如何复现实验
很多项目的实验都是建立在原有parts或者现有论文的基础上,进行组合、创新,所以复现实验是很重要的,它可以帮助验证项目每个部分的有效性,之后才能进行更多的组合和改进。
因为是在“复现”,所以基本操作和论文中描述的保持一致就可以。首先应该确定你想验证的元件的基因序列,可以从parts网站里摘取或者从论文正文、supplementary中找到。如果论文中没给完整序列,给的是基因的名字和来自的物种,上网搜索应该也可以找到对应的数据库和序列。设计质粒的时候要注意你所用的底盘生物和论文里的是否相同,防止基因表达不同带来的影响。然后仔细阅读论文确认它所用的实验方法,整理成protocol的形式便于参照。所需的实验仪器、材料需要特别注意,在租借实验室时应寻找有对应仪器的实验室,或者保证可以由外部公司帮忙完成。跟随论文的实验方法完成实验之后将数据与原文结果对比,如果不理想进行后续反思、修改和重复实验。
如何从复现别人的实验到转化为自己的成果
参加iGEM当然不能仅复现别人的论文,总要有自己的创新点,不论是从没有过的元件组合或者是直接设计新的元件,或者是对元件进行新的改进。
要有自己的成果首先要发现目前实验或者设计上的问题。
比如,在查阅论文时发现某个分子的研究较少,还没有确认能与其对接的蛋白,我们就可以通过Alphafold等进行新蛋白的改造和设计,制作一个新的biosensor元件。也可以从项目整体入手,也许别人从没想过用调节肠道微生物平衡治疗胃痛、抑郁,我们就可以创造一种新的解决问题的方法。
同时,在尝试复现实验时可能会发现一些问题,比如底盘生物的不同、表达量低、parts库里面目前没有,这也是创造新成果的好机会。比如 BNDS-China 2024 项目中对质粒 VFA0359-pDCA 进行了改造。此part文献中没有用 E. coli 作为底盘生物,但我们利用了 Jungle Express 系统使其第一次在 E. coli 中被表达。同时,在测试 iadCDE 基因时我们发现其文献所用质粒将 iadC、iadD、iadE 三段基因放在同一个 RBS 的下游。我们通过计算生物工具确认了其三段基因的表达量很低,所以对此质粒进行了改造,尝试在每段基因上游插入 RBS 以提高表达量。很多生物生产相关项目为提高产率会进行新的基因敲除等操作,这种对现有结果的分析和改进也属于自己的创新。
如何验证结果
验证结果需要通过实验数据来确定。要得到结果比较重要的一点是规划好实验的组别,想好应该有哪几个对照组,想好每次取样的时间等。
一般可以通过荧光蛋白等报告基因来验证生物传感器等系统的工作。可以用“0/1对照试验”等方式进行定性的验证,观察是否一组发光另一组不发光。也可以用荧光动力学分析或者分光光度计来进行更细致的测量,可以得到随时间变化荧光量、菌量的关系,计算出具体数值,得到曲线。生物生产相关项目一般会使用 HPLC 等确定是否成功产生了该物质。
对不同的物质也有不同的检测方式,一般参照论文里的方法和网络信息就可以了解到这种检测方式的 protocol,比如 BNDS-China 2024 项目中就使用了 Salkowski's Test 来检测植物激素吲哚乙酸(IAA)的存在。
此外,measurement 也是一个可以选择的金奖标准,如果你使用了比较新的检测方式来获得数据、验证结果,可以将它进行细节的记录,保证过程可重复,对实验和项目推进有较大意义,作为金奖标准的申请。
实验笔记
实验笔记虽然在评审中不会占很大比重,但是对整理实验数据、记录实验流程都很重要。最后写 Wiki 页时很多实验相关内容、图片都是来自实验笔记的日常记录,如果没有按时记录会发生最后的混乱,还有狂补实验笔记的过程,大家都不会想要经历的。
实验笔记分为两个部分,一个是实验笔记,记录每天都做了什么实验,还有一部分是 Protocol,记录不同实验的基本流程。
实验笔记
实验笔记格式可以参考下图,不需要写得很复杂,有基本的日期信息,所做的实验名称及所需材料和步骤。记清楚材料和步骤很重要,因为像 PCR 这样的实验不同轮次的引物、退火温度等都会有所不同,有良好的记录可以作为下次重复的参考使用。配图也是很重要的,图上所有东西都需要有清晰的解释和标记,因为很多结果图在最后的 Wiki Results 页面会需要使用。胶图的每个 lane 都是什么,长度,转化完的板子名称,胶回收每个质粒的名称和浓度,荧光动力学分析的每条线都代表什么都需要标清楚,也可以简短的做两句结果分析,方便后续 Wiki 写作。
(引物因为会很多很杂乱,处理有一个小方法,如下图,可以列一个表格,标记好每条引物的名称和是做什么用的,这样实验的时候好找)
实验笔记可以分几个不同的文档,而不是一个大文档包罗万象。比如每个模块/每个质粒都单独分一个文档,这样每个文档从构建到测试都是一个完整的过程,在写 Wiki 时候也更好找到相应的实验和结果。
Protocol
Protocol 的记录应该在设计实验阶段完成,主要包括所需材料,如何配置初始溶液,和真正的实验过程,甚至可以包含记录表格的例子,如下图。表述清晰,做到一个从没做过这个实验的队员可以理解并跟随,所以容易出错的小细节一定不要忘记写!这样会让后续实验变得轻松很多。
网站推荐:Benchling 是一个写实验笔记的好网站,但共享文档也可以,只要保证能插入图片和多人编辑。同时,推荐大家用飞书、企业微信等软件进行 iGEM 项目的相关交流,可以保证发出来的图片、文件不会过期。iGEM 是一个很长期的过程,选题阶段确定的文献可能到最后写 Wiki 要翻出来用,所有结果图也是,所以微信这种到时候要用发现过期了点不开就破防了!
最后重申重要的点:一定要每天记录好该日的实验记录!!!如果是队员记录的话可以比如:没记完不让离开实验室。不然最后会有很大的工作量和理不清楚的东西。