因工程机器大赛尤其强调“Local people solving local problems”，号召参赛者深入自身环境解决问题，构建并利用基因回路和数学模型，实现对人工生物系统的预测、操纵与测量，其趣味性和实际应用性极富挑战力和吸引力。
目前，大赛已有哈佛大学、剑桥大学等多所世界著名高校的年轻人报名参加，其赛况和研究成果也受到《科学》、《自然》、《科学美国人》、《经济学人》等顶级学术杂志的关注，几乎每年都有相关专题报道。
文字记者：雷思涵
图片由受访者提供
本文编辑：浙江大学微讯社 陈晗钰
责任编辑：周亦颖
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