iGEM @ Taiwan─參賽現狀與競賽本質

2012/12/11

蔡尚叡

合成生物學是什麼?iGEM又是一個怎麼樣的比賽?Connectome 一直鼓勵大家跨出舒適圈、勇於做不同的嘗試。在各校 iGEM 招生報名前夕,我們邀請到台灣醫學生研究通訊主編,同時也是陽明大學 2011 年 iGEM 計畫設計人蔡尚叡來為大家整理 iGEM 競賽以及台灣的參賽現狀。同學們,就趁這個機會來了解一下吧

iGEM (International Genetically Engineered Machines competition),直譯全名《國際基因工程生物機械競賽》,屬於與生物學新興領域─「合成生物學」密切相關的一項大學生國際性競賽[另可參見科學月刊之報導]。其宗旨為鼓勵學生使用正向工程 (forward engineering) 思維,將當前對於生物系統的各項知識,化為主動建構的理論基礎抽象規則,並通過乾式實驗的數據模擬與濕式實驗的實際操作,著手建造自然界從未存在過的嶄新生物系統 (biological system)

iGEM 起源於 2003 年麻省理工大學 (Massachusetts Institute of Technology, MIT) 系統生物學課程的一份課堂演練,旨在透過基因工程的理性設計,使改造後的細菌隨時間經過而明暗閃爍。2004 年 iGEM 於美國本土五所知名大學的參與之下正式開辦,當時,“i” 之全寫為 inter-collegiate,意為「大學之間的」;在各隊執行自行設計的短期計畫以後,編寫各隊專屬的 wiki 格式隊伍網頁、呈現其研究計畫構思與結果,並於當年 11 月初,在 MIT 舉辦公開發表競賽 (iGEM舉辦方稱為“Jamboree”),此參賽模式自 2004 年起,即被往後歷屆 iGEM 不斷重複。

及至 2005 年,Nature Biotechnology 以專文描述這項成果,使得 2006 年之後推廣至全世界,當年共有 32 所大學報名參加,自此,乃改其 “i” 為 international 之意。近年來,則因為參賽隊伍數目日漸增加,iGEM 官方決定於 2011 年將賽制更動為兩階段選拔,並分劃三大地區 (亞洲、美洲、歐洲) 進行地區初選競賽。2012 年更進一步將美洲區劃分為美東與美西兩區,並將南美洲獨立為一區,形成五大區並立的初選模式,約 1/3 中選隊伍可晉級世界決賽。

這項比賽的參賽成員預設為大學部學生,但也開放部分名額 (需佔全隊人數 1/3 以下) 的研究所學生參與組隊;世界趨勢約為一般大學部三~四年級學生組隊參加,而台灣各隊伍的成員年級則多為大一大二學生。比賽當中,用以建構生物系統時,所用到的生物元件 (biological parts) 可由各隊自行籌措,亦可使用iGEM官方提供的生物元件包 (DNA Kit of Parts; Distribution Kits),但其最大的特色是標準化每一段 DNA 序列之間鏈接的序列 ─ 此種鏈接規則為 iGEM 創辦人之一 Tom Knight 透過電腦程式篩選各種限制酶所設計出,特徵是不管執行幾步驟、或是從頭端或從尾端接入,拼裝成的總體生物元件 DNA 序列依然只存在著其於最頭端與最尾端的固定限制酶切位 [細節請參考這裡]。

[註] ¶. 生物系統元件的概念,若放在「基因體序列就是生命的軟體 (genome is the software of life)」的概念下考量,便指稱基因組上,具有最小功能性單位的 DNA 序列片段,其可能是 microRNA, 功能基因, riboswitch, ribosome binding site (RBS), terminator…, etc.

又因為此制度實乃 iGEM 主辦方為了避免各隊伍持有之生物元件的智財權利爭執、各隊之間的資源不對等、以及為推展學術競賽動能,而特別採用的開放原始碼 (open source model) 模式,因此,為維持原始碼資料庫的流通,iGEM 官方採取近似於「創用 CC (Creative Commons)」的策略,強制所有參賽隊伍在建構其生物系統時,所新增與組裝的生物元件,皆須於 Parts Registry 網站中登錄,並於隊伍專屬 wiki 格式網頁編輯終了之前,將各生物元件之實體 DNA 克隆 (clone) 至指定質體上,寄發至位於 MIT 的 BioBrick Foundation 總部存放。

競賽內容方面,則由 iGEM 主辦方,按照專注的應用領域與問題本質,分為以下八大類組 (tracks),供各隊報名時選擇;各類組的優勝者將會於第二階段世界賽 (World Championship) 統一頒發,名額歷年來多約 1~2 隊:

  • 創新應用 (New Application)
  • 食物與能源 (Food/Energy)
  • 健康與醫藥 (Health/Medicine)
  • 環境 (Environment)
  • 工藝與製造 (Manufacturing)
  • 軟體工具 (Software Tools) a
  • 基礎進展 (Foundational Advance) b
  • 資訊處理 (Information Processing)c

