КАК РАСКРУТИТЬ СПИРАЛЬ ДНК?

05 августа 2022, 12:25

АЛФЕРОВСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ВМЕСТЕ С ПАРТНЕРАМИ ВПЕРВЫЕ ПРОВЕЛ ШКОЛУ ПО ГЕНЕТИЧЕСКИМ ТЕХНОЛОГИЯМ

Самые смелые прогнозы организаторов превзошел интерес, который вызвала среди студенческой и научной молодежи впервые организованная Школа по генетическим технологиям. Она прошла с 25 июля по 5 августа под девизом "Раскрути спираль ДНК! Мир биотехнологий и биоинформатики", чем и занимались слушатели школы сначала в лекционном, а затем в практическом формате.

 

Заявок на участие пришло в семь раз больше, чем могла принять школа в своем пилотном проекте. На 25 мест претендовали 180 человек из разных городов страны. Пришлось предпринять некоторую коррекцию и довести число участников до тридцати. Отбор был сделан по основательности мотивации каждого претендента, который в своей заявке объяснял необходимость своего участия в этом проекте. В итоге в эту группу, помимо петербуржцев и москвичей, были зачислены студенты-четверокурсники из Иваново, Казани, Краснодара, Новосибирска и Ростова-на-Дону.

 

Об этом проекте нашему корреспонденту рассказал руководитель школы, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией Возобновляемых источников энергии АУ Иван Мухин

- ИВАН, НАСКОЛЬКО ЭТА ШКОЛА ПО СВОЕМУ ЗАМЫСЛУ НОВА ДЛЯ АЛФЕРОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА?

- У нас в университете довольно активно ведутся исследования в области генетических технологий, можно даже сказать, что в некоторым смысле это профильное направление для АУ. Но для нашей команды организовать проект в формате такой школы было делом новым.

 

- УЖЕ НЕ РАЗ ПРОВОДИЛИСЬ В УНИВЕРСИТЕТЕ АЛФЕРОВСКИЕ ШКОЛЫ - ЗИМНЯЯ И ЛЕТНЯЯ. ТО, ЧТО ВЫ ПРИДУМАЛИ, - ЭТО АЛЬТЕРНАТИВА ТОЙ ШКОЛЕ ИЛИ ТО, ЧТО, ВОЗМОЖНО, ПРИШЛО ЕЙ НА СМЕНУ?

- Я бы сказал, что это проекты, дополняющие друг друга. Алферовские школы очень ориентированы на практику. Это означает, что ребята приезжают и занимаются конкретным проектом. Их делят на команды и, каждая выполняет какую-то небольшую исследовательскую работу. В основе такой методики - прикладное исследование и формирование каких-то конкретных навыков. Причем направления там разные - и физика полупроводников, и нанобиотехнологии, и фотоника. А наша школа - скорее больше образовательная. Тут довольно много лекций, а практика ориентирована скорее на получение первичных знаний, чем на реализацию каких-то проектов. Наша школа ориентируется на более общий уровень и на формирование первичных знаний.
 

 

- ЗНАЧИТ, АЛФЕРОВСКИЕ ШКОЛЫ МОГУТ ПАРАЛЛЕЛЬНО ПРОВОДИТЬСЯ И ОДНО ДРУГОМУ НЕ ПОМЕШАЕТ?

- Нет, не помешает. Больше того, вот мы сейчас провели эту программу, а теперь можно этих же ребят, которые хотят более детально погрузиться в какую-то тему, пригласить на Алферовскую школу. Хотя наша школа и посвящена генетическим исследованиям и технологиям, но мы здесь рассматриваем и какими оптическими методами пользуются ученые при работе с ДНК, и какие, например, полупроводниковые технологии используются для того, чтобы получить те или иные структуры для исследования и детектирования одиночных биообъектов.
 

 

- А ЧЕМУ БЫЛА ПОСВЯЩЕНА ВАША ЛЕКЦИЯ?

