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新加坡农场正与世界各地的其他农业设施面临着同样的挑战：虫害防治。鉴于这一挑战，安全、有机且具有成本效益的杀虫剂对于新加坡农场加强粮食安全并有助于实现新加坡的“30 x 30”目标至关重要，新加坡政府致力于到 2030 年在当地生产占有市场营养需求30%的有机安全农药。
为本地需求服务
经过六个月的深入研究和创新，新加坡国立大学的 10 人跨学科团队提出了可行的解决方案。
NUS研究团队提出了这种名为“PRYSM”的低成本生物杀虫剂，从而带领团队在 2021 年国际基因工程机器 (iGEM) 上获得第二名，这是新加坡团队迄今为止的最佳表现。本次一年一度的合成生物学竞赛今年吸引了来自世界各地的 350 支队伍。
新加坡国立大学团队的动力是解决一个本地问题，新加坡国立大学生命科学四年级本科生 Chew Chin Wei在 Singrow 实习时，曾经亲眼目睹了这一问题。
“由于虫害问题，Singrow 损失了很大一部分产量，”他说， “如果我们的团队能够解决虫害问题，新加坡的农场就能为‘30乘30’计划做出贡献。”
该团队首先与八个当地农场进行了交谈，从垂直农场到水培农场。“我们希望我们的解决方案非常通用，并能帮助各种农场，”新加坡国立大学计算生物学二年级本科生 Weng Yi Dou 解释说。
他们发现户外农场需要更环保、更有机的杀虫剂，因为他们倾向于过度使用合成杀虫剂。与此同时，有机农场对虫害问题束手无策，因为他们不能使用合成农药。
参与调查的学生表示说 “农场不想使用合成农药，但当他们不使用它们时，它们的产量会大大降低”。于此同时，参与研究的学生表示，因为农民需要高产量，这会持续成为一个农业问题。由于成本高，使用有机杀虫剂的替代方法目前也都不可持续。
前路依旧艰险
鉴于这种困境，NUS团队对现有的生物农药进行了广泛的研究，研究团队发现这些生物农药通常使用大量的动物或植物物质。但在土地稀缺的新加坡，大量饲养这些动物或农作物是不可行的。
然而研究团队并没有退缩，在与当地一家生物制造初创公司交谈后，他们探索了其他方法并取得了成功。研究团队发现人类免疫蛋白，人类β防御素，可以用来杀死细菌，这意味着它也可以有效地用作生物杀虫剂。更好的是，这些物质对人类食品来说是安全食用的。
“我们要消灭的害虫是真菌，”参与研究的学生解释说， “当许多人类β防御素分子进入真菌的细胞膜时，细胞膜会变得不稳定并破裂，真菌的细胞将因此被破坏。”
该团队使用合成生物学技术对面包酵母（一种常见的基因工程生物）进行改造，以在特定条件下生产蛋白质，这种生产类似于从工程细菌中生产胰岛素的方式。
价格友好且效率卓越
通常，触发面包酵母产生某些化合物需要添加昂贵的化学品。这对于想要经济高效的解决方案的团队来说是不可行的。
因此，研究团队使用光遗传学——一种通过光控制细胞活动的方法，从而来消除对化学品的需求。研究团队表示，当红光照射酵母时，酵母会产生人类β防御素。
为了实施这一过程，该团队生产了一个带有 LED 的小型开源生物反应器来培养酵母。该生物反应器是 3D 打印的，成本不到 1,000 新元——只是市场上标准生物反应器 100,000 新元价格的一小部分。
而研究团队的实验是成功的。NUS团队设法用他们的生物反应器为比赛培养了 100 毫升酵母，证明他们的概念有效。最后，该团队用蓝光纯化了生物农药，将酵母与人类 β 防御素蛋白分离。
多样性的力量带来惊喜的胜利
虽然他们的生物农药取得了成功，但NUS团队仍然对他们获得第二名感到惊讶。
新加坡国立大学生物医学工程团队的导师 Poh Chueh Loo 副教授为团队感到自豪。教授兴奋得表示 ，新加坡国立大学从 2017 年开始参加 iGEM，这是我们取得的最好成绩，这也是新加坡队第一次进入前两名。
虽然生物农药仍处于开发的早期阶段，但 Poh 副教授认为该团队正在做一些贡献。他指出，该项目为新加坡农业生物农药的生产提供了一种潜在的新解决方案。
新加坡国立大学数据科学与分析专业三年级本科生 Chen Yilin 将成功归功于团队的多元化。团队成员来自不同的专业：生物医学工程、制药科学、数据科学与分析、生命科学、应用数学和计算生物学。
虽然研究范围很复杂，但NUS团队项目雄心勃勃。它不仅涉及微生物工程和构建硬件，还涉及开发计算模型、采访利益相关者、外展、网页设计和视频演示。
Yilin 表示，“我们的工作非常团结，每个人都发挥了自己的优势。我们都从这种全面和多学科的经验中获得了宝贵的经验。”
事实上，新加坡国立大学生物医学工程专业的毕业生Andrew Aurelius说，实力在于多样性。“我们不可能都是整天进行实验的科学家。您需要相互补充的不同技能组合。这是关于互相支持。”他说。
对于一直自认为是资深科学人的 Yi Dou来说，这次经历甚至让她发现了自己对新闻业的热爱——这是她在参加比赛之前从未考虑过的领域。
“通过 iGEM 与人互动并了解他们的问题后，我开始享受人与人之间的互动，”她说。今天，她在新加坡旗舰中文日报《联合早报》实习。“我找到了我的热情所在。”
NUS研究团队对新加坡领先的合成生物学研究中心新加坡国立大学合成生物学临床和技术创新 (SynCTI) 和 BioMakerSpace Engineering 以及过去的 NUS iGEM 成员的支持表示感谢。
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