2025 Regeneron ISEF大奖-MCR微生物学获奖作品汇总-3

最新官方消息！全球科创天花板赛事——国际科学与工程大奖赛（Regeneron ISEF），现已正式公布了2026年总决赛的举办时间和地点。这场汇聚全球青年创新力量的科技盛宴，将于2026年5月9日至15日，在美国亚利桑那州凤凰城会议中心（Phoenix Convention Center, Arizona）璀璨启幕。

2026ISEF赛事安排

参赛资格

年龄与年级：9-12年级学生（或同等学历），参赛时年龄不超过20岁。

地区选拔：必须通过附属赛（Affiliated Fair）晋级，无法直接报名。中国学生需先参加国内选拔赛（如青创赛、明天小小科学家等）。

团队项目：最多3人，所有成员需满足资格且共同参赛。

项目要求

原创性：项目必须由学生独立完成，允许在专家指导下进行，但不得代劳。

学科范围：涵盖21个学科类别，包括工程、生物、化学、计算机、环境科学等。

伦理限制：涉及人类、脊椎动物、病原体等研究需提前提交额外审查表（如ISEF Forms）。

关键文件与截止时间

ISEF表格：根据研究类型提交相应表格（如1C、2、3等），需在地区赛前完成审核。

摘要与研究论文：英文撰写，清晰描述研究目的、方法、结论。

地区赛截止：2026年3-4月

其他注意事项

展示材料：展板需符合ISEF尺寸要求（通常宽48英寸、深30英寸、高108英寸），禁止活体样本或危险品。

知识产权：部分研究可能需申请专利后再参赛，避免披露风险。

为了方便同学们更好的备赛，特别整理了ISEF-MCR微生物学2025获奖作品方便学习

MCRO037 - 抗生素和酚酸之间的协同作用

在抗生素发明之前，细菌感染是人类死亡的主要原因之一。第一次世界大战期间抗生素的使用以及随后青霉素作为首个治疗药物的问世结束了那个时代。然而，抗生素耐药性 (AMR) 和多重耐药性 (MDR) 的兴起，如今正威胁着现有治疗方法的有效性。尽管已经开发出新的抗生素类别来对抗 AMR 感染，但由于细菌细胞内的靶点有限，设计全新的药物变得越来越困难。一种有前景的策略是使用佐剂来增强 AMR 细菌对现有抗生素的敏感性。我假设，膳食多酚一旦被肠道菌群代谢，就会产生具有增强抗菌活性的酚酸。我之前的研究揭示了酚酸二羟基苯甲酸 (DHBA) 与多种抗生素之间具有强大的组合效应。本研究展示了 DHBA 和粘菌素（一种最后手段抗生素）组合对革兰氏阴性 AMR 细菌的抗生素佐剂活性，并且对肠道菌群的干扰最小。使用大量大肠杆菌基因突变体进行的机制分析表明，尽管DHBA和粘菌素有一些共同的靶点，但DHBA的活性范围更广。这种广泛的靶点范围可以抑制抗菌素耐药性的出现，从而增强“最后手段”抗生素的疗效。通过利用DHBA与现有抗生素之间的协同作用，这种方法可以增强现有疗法的疗效，并有助于缓解日益严重的抗菌素耐药性挑战。这些发现强调了酚酸作为抗生素增强剂的潜力，可以降低耐药性产生的可能性，并为对抗危及生命的感染开辟新的范例。

MCRO039 - 微生物组与人工智能在胰腺癌检测中的应用

胰腺癌仍然是最致命的疾病之一，主要原因是其无症状进展和晚期诊断，这严重限制了治疗选择并降低了生存率。目前的诊断方法，包括影像学和基于生物标志物的方法，缺乏早期检测所需的灵敏度和特异性，凸显了对可靠生物标志物的迫切需求。本项目旨在通过开发一个基于机器学习的框架来应对这一挑战，该框架整合微生物组和多组学数据，以识别胰腺癌的早期生物标志物。先进的神经网络架构，特别是卷积神经网络 (CNN) 和循环神经网络 (RNN)，被用于处理和分类高维临床基因组数据集。\n\n利用LASSO回归和主成分分析等特征选择技术来提取与早期胰腺癌相关的关键微生物标志物。对已识别的生物标志物进行通路富集分析，揭示其在胰腺肿瘤发生和癌症发展分类中的功能作用。基于这些发现，本研究开发了针对微生物群落中促癌代谢途径的合成抑制剂。\n\n本研究的最终目标是将这些发现转化为一种基于横向流动检测的非侵入性唾液诊断检测，从而实现更早的检测并改善患者的预后。通过将微生物组科学与人工智能驱动的多组学分析相结合，本研究提出了一种变革性的方法，可提高诊断准确性，促进早期干预，并为胰腺癌管理中更加个性化的治疗策略奠定基础。