- Она как раз была посвящена тому, как, используя физику полупроводников и полупроводниковые технологии, создавать те или иные микрочипы, например, системы для регистрации и анализа одиночных биологических объектов. Например, чтобы прочитать последовательность ДНК, понять что за чем идет, один из методов основан на измерении оптического сигнала от отдельных нуклеотидов, меченых флуоресцентными красителями, - этот сигнал отделен от фонового сигнала и усилен за счет особых оптических наноструктур. Студенты получают представление, как создать эти наноструктуры, чтобы усиливать сигналы, и как считывать эти оптические сигналы, то есть, как подготовить пробу, чтобы молекулы ДНК с помощью созданной наносистемы считывались. Это такое пересечение физики, оптики, фотоники, нанофотоники, аналитических технологий и нанобиотехнологий.

 

- НАСКОЛЬКО АКТУАЛЬНО В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ РАЗВИТИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ?

- Свежий пример - пандемия. Коронавирус показал, насколько важно уметь детектировать и анализировать те или иные вирусы, в том числе и для диагностики заболеваемости, и для лечения, и для разработки лекарственных средств. Это сейчас очень востребовано во всем мире, и у нас, конечно, тоже.

 

- НАСКОЛЬКО МНЕ ИЗВЕСТНО, ОТБОР В ШКОЛУ ИЗ-ЗА БОЛЬШОГО КОЛИЧЕСТВА ЗАЯВОК БЫЛ ДОВОЛЬНО СТРОГИЙ?

- Мы попросили каждого желающего прислать мотивационное письмо, в том числе, почему для него принципиально важно попасть на эту школу и как это ему пригодится. Ну и еще, не скрою, мы ориентировались на студентов, которые после школы могут заинтересоваться поступлением в Академический университет. Так что школа это в том числе и некий инструмент приемной кампании для привлечения в университет талантливых ребят.
 

 

- КАКОЙ ВЕС ИМЕЕТ СЕРТИФИКАТ, КОТОРЫЙ ВЫ ВЫДАЕТЕ ПО ИТОГАМ ПРОХОЖДЕНИЯ КУРСА?

- Мы выдали удостоверение государственного образца о повышении квалификации и об освоении дополнительной профессиональной образовательной программы, документ строгой отчетности. Его получили все, кто по итогам 72-часового курса сдал экзамен и хорошо проявил себя в ходе занятий. Так что такой документ имеет вес, как свидетельство серьезного отношения студента к образованию.

 

- ПОНЯТНО, ЧТО ТАКУЮ ШКОЛУ НЕПРОСТО БЫЛО ОРГАНИЗОВАТЬ. КТО ВЫСТУПИЛ ВАШИМИ ПАРТНЕРАМИ?

- Эту программу мы разработали совместно с Институтом аналитического приборостроения, с московской компанией "Синтол”, с коллегами из Института спектроскопии РАН (Троицк) и ФИЦ Информационных и вычислительных технологий (Новосибирск), которые профессионально занимаются данным направлением и предоставляют студентам самые актуальные знания. Для проведения лекций, мастер-классов и практических занятий мы привлекли ключевых специалистов в этой области из разных организаций. Было много всякой организационной работы, в которой участвовали студенты и аспиранты, вплоть до проведения культурной программы.

- КАК ВАМ УДАЛОСЬ РАСПРОСТРАНИТЬ ИНФОРМАЦИЮ О ТОМ, ЧТО ТАКАЯ ШКОЛА БУДЕТ РАБОТАТЬ?

- Тут было два источника. Первый, проверенный временем, это - "сарафанное радио". Через всех знакомых, с кем мы работаем, оповещали про нашу школу и рекомендовали студентам на общих основаниях поучаствовать в отборе. А также мы подготовили довольно большое описание по нашей школе и в профильных группах, кто со студентами работает, распространяли эту информацию, пиарили, привлекали специалистов, которые знают, как доносить информацию до студентов. И вот в результате смогли получить довольно большой отклик. Наша информация в интернете до начала работы школы собрала более 80 тысяч просмотров.

 

- ШКОЛА ВЫПОЛНИЛА СВОЮ ЗАДАЧУ. КАКИЕ У ВАС ВИДЫ НА БУДУЩЕЕ?

- Как минимум, в следующем году мы планируем провести такую же школу. Думаем, увеличить до 50-ти количество мест. Так что перспектива на год уже определена. А потом посмотрим.

- ДЛЯ ТЕХ, КТО В ЭТОЙ ШКОЛЕ ЗАНИМАЕТСЯ, БЫЛИ СОЗДАНЫ ОЧЕНЬ БЛАГОПРИЯТНЫЕ УСЛОВИЯ: БЕСПЛАТНОЕ ОБУЧЕНИЕ, БЕСПЛАТНАЯ ГОСТИНИЦА ДЛЯ ИНОГОРОДНИХ... КТО ЭТО ВСЕ ФИНАНСИРОВАЛ?

