W&M iGEM工程师可能使用数学模型治疗COVID-19
随着COVID-19疫苗的竞争在全球范围内展开，威廉与玛丽研究所（William & 玛丽）的一群崭露头角的合成生物学家正在研究另一种同样重要的工具，以对抗新型冠状病毒——疗法。
生物学校长玛格丽特·萨哈（Margaret Saha）教授说：“很明显，疫苗对我们恢复正常是绝对必要的，但疫苗并非100%有效，向世界人口分发疫苗可能需要时间。”“正如卫生专业人员建议的那样，对治疗方法的研究必须同时进行，因为即使我们有疫苗，我们也不太可能很快看到SARS-CoV-2消失。”
SARS-CoV-2是导致COVID-19疾病的病毒，萨哈是威廉玛丽大学iGEM团队的指导老师。这是国际基因工程机器的缩写。这群本科生正准备连续第七年参加世界上最大的合成生物学竞赛。Saha在这七年中一直担任iGEM的指导老师。
该团队由来自不同专业的10名学生组成：22岁的Beteel Abu-ageel、23岁的Avery Bradley、22岁的Matt Dennen、23岁的Riya Garg、23岁的Min Guo、22岁的Josh Hughes、21岁的Adam Oliver、20岁的Julia Urban、22岁的Wang Wei和23岁的Hantao Yu。
{{youtube:medium:center|4-iBGKR3wzg， W&M iGEM团队为推广他们的研究项目而制作的视频}}
Dennen说：“今年，我们的项目似乎比以往任何时候都更有意义。“我们正在努力解决一个问题，这个问题在过去一年的大部分时间里都是每个人都在想的。因此，很明显，我们的工作可以产生重要影响，而且风险要高得多。”
考虑到这个iGEM季节团队无法进入佳博体育，他们决定利用这种情况，用柠檬制作柠檬水。他们选择了一个具有挑战性的两部分项目：1.)设计一种新型治疗方法-一种使用脂质作为生物活性分子的益生菌，可以治疗多种RNA病毒感染，包括COVID-19； 2.)开发一个复杂的数学模型来测试设计的可行性。
虽然许多抗病毒治疗方法集中于抑制病毒感染周期中的关键蛋白，但人们对脂质作用的兴趣越来越大。今年，W&M iGEM的重点是脂类。这些有机化合物包括脂肪酸或其衍生物，它们参与人体的能量储存、膜结构和化学信号传导，而且，正如最近的研究显示的那样，参与先天免疫系统对病原体的反应。萨哈解释说，脂质在调节人体对SARS-CoV-2的初始免疫反应方面很重要。
许多人感染COVID-19的一个突出方面是细胞因子风暴的存在。当身体产生过多的促炎细胞因子时，通常会导致广泛的组织损伤和死亡率增加。Saha解释说，必须开发出能够调节过度的促炎反应，但不能完全抑制反应的治疗方法，因为这是清除病毒感染所必需的。利用合成生物学的力量，开发一种“智能药物”可能非常有用。
“这种以脂质为基础的治疗被称为‘智能益生菌’，”萨哈说。“它很聪明，因为它会对所处环境的生理机能做出反应。”
简而言之，该团队的项目是设计并计算评估一种活性药物，Urban解释说，她是该团队的第三个年头，也是担任联合队长的第二年。该团队设计了这种益生菌来监测和应对炎症和免疫反应，这是包括Remdesivir和地塞米松在内的现代药物无法做到的。
“生物材料可以再生和自愈；它们可以以一种非生物材料无法做到的方式对环境做出反应，”厄本说。
她解释说，在药物开发方面，一种药物可以在细胞水平上相互作用并对患者的需求做出反应，这将是一项重要的进步。
Abu-ageel也是该团队的副队长，他进一步解释道。