MCRO042 - 小檗碱和纳米颗粒对EBV感染的影响

爱泼斯坦-巴尔病毒 (EBV) 是一种γ-疱疹病毒，感染率高达 90%，并与多种疾病相关，包括传染性单核细胞增多症、霍奇金淋巴瘤、伯基特淋巴瘤和鼻咽癌 (NPC)。目前尚无针对 EBV 或相关疾病的治疗方法，但小檗碱因其对 EBV 阳性恶性肿瘤的疗效而显示出良好的潜力。小檗碱是一种天然化合物，存在于药用植物中，具有多种药理作用，包括抗炎、抗氧化、抗菌和抗肿瘤（一些研究表明）。小檗碱的生物利用度低，人们设计了一种纳米颗粒制剂，希望能提高其溶解度和溶解性。本研究旨在确定三种小檗碱制剂中哪一种在最低浓度下具有最强的抑制作用。细胞活力测定分析了 293 个 EBV 阳性细胞经不同浓度的小檗碱和两种纳米颗粒处理的毒性和复制情况。采用流式细胞术和定量PCR测定化合物处理后EBV感染力和基因组拷贝数的变化。结果表明，所有化合物在20 µM浓度下均具有过强的毒性，而2、5和10 µM浓度下则未抑制生长，这意味着它们可用于感染力测定。5和10 µM浓度下感染力受到抑制。这些结果可用于进一步了解小檗碱及其纳米颗粒对EBV或其他疱疹病毒的影响。下一步将测试这些化合物对EBV不同阶段（更具体地说是再激活病毒）的作用，并扩大实验范围，以涵盖更广泛的B细胞系。

MCRO043 - 结核分枝杆菌能引发训练有素的免疫力吗？

结核病 (TB) 由结核分枝杆菌引起，在被 COVID-19 取代三年后，再次成为全球最致命的传染病。目前唯一获批的结核病疫苗是卡介苗 (BCG)，其对成人的疗效有限，但营养缺陷型结核分枝杆菌菌株是颇具前景的替代疫苗；它们无毒、不致命，且已获得 BSL-2 认证。然而，结核分枝杆菌营养缺陷型菌株触发训练型先天免疫 (TII) 的能力（这是 BCG 疫苗接种的一个关键特征）在此之前尚未得到研究。TII 是指先天免疫细胞在接受原发刺激训练后，在受到异源刺激后产生的炎症反应增强。我评估了营养缺陷型结核分枝杆菌菌株 mc27901、mc27902 和 mc28755 以及快速生长的包垢分枝杆菌菌株 mc2155 在野生型和 Stat3-/- RAW 264.7 小鼠巨噬细胞中触发 TII 的能力。细胞用分枝杆菌菌株或 BCG 培养 24 小时，静置 6 天，然后用脂多糖或脂磷壁酸再次刺激。在 TRIzol RNA 提取后，通过 RT-qPCR 分析细胞因子 (IL-6、IL-10、TNF-ɑ) 的表达。我发现，与没有 IL-10 上调的 BCG 培养相比，mc27902 训练的野生型巨噬细胞可引发约 3 倍的 IL-6 上调，这表明 mc27902 可以触发 TII，并产生更强烈的促炎细胞因子反应。此外，与野生型 (WT) 相比，Stat3-/- 巨噬细胞表现出较少的 IL-6 和 IL-10 上调，但 TNF-ɑ 反应相似。令人惊讶的是，STAT3 缺失会增加 mc27902 诱导的 IL-6 和 IL-10 上调，但在 BCG 中却产生了相反的效果，这表明 TII 诱导机制不同。这些结果强调了 mc27902 有可能成为有效且更优的 BCG 替代品。