[註] a. 此類組無須進行濕式實驗 [註] b. 基礎進展的計畫主題,專注於從基進觀點出發,改善合成生物學周邊技術 (如: 質體與Biobricks之ligation, 模式生物操作平台 (Chassis) 之設立…, etc.) 與其探索其領域的基礎概念 (如: 非自然分子生物學, 生物加法器…, etc.) [註] c. 資訊處理類組之計畫舉例如就一個目標明確的建構系統,做出控制良好、且具有合成生物學基礎研究意義的數據測量與整理 (例如: 2010 年 iGEM ETHZ_Basel team )

國內最早參加的大學為國立陽明大學,自 2007 年起參賽[陽明2007],而國立交通大學慈濟大學亦從 2009 年起加入組隊行列,另外,國立台灣大學也於今年 (2012) 第一次組隊參賽。回顧過往,台灣隊伍曾屢次獲得 iGEM 官方獎項的肯定[2007, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012]:

  • 2007 年陽明大學獲得金牌獎
  • 2008 年陽明大學進入世界前六最終名單 (finalists),並獲銀牌獎
  • 2009 年交通大學獲銀牌獎、陽明大學與慈濟大學同獲銅牌獎
  • 2010 年台灣三校隊伍皆獲銀牌獎
  • 2011 年亞洲賽陽明大學獲金牌與晉級世界賽資格,交通大學獲銀牌獎,慈濟大學獲銅牌獎
  • 2012 年陽明大學獲金牌獎、晉級世界賽資格與特別獎─最佳原生基因組件 (Best New Natural Biobrick Part),臺灣大學與交通大學皆獲金牌獎與晉級世界賽資格。

對外而言,iGEM 在台灣各隊大學生之間的橫向連結與對外窗口於近年來愈加頻繁,從 Facebook 相關資訊交換社團的成立、全台灣iGEM 隊伍實體聚會 (Taiwan iGEM meet-up)、各參賽隊伍的 Facebook 粉絲專頁[台大陽明交大]、各隊伍獨立架設經營的網站或部落格[陽明慈濟台大]、到醫學生研究獨立組織《醫學生研究通訊》的相關報導,已漸漸加深大學生對於 iGEM 此競賽的認知與合成生物學的概念。

對內而言,iGEM 對於大學生的衝擊在於能有機會獨立擬定研究計畫並規劃執行之,至少據個人所知,歷年陽明大學 iGEM 團隊與今年台灣大學 iGEM 隊伍皆採自由腦力激盪 (brainstorming) 後的多階段題目篩選,以決定各隊伍的年度計畫。並且,所有實驗皆交由學生主導規劃,帶隊老師則從旁指導並給予意見。

此舉與一般實驗室經驗的差異在於:學生能夠且必須面對科學與科技研究題目設定時的各項因素,如:理論背景探索、題目創新度、實驗技術可行性與預算管理、團隊合作與意見整合、執行進度管理、對外呈現技巧…等,皆是身為一個大學生、甚至是對於研究生們,難能可貴的經驗。其促使學生與真實世界科學研究之運作模式格外貼近,其程度之大,面向體會之廣,甚至可稱為提供了參賽學生體驗「職業快轉 (career fast-forward)」的契機。筆者曾身為 2011 年陽明大學 iGEM 隊伍的計畫設計人,對於這項宣稱的真實性極為認同。

另外,iGEM 所處在的合成生物學領域背景,更是大開一般具生物背景學生們眼界的良好契機!若你剛好正在尋索「iGEM究竟能帶給你什麼」的深層答案,那麼,下面這一個段落也絕不會讓你失望的!

舉凡對於各種生物傳統分子生物學找出的生化迴路 (circuits) 與回饋機制的檢驗與再拼裝、由主動建造的過程當中,了解生物系統與生命現象運轉之各項基本設計要件限制性、思考仿造 IT 產業進行的生物元件標準化,與提倡開放原始碼的背後原因、拓展自己對於生命形式生命概念的想像,甚至是與當前跨領域藝術的生物美學 (BioArt; Bio-aesthetics) 產生碰撞邂逅…等等,皆是使得大學生從 iGEM 當中收穫滿滿的可能途徑。無論你來自哪個領域,對於生物與生命有興趣、關注的是哪些面向,只要你的心夠大,iGEM 一定會是個使你盡興的地方。

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延伸閱讀:

陽明大學 iGEM 專訪 - 張傳雄老師與蔡尚叡同學訪談, 台灣醫學生研究通訊 TMSRC第十八期 (monograph published on the Internet; last retrieved on 2012/12/11):

http://twmedrescomm.blogspot.tw/2012/07/blog-post.html

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iGEM 台大隊- 連絡人- 吳岸叡:anjui1988426@yahoo.com.tw

iGEM 陽明隊- 連絡人- 駱彥辰:lo6203@yahoo.com.tw

 

文章編輯者

pattytsai825
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關於作者

蔡尚叡
高雄人,陽明大學醫學系醫師科學家學程六年級肄業,目前於約翰霍普金斯大學醫學院神經科學研究所就讀博士班;曾任台灣醫學生研究通訊編輯、2011 年陽明大學 iGEM 團隊計畫設計兼主持人,學術興趣為神經刺激與訊號感測科技的開發、合成生物學、高階認知功能的神經科學。

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