“我们今年的项目探索治疗学的未来。我们设计了一种益生菌，它可以感知鼻腔炎症的程度，并通过产生抗病毒脂肪酸来做出反应。”“这种‘感知和反应’疗法的概念可能会给医学领域带来变革。我们需要进入个性化医疗的时代，而不是依赖那些无法区分患者可能患有的不同疾病的药物，这往往会使它们的效果降低。”
在11月14日至22日举行的iGEM Giant Jamboree虚拟会议上，W&M的项目将与世界主要研究机构的其他项目进行评选。获胜者将把所谓的“科学世界杯”带回家。
这是该大学之前获得的冠军头衔。William & 玛丽团队在2015年获得了iGEM大奖，并在2017年获得了亚军。这项竞赛要求学生同时成为工程师、化学家、生物学家、数学家和计算机科学家。这就是21世纪科学的发展方式——以团队为基础、多学科、定量，并专注于寻找难题的解决方案。
可以肯定的是，今年的团队还没有能力出去做临床试验。事实上，该团队不会在佳博体育开始构建益生菌，而是将重点放在数学建模上。Saha解释说，任何工程项目的第一阶段都是设计结构，然后进行广泛的数学建模，以证明它是可以实现的。
萨哈说：“我们项目的底线是使用各种模块化基因部件来设计这个系统，并证明至少这个设计是可行的。”“我们使用一个复杂的数学模型来预测我们的结果，并显示这种药物是否以及如何在体内实际起作用。”
她还指出，如果没有数学助理教授、团队的联合顾问Mainak Patel的持续合作，建模工作是不可能完成的。她说，他的洞察力和专业知识是无价的。
改变课程
今年1月，该团队刚刚选出了10名学生的最终名单。所有的学生都住在校园里，对各种各样的佳博体育项目进行了头脑风暴。然后是COVID-19。
萨哈说：“我们一直在关注世界各地发生的事情。“我们的团队中有三名来自中国的学生，所以他们更清楚这件事有多严重。我们是一个有凝聚力的团队，我们很担心他们和他们的家人。到2月底、3月初的时候，不祥之兆已经出现，一切将不再正常。”
春假之后，当大学决定转向远程教学时，iGEM团队被迫放弃所有工作，从头开始一个新项目。Urban解释说，这也意味着角色的彻底重组。
在过去的几年里，William & 玛丽的iGEM团队包括一个主要专注于wetlab工作的小组，另一个主要专注于为wetlab提供必要的计算机数学建模。在没有湿地佳博体育项目的情况下，该团队比以往任何时候都更加跨学科，所有成员都为基因部分的设计和计算分析做出了贡献。
厄本说：“通常，我监督佳博体育的进展，包括在佳博体育中构建和描述基因部分。”“我对新成员进行湿佳博体育程序培训，这是我最喜欢iGEM的事情之一。我们佳博体育的关闭消除了这些机会，所以我的职责转移到领导团队进行远程工作，其中包括大量的数学建模和Zoom会议。”
自3月份以来，该团队一直完全远程工作，几乎每周开会15次。Saha说，从基于佳博体育的工作到基于设计和模型的工作，形式的变化允许了多个子小组的发展。
一个小组正在尝试开发一种算法，使用机器学习技术来预测可能的病毒序列，这些病毒序列有可能溢出或宿主跳到人类身上。
休斯说：“希望这将适用于可能出现的许多不同的流行病。”“这对该领域的研究人员来说是一种资源，他们可以确定两种病毒之间是否会发生重组事件，从而使该病毒能够跨越物种。我们的团队正在尝试开发一种算法来预测这种情况。”
另一个小组定期参与一个名为“大众建模”的外展项目，向各种背景的人解释COVID-19流行病学模型，这些人可能会被经常相互矛盾的信息所迷惑，以及这些信息对他们的意义。
布拉德利说：“我希望评委们能够看到我们团队所有成员为这项工作所付出的努力。”“虽然我当然希望我们在比赛中表现出色，但我在这个过程中学到了很多东西，无论评委如何决定，我都会觉得我赢了。”