MCRO046 - 用于生物修复的副球菌

C1化合物——甲醇、甲醛和甲酸盐——是有毒的环境污染物，与危险泄漏、水污染以及严重的健康影响（包括失明、癌症和死亡）有关。据估计，每年产生200万至300万吨C1废物，由于低效的补救措施，造成了12亿美元的损失。目前的处理策略仍然成本高昂且无效。为了解决这个问题，本研究调查了脱氮副球菌（Paracoccus denitrificans），一种具有先天C1代谢能力的非致病性土壤细菌，作为一种经济高效且环保的替代方案。脱氮副球菌的主要成分是甲酸脱氢酶（FDH），它负责降解C1化合物。本研究分析了两种FDH亚型的活性：NAD⁺连接FDH（NAD-FDH）和膜结合FDH（Q-FDH），它们受转录调控因子FlhS、FlhT和FlhR的调控。在生长于各种碳底物（包括琥珀酸（20 mM）和甲酸盐（50-200 mM））上的细胞中测量了酶活性。结果表明，在甲酸盐浓度为200 mM时，细胞生长最佳，FDH活性达到峰值，且FlhS被确定为高甲酸盐条件下NAD-FDH的关键调节因子。基于这些发现，研究人员通过化学和遗传方法增强了FDH活性。补充已知的FDH辅助因子硒可提高FDH活性，并将水中的甲酸盐含量降低75%。通过基因工程改造过表达flhS基因的反硝化芽孢杆菌（P. denitrificans）甚至可以实现高达85%的甲酸盐降低。分子对接预测了不同条件下FDH与底物的相互作用。这些发现为优化反硝化芽孢杆菌作为工业C1化合物修复的生物工程解决方案提供了一个框架，为传统净化方法提供了一种经济高效且环保的替代方案。

MCRO050 - 珊瑚益生菌预防霍乱大流行

世界卫生组织报告称，O139群霍乱弧菌是高优先级病原体，有可能引发第八次霍乱大流行。本项目探索利用珊瑚细菌预防/遏制霍乱污染水库的霍乱大流行。此外，本研究比较了一系列检测方法，以解决海洋微生物益生菌筛选研究不足的问题。在固体（纸片扩散法、液体斑点法、孔板法和Mueller Hinton 0-3% NaCl溶液上的划线法）和液体（384孔板）培养基测定中，对珊瑚分离株McH1-7、OfavHM2-11、OfavHM2-17和McHM3-18进行了霍乱弧菌N16961和MZO-2以及珊瑚溶弧菌OCNOO8的检测。结果表明，McH1-7 在所有检测方法和培养基类型中对所有病原体均具有高效性，在划线试验、孔板试验和纸片扩散试验中均优于氯霉素（CHL，阳性对照），抑菌圈范围大 0.1 至 0.6 cm（p < 0.005）。液体培养基测定法测量了 72 小时内每种分离上清液对病原体吸光度。与 CHL 相比，McH1-7、OfavHM2-11 和 McHM3-18 对所有病原体均表现出高效性（p < 0.005）。对酿酒酵母 (p < 0.005) 进行的额外测试表明，上清液对预测模型无毒，并表明它们对真核细胞也无毒。对检测方法和盐含量的比较为开发有效的环境疾病检测和治疗方法，特别是益生菌的发现提供了见解。 McH1-7、OfavHM2-11 和 McHM3-18 展现出巨大潜力，可预防每年 130 万至 400 万例霍乱病例。目前正在进行化学分析，以鉴定抗菌化合物并发现可用于人类健康的新型抗生素。

MCRO055 - Pentavax：具有登革热免疫反应性的五肽

登革热病毒每年感染超过4亿人，并可能导致器官衰竭和死亡。直到2024年，目前只有一种登革热疫苗可供选择；然而，研究表明，由于这种疫苗无法有效增强对登革热病毒所有四种血清型的免疫力，反而导致患者症状恶化。这会导致抗体依赖性增强 (ADE)，即接种疫苗的患者产生的缺陷抗体无法抵抗登革热病毒，导致病情加重。这凸显了对新型登革热疫苗的迫切需求。目前的研究指出，病毒上一个被称为NS1蛋白的区域可能有助于开发登革热治疗药物或疫苗。这个高度免疫原性的区域可能产生足够强烈的免疫反应，从而降低ADE的风险。今年，三种基于不同保守NS1肽的Pentraxin蛋白被开发出来，作为新型登革热疫苗的潜在候选药物。这些名为“Pentavaxes”的蛋白质是通过质粒制备和CHO哺乳动物细胞转染产生的，并采用PE色谱法纯化。紫外扫描确定蛋白质存在，蛋白凝胶电泳确定Pentavaxes的分子量为27 kDa。将进行Western印迹实验，以确定Pentavaxes是否能够与登革热病毒抗体结合，从而表明其具有免疫反应性。此外，正在制备在同一Pentraxin上由多个NS1肽组合而成的“异五聚体”，这可能是实现多价性的方法。

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