深国交的iGEM校队 乘风破浪的毒蘑菇和高中生

大家好！我们是深国交的iGEM校队，由15个SCIErs组成。iGEM(International Genetically Engineered Machine)-国际基因工程机器大赛-是由美国麻省理工学院主办的生物工程/合成生物学领域，并且涵盖很多学科知识的赛事，赛程为一年，近年来每年有超过300个来自世界各地的高中、大学、研究生队伍参赛，共6000多人，10月份在波士顿进行最终的iGEM大会。由于参赛者越来越多所以2021年参赛场地要搬到巴黎了。（羡慕以后参赛的学弟学妹们）

今天要给大家讲述一下我们今年做的项目，顺便给正在看的新生们打个广告：开学之后，有兴趣参加iGEM比赛并且学到更多的生物/化学/数学/计算机知识的话，我们在社团展见！

项目背景

我们今年的项目：做一个蘑菇🍄毒素快速检测试纸！

众所周知，在中国的许多地区，人们都有摘野蘑菇🍄吃的习惯——得不到的总是最好的，更稀少、更难得的野生蘑菇总是比人工养殖出的蘑菇多出那么些“鲜味”和“自然的味道”。到了暖湿时节，网上流传着很多吃蘑菇致幻躺在病床上看小人跳舞的视频。很多人吃了野蘑菇后全家人一起坐在沙发上划船，到处抓龙抓云彩，极其“欢乐”——前提是你能挺过中毒所带来的一系列对身体损伤极大的症状。每年的暮春到夏季结束，云南等地的急诊科往往爆满，全是吃了野菌🍄中毒的。粗略计算，在中国平均每天就有两个人因为吃毒蘑菇🍄而死亡。就算侥幸得到救治，患者还是会经受胃、肠、神经系统的不可逆损伤。并且，每年都有几万只动物（比如狗！）因为误食毒蘑菇而造成了不可逆的伤害。致死率最高的蘑菇毒素，也是我们项目的主角，鹅膏毒肽，导致了90%的蘑菇🍄中毒致死病例。我们想要为爱采蘑菇🍄的普通民众打造一个可以检测出蘑菇🍄中是否含有毒素、以及毒素种类的试纸。

“吃菌🍄要三熟：1. 菌要煮熟；2. 菌的种类要认熟；3. 去医院的路要熟（doge）。”

作为非专业人士，绝大部分人并不能准确的辨别毒蘑菇：你知道下面这两种蘑菇哪个有毒吗？

也许你从小都听说“越鲜艳的蘑菇越毒”。但是在这两张图片里，真正有毒的是左图这个看似无辜的白蘑菇，右图这位实际上是橙盖鹅膏，一种常见的可食用菌。

这个一眼望去人畜无害的白蘑菇就是我们项目的主角——致命白毒伞。它所含有的毒素叫「鹅膏毒素」。90%的蘑菇中毒死亡病例都是因为它。鹅膏毒素只需要0.1mg/kg的浓度就可以致死，如果得不到及时的发现和救治，会经过潜伏期、急性胃肠炎期、假愈期、爆发性肝功能衰竭期过程最终死亡。

所以，研制出一种可以快速便捷地检测蘑菇中是否含有鹅膏毒素的方法对大家的安全十分重要，而这也就是我们今年项目的核心——制作一种适用于普通民众和科研工作者，可以检测蘑菇是否含有毒素，在短时间内可以出结果，并根据需要可利用手机软件对结果进行分析的蘑菇毒素检测装置。

目前存在的，一般在医院和学术机构使用的检测蘑菇毒素的仪器十分笨重、不便携、不适用于吃前检测也不能普及给较为贫穷的地区。比如有一种叫LC-MS的技术，虽然检测较快，但是这个仪器是不可能被采蘑菇的小姑娘抬着往山上爬的，不现实。另一种反应叫酶联免疫吸附测定，但是该方法对仪器和检测试剂的要求极高，十分昂贵。正如前面提到的那样，我们想制作一种便携快捷，适合普通民众和专业人士，并且十分准确，结果可量化的检测方法。

就在今年前半年，一位科学家研究出了一种用侧流免疫分析（LFIA）试纸来检测被测样本中是否含有鹅膏毒素的方法。这种方法的原理和使用方法类似于验孕棒。

传统上，LFIA是利用抗体来与test line上原有的毒素结合，通过显色或无色来判定sample中是否有毒素存在。

Fig. 1 侧流免疫分析试纸的工作途径

说起抗体，它虽然是个不错的办法，但也有许多不尽人意的地方。生产抗体的方式通常是祸害哺乳动物（给它们注射稀释的毒素然后取血液里的抗体），过程很长并且难以工程化大批量化地生产。抗体还会让LFIA有更多的假阴性，这就不好了。为了改进这些不足之处，我们通过阅读大量文献找出了一种叫核酸适配体（Aptamer）的分子，可以起到类似抗体的与目标分子结合的作用。相对于抗体，核酸适配体有很多好处：它的体型更小，试纸的膜上可以就可以放下更多的核酸适配体；它也更加稳定，不那么容易被降解；它的生产也更加简单，完全没有涉及到动物的实验。同时它的结合能力比抗体要优秀很多。

生产核酸适配体的过程名叫SELEX——原理是通过将毒素与随机的单链DNA序列混合并筛选出能与毒素结合的核苷酸序列，经过十几轮的筛选得出最合适的一段序列作为核酸适配体。

Fig.2 筛选核酸适配体的方法——SELEX

利用核酸适配体改进的LFIA方法称为LFAA——Lateral Flow Aptamer Assay. 

但是，由于总体aptamer的浓度不高，颜色的变化不太明显，也不利于有需要的人量化蘑菇毒素的浓度。所以，经过一些会秃头的过程，我们找到了一种可以在常温下进行高精度且快速核苷酸序列扩增的技术——重组酶聚合酶扩增（RPA），对设备及反应物条件要求低，可以扩增aptamer以此放大检测信号，符合我们的检测需求。如果做得好，还可以结合制作手机软件来让使用者看到一个直观的量化毒素浓度的结果。

这是我们目前设计的硬件装置。

Fig. 3 大家设计的硬件，3D建模cr. Roger Wang

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这个合LFAA+RPA为一体的硬件使用方便，基本不用什么人工操作，放那儿让它流几分钟就出结果了。

但是，由于我们的设计还没有完全完善，而我们需要收集多方的意见来帮我们将这个项目做得更好。下面是我们创造的一个问卷，烦请各位助我们一臂之力（鞠躬感谢！）