新加坡農場正與世界各地的其他農業設施面臨著同樣的挑戰：蟲害防治。鑒于這一挑戰，安全、有機且具有成本效益的殺蟲劑對于新加坡農場加強糧食安全並有助于實現新加坡的“30 x 30”目標至關重要，新加坡政府致力于到 2030 年在當地生産占有市場營養需求30%的有機安全農藥。
爲本地需求服務
經過六個月的深入研究和創新，新加坡國立大學的 10 人跨學科團隊提出了可行的解決方案。
NUS研究團隊提出了這種名爲“PRYSM”的低成本生物殺蟲劑，從而帶領團隊在 2021 年國際基因工程機器 (iGEM) 上獲得第二名，這是新加坡團隊迄今爲止的最佳表現。本次一年一度的合成生物學競賽今年吸引了來自世界各地的 350 支隊伍。
來源：NUS Web
新加坡國立大學團隊的動力是解決一個本地問題，新加坡國立大學生命科學四年級本科生 Chew Chin Wei在 Singrow 實習時，曾經親眼目睹了這一問題。
“由于蟲害問題，Singrow 損失了很大一部分産量，”他說， “如果我們的團隊能夠解決蟲害問題，新加坡的農場就能爲‘30乘30’計劃做出貢獻。”
該團隊首先與八個當地農場進行了交談，從垂直農場到水培農場。“我們希望我們的解決方案非常通用，並能幫助各種農場，”新加坡國立大學計算生物學二年級本科生 Weng Yi Dou 解釋說。
他們發現戶外農場需要更環保、更有機的殺蟲劑，因爲他們傾向于過度使用合成殺蟲劑。與此同時，有機農場對蟲害問題束手無策，因爲他們不能使用合成農藥。
來源：NUS Web
參與調查的學生表示說 “農場不想使用合成農藥，但當他們不使用它們時，它們的産量會大大降低”。于此同時，參與研究的學生表示，因爲農民需要高産量，這會持續成爲一個農業問題。由于成本高，使用有機殺蟲劑的替代方法目前也都不可持續。
前路依舊艱險
鑒于這種困境，NUS團隊對現有的生物農藥進行了廣泛的研究，研究團隊發現這些生物農藥通常使用大量的動物或植物物質。但在土地稀缺的新加坡，大量飼養這些動物或農作物是不可行的。
然而研究團隊並沒有退縮，在與當地一家生物制造初創公司交談後，他們探索了其他方法並取得了成功。研究團隊發現人類免疫蛋白，人類β防禦素，可以用來殺死細菌，這意味著它也可以有效地用作生物殺蟲劑。更好的是，這些物質對人類食品來說是安全食用的。
“我們要消滅的害蟲是真菌，”參與研究的學生解釋說， “當許多人類β防禦素分子進入真菌的細胞膜時，細胞膜會變得不穩定並破裂，真菌的細胞將因此被破壞。”
該團隊使用合成生物學技術對面包酵母（一種常見的基因工程生物）進行改造，以在特定條件下生産蛋白質，這種生産類似于從工程細菌中生産胰島素的方式。
價格友好且效率卓越
通常，觸發面包酵母産生某些化合物需要添加昂貴的化學品。這對于想要經濟高效的解決方案的團隊來說是不可行的。
因此，研究團隊使用光遺傳學——一種通過光控制細胞活動的方法，從而來消除對化學品的需求。研究團隊表示，當紅光照射酵母時，酵母會産生人類β防禦素。
爲了實施這一過程，該團隊生産了一個帶有 LED 的小型開源生物反應器來培養酵母。該生物反應器是 3D 打印的，成本不到 1,000 新元——只是市場上標准生物反應器 100,000 新元價格的一小部分。
而研究團隊的實驗是成功的。NUS團隊設法用他們的生物反應器爲比賽培養了 100 毫升酵母，證明他們的概念有效。最後，該團隊用藍光純化了生物農藥，將酵母與人類 β 防禦素蛋白分離。
來源：NUS Web
多樣性的力量帶來驚喜的勝利
雖然他們的生物農藥取得了成功，但NUS團隊仍然對他們獲得第二名感到驚訝。
新加坡國立大學生物醫學工程團隊的導師 Poh Chueh Loo 副教授爲團隊感到自豪。教授興奮得表示 ，新加坡國立大學從 2017 年開始參加 iGEM，這是我們取得的最好成績，這也是新加坡隊第一次進入前兩名。
雖然生物農藥仍處于開發的早期階段，但 Poh 副教授認爲該團隊正在做一些貢獻。他指出，該項目爲新加坡農業生物農藥的生産提供了一種潛在的新解決方案。
NUS研究團隊名單，來源：NUS Web
新加坡國立大學數據科學與分析專業三年級本科生 Chen Yilin 將成功歸功于團隊的多元化。團隊成員來自不同的專業：生物醫學工程、制藥科學、數據科學與分析、生命科學、應用數學和計算生物學。
雖然研究範圍很複雜，但NUS團隊項目雄心勃勃。它不僅涉及微生物工程和構建硬件，還涉及開發計算模型、采訪利益相關者、外展、網頁設計和視頻演示。
Yilin 表示，“我們的工作非常團結，每個人都發揮了自己的優勢。我們都從這種全面和多學科的經驗中獲得了寶貴的經驗。”
事實上，新加坡國立大學生物醫學工程專業的畢業生Andrew Aurelius說，實力在于多樣性。 “我們不可能都是整天進行實驗的科學家。您需要相互補充的不同技能組合。這是關于互相支持。”他說。
對于一直自認爲是資深科學人的 Yi Dou來說，這次經曆甚至讓她發現了自己對新聞業的熱愛——這是她在參加比賽之前從未考慮過的領域。
“通過 iGEM 與人互動並了解他們的問題後，我開始享受人與人之間的互動，”她說。今天，她在新加坡旗艦中文日報《聯合早報》實習。“我找到了我的熱情所在。”
NUS研究團隊對新加坡領先的合成生物學研究中心新加坡國立大學合成生物學臨床和技術創新 (SynCTI) 和 BioMakerSpace Engineering 以及過去的 NUS iGEM 成員的支持表示感謝。
