北京时间11月1日凌晨，2025年合成生物学领域国际顶尖赛事——国际基因工程机器大赛（International Genetically Engineered Machine Competition，简称iGEM）在法国巴黎会议中心落下帷幕。共有来自麻省理工学院、哈佛大学、牛津大学、清华大学、北京大学和上海交通大学等国内外知名学府的400余支顶尖队伍参赛。经过激烈的角逐，上海交通大学代表队SJTU-BioX-Shanghai凭借项目“QURES”蝉联金牌，再一次展现了交大学子的实力和风采！这也是Bio-X研究院代表队自2009年参赛以来获得的第14枚金牌！
SJTU-BioX-Shanghai团队今年聚焦于慢性皮肤疾病的治疗。特应性皮炎（Atopic Dermatitis, AD）是一种慢性的、易复发的炎症性皮肤病，全球有超过2.3亿患者，给患者及其家庭带来沉重的身心和经济负担。目前的主流疗法主要集中于抑制免疫反应，但最大的痛点在于无法阻止其高复发率。研究证实，AD的核心病理机制之一是“屏障破坏-免疫激活-微生态失衡”的恶性循环。特别是关键病原体金黄色葡萄球菌 (S. aureus) 的异常增殖，它通过其群体感应（Agr）系统释放毒力因子，不仅直接加剧炎症和皮肤损伤，更是AD即将爆发的“预警信号”。
受此启发，团队决定开发一种新型的活体微生物治疗产品，命名为QURES (Quorum-sensing Utilizing Reprogrammed Engineered Symbionts)。团队将皮肤上的天然共生菌——表皮葡萄球菌 (S. epidermidis)——作为底盘，设计了一套智能的“感知-响应”基因环路。QURES环路包含三个核心模块：病原体“传感器”利用AgrCA双组分系统，使其能够特异性地感知环境中 S. aureus 群体感应信号（AIP）的浓度；抗病原体“效应器”在传感器被激活时，启动表达并分泌竞争性抑制肽AIP-C，阻断 S. aureus 自身的AgrC受体，从而“解除”其毒力系统的武装；抗炎症“效应器”则同时启动表达并分泌靶向IL-4Rα的VHH纳米抗体，中和AD中关键的Type 2型炎症通路。通过这套设计，QURES能“智能”地在病原体增殖时才启动干预，协同实现“抑制病原”和“消除炎症”的双重目标，旨在打破AD的恶性循环，实现长效缓解。
在湿实验（Wet-Lab）部分，团队在非模式生物表皮葡萄球菌中成功验证了基因元件的表达后，系统性地验证了三个核心模块的功能。团队首先通过实验证明，工程菌株的培养上清液（含AIP-C）能显著抑制由 S. aureus 引起的溶血反应，有力地证实了AIP-C对金黄色葡萄球菌的毒性的抑制能力。在抗炎症模块验证中，团队成功表达了VHH纳米抗体，并在体外炎症人源细胞模型中，证明了该纳米抗体能成功地抑制关键趋化因子CCL26的表达。最后，团队成功构建了包含AgrCA传感系统的核心质粒，后续实验将通过添加 S. aureus 的培养上清液来验证整个“感知-响应”系统的有效性。
在数学建模（Modeling）部分，SJTU-BioX-Shanghai团队通过多尺度建模，对QURES系统的可行性、参数调优和效果进行了深入的模拟与探索。团队首先构建了基因环路动力学（ODE）模型，模拟不仅预测了分泌的VHH纳米抗体能达到~0.4 mM的有效治疗浓度，更通过敏感性分析，指出了“抗体降解速率”是影响稳态浓度的最关键因素。这一关键模型洞察，直接推动了团队的湿实验设计迭代——将原设计的scFv替换为结构更稳定、降解更慢的VHH纳米抗体，完美展示了干湿实验的闭环结合。此外，团队利用PhysiCell平台，在2D和3D皮肤模型中模拟了微生态的群体动态，证实QURES工程菌株能够实现稳定的长期定植，并有效降低 S. aureus 的毒力因子浓度。
与此同时，SJTU-BioX-Shanghai团队通过人类实践（Human Practices）与创业（Entrepreneurship）分析，将项目从实验室推向真实世界。团队深入访谈了AD患者、皮肤科医生和生物医药公司的从业者。患者访谈证实了“高复发率”是最大的未满足需求，而医生的反馈则强调了对新型活体生物药“安全性”的严格要求。
基于此，团队设想了QURES从基础研究落地为医疗产品的完整发展道路，撰写了详尽的商业计划书，涵盖了市场分析、竞品分析、知识产权（IP）策略、监管路径（LBP）和分阶段融资计划。为了解决患者依从性和产品稳定性的痛点，团队设计了一个创新的最小可行产品（MVP）——双腔室包装袋。该设计将冻干菌粉与卡波姆凝胶基质分离，用户只需“一挤”即可激活药物并涂抹，极大地提升了用户体验。团队甚至利用模型数据，计算出了产品中菌粉和凝胶的最佳配比。最后，为了解决AD诊疗中的医疗资源不平等问题，团队开发了配套的AI辅助诊断工具和“CARE”人文关怀框架，旨在为偏远地区提供可及的诊断方案，充分体现了对患者群体的人文关怀。
SJTU-BioX-Shanghai团队由Bio-X研究院贺林院士领衔，马钢副研究员、胥川副研究员和王毓舒老师指导，由来自生物医学工程学院的顾奕同学担任队长，团队成员还包括来自生命科学技术学院的阎静怡、姚以勒、黄廷一、赵紫汀、齐润迪，致远学院的李希萌、周宇羚、李昕纯，生物医学工程学院的常识，医学院的穆凯代斯、林锦鸿，共12名本科生以及高中生傅逸佳和马哲熙。2017、2018年团队成员钟博子韬、2024年团队成员王革、郑瑜娴、李恩然担任技术顾问。感谢校团委、国际合作与交流处、学创中心、Bio-X研究院、生命科学技术学院为本项目提供经费支持！感谢生命学院实验教学中心和Bio-X研究院个体化医学人才培养基地一直以来对比赛的大力支持！感谢校分析测试中心BSL-2实验室为本项目提供实验场地。另外要特别感谢中国医科大学附属第一医院皮肤科徐学刚主任和华东师范大学赖玉平教授对我们项目提出建设性意见，感谢扬州大学李求春教授及安徽大学武超副教授为本项目提供质粒，感谢上海润达榕嘉生物科技有限公司和棕榈大道对本项目的经费支持！
项目详细信息可参考团队Wiki：https://2025.igem.wiki/sjtu-biox-shanghai/index.html
