通讯员 杨芳 科技日报记者 金凤
近日，2025年国际基因工程机器大赛（iGEM）在法国巴黎落下帷幕。记者从南京工业大学（以下简称“南工大”）获悉，该校两支队伍聚焦友好环境、绿色发展，在与全球400余支高校代表队的角逐中表现优异，分别斩获全球金奖。
其中，南工大生物与制药工程学院教授陈可泉领衔指导的团队，研制出一种绿色低碳的聚酰胺生成方式。而该校食品与轻工学院教授江凌领衔指导的团队，为解决宠物临床抗生素耐药性这一难题提供了新方案。
智能细胞工厂实现“一菌双产”
聚酰胺54，作为聚酰胺家族的新成员，是家族里的“环保优等生”，然而其原料须由“生物基尸胺”和“生物基琥珀酸”两种菌种生物合成，不仅流程复杂，需使用大量酸碱中和剂，还会产生废盐、二氧化碳等废弃物。
“此次比赛中，我们创制智能细胞工厂，利用葡萄糖同步生产生物基尸胺与生物基琥珀酸两种物质，实现酸碱自中和与原位二氧化碳固定，取得了环境友好和碳减排的双重效果，打造了一种聚酰胺绿色低碳的生产方式。”陈可泉介绍，借助合成生物学技术，团队在2025年国际基因工程机器大赛中斩获全球金奖、最佳提升元件奖，并获得最佳生物制造项目提名。
“为了打造智能细胞工厂，我们选用大肠杆菌NT1003作为‘底盘细胞’，通过合成生物学手段，对其进行了精巧的设计改造。”南工大生物与制药工程学院学生、队长朱楚宁介绍说，在老师们的指导下，他们为菌株安装了“基因开关”，改造了关键酶、调控了酶的辅助因子，破解了传统方法制造聚酰胺54需要“两个不同的微生物团队”，分别制造尸胺和琥珀酸的繁琐流程，精准控制实现了“一菌双产”，即一个经过工程改造的大肠杆菌，在厌氧阶段同时生产尸胺和琥珀酸。
南工大生物与制药工程学院学生、干实验组组长周宸熙介绍，团队搭建了多尺度计算框架，通过系统动力学模拟、酶理性设计、代谢网络优化三大模块为湿实验组提供改造位点，其中利用AI辅助设计与理性改造，对关键酶——赖氨酸脱羧酶进行优化，引入二硫键作为“分子稳定器”的策略，使其酶活性提升113%，荣获了最佳提升元件奖。
“‘一菌双产’破解了传统工艺的环保痛点，智能细胞工厂不仅简化了传统生产流程，还显著减少了中和剂使用量和废盐排放，实现了绿色、低碳制造。未来，团队将继续推动该技术的发展，让合成生物学的创新成果真正赋能环保产业，助力绿色低碳发展。”南工大生物与制药工程学院副教授、指导教师冯娇介绍。
新型抗菌敷料守护宠物健康
随着宠物饲养量持续增长，狗癣、猫癣等皮肤细菌感染已成为临床常见问题，目前，业界通常采取抗生素疗法。但抗生素的过度使用会导致耐药菌株频现，治疗效果下降。
“就像超级细菌的出现一样，宠物细菌对抗生素也在不断‘升级防御’。”指导团队夺得全球金奖及最佳新元件奖的江凌解释道，团队利用合成生物学技术，通过“新型抗菌肽挖掘—经典抗菌肽优化—高效表达体系构建—功能性敷料整合”的全链条研究，设计出宠物皮肤细菌感染的安全、高效治疗的宠物抗菌敷料，从而解决传统抗生素耐药性强、抗菌产品成本较高等问题。
“抗菌肽作用于细菌细胞膜，会破坏细胞膜，进而使细菌裂解死亡。”南工大食品与轻工学院讲师、团队指导教师孙杨介绍说，团队采用的“抗菌肽”是生物体内的小分子肽。与传统抗生素作用机制不同，小分子肽可以通过物理方式破坏细菌细胞膜结构，使细菌中的糖、蛋白质等内溶物外泄而导致细菌死亡。
“这好比精准打击，直接击穿细菌的‘城墙’，使细菌难以通过变异来应对这种物理性攻击，从而有效规避耐药性问题。”孙杨解释。
据介绍，这支团队特别“混搭”，涵括了从食品、生工到计算机、机械等学院的师生，有人负责搞技术、有人负责做实验、有人负责对接需求。
为确保抗菌肽的高效性与安全性，团队采用“计算筛选+实验验证”的双轨研发策略。南工大2011学院学生、干实验组组长闫泽宇介绍：“我们首先从江凌教授构建的特殊环境微生物菌种基因库中，通过机器学习筛选获得新型抗菌肽NJT-LYY-742，同时对已知抗菌肽进行理性设计改造，提升其稳定性和杀菌效率。”
南工大生物与制药工程学院学生、湿实验组组长刘和钰补充说，团队通过大肠杆菌表达系统成功量产抗菌肽。“实验显示，仅需3.13微克/毫升浓度，即可有效杀灭常见病菌，其膜破坏机制确保杀菌彻底有效。”
南工大食品与轻工学院学生、人类实践组组长杨亦柠介绍，光有抗菌肽还不够，得方便宠物主人使用。团队又把抗菌肽负载于特殊水凝胶基质中，制成类似创可贴的敷料。“这种材料既能持续释放药物，又具备良好的生物相容性和机械强度，能够较好地适应宠物皮肤，比传统药膏方便多了。”
iGEM是合成生物学领域的顶级国际赛事，已覆盖全球60余个国家。赛事以“用标准化生物元件设计人工生物系统”为核心，鼓励跨学科协作，结合生物实验、建模、设计等能力，解决环境、医疗、制造等现实问题。
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