- Все финансирование взял на себя наш главный партнер - Институт аналитического приборостроения. На его базе прошла часть практических занятий школы.

 

- ЧТО ЕЩЕ МОЖНО ВНЕСТИ В ПРОГРАММУ ШКОЛЫ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЕЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ?

- Учитывая большой интерес к нашей программе, мы решили записать на видео часть лекций и часть практик, которые реализуются в школе. Это будет видеокурс для студентов, не только тех, кто приехал учиться, а для всех, в открытом доступе, кто проявляет к этому интерес. В следующем году студенты перед тем, как приехать очно в университет, смогут при желании пройти этот курс удаленно, чтобы потом у нас в школе сфокусироваться больше на практических занятиях. Суммарно это будет запись часов на 30.

Еще одним нашим собеседником стал и.о. заместителя директора по научной работе Института аналитического приборостроения РАН, доцент Алферовского университета, кандидат физико-математических наук Антон Букатин. Он отвечал за практическую часть школьной программы.

- АНТОН, КАК ФОРМИРОВАЛАСЬ ПРОГРАММА ШКОЛЫ?

- В Академическом университете накоплен довольно большой опыт проведения Алферовских школ. Оттуда мы поняли, что студентов интересует именно практическая часть. Но, формируя программу нашей школы, мы все-таки хотели, чтобы у студентов появились какие-то фундаментальные знания, которые они потом закрепили бы на практике. Тем более, что технологии постоянно развиваются, и надо в этом обязательно ориентироваться. Поэтому было решено, дополнить практический курс еще и лекционной частью. Мы собрали ведущих специалистов в области биотехнологии, молекулярной биологии, биоинформатики, оптической спектроскопии и приборостроения. К нам приехали коллеги из Москвы, Троицка и из Новосибирска, которые присоединились к нашим преподавателям.

- КАКОВ ПРОФИЛЬ ВАШЕГО ИНСТИТУТА?

- Институт занимается разработкой широкого класса аналитических приборов, в том числе для генетических исследований. В частности, это приборы для ПЦР-тестов. Думаю, большинство из нас делало эти тесты во время пандемии, которая показала, что приборов и лабораторных мощностей не хватает, чтобы всех оперативно тестировать. Ну а второе направление - это приборы для секвенирования ДНК, которые напрямую читают последовательность нуклеотидов.

- ЧЕМ ЗАНИМАЛИСЬ СТУДЕНТЫ НА ВАШЕМ ОБОРУДОВАНИИ В ПРАКТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ШКОЛЫ?

- Они делали ПЦР-тесты: брали образец своей слюны, затем выделяли ДНК и ставили анализ методом ПЦР в реальном времени. Каждый участник по результатам анализа, если все прошло хорошо, что-то узнал о себе по двум конкретным генам, связанным с работой механизма свертываемости крови и цикла фолиевой кислоты. Второй частью было секвенирование. И там ребята работали с реальными образцами рыб - осетровых и форелевых. Метод секвенирования применяется для паспортизации видовой принадлежности рыбы. Форелевые хозяйства могут таким образом контролировать, что у них правильная порода рыбы, которую они разводят, и нет никакой контаминации. У ребят было несколько типов уже предварительно выделенных ДНК из разных пород рыб, и задачей на практике было отсеквенировать эту ДНК и затем определить к какому виду рыб относится тот или иной образец. В том числе такой метод используется, чтобы выявлять браконьерскую рыбу. Делается секвенирование ДНК, определяется вид рыбы, и если у человека нет сертификата, откуда он эту рыбу раздобыл, значит, это браконьерская рыба.

- НАСКОЛЬКО РАЗВИЛИСЬ ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЗА ПОСЛЕДНИЕ ДЕСЯТИЛЕТИЯ?

- Сейчас мы переживаем некий бум - в России создаются генетические центры, которые формируют геномную базу россиян. И многие другие проекты завязаны на геном человека. Делается это потому, что в геноме по сути записана полная информация о каждом конкретном индивидуме. Сейчас в России развито биоинформатическое сообщество - это люди, которые умеют по данным с прибора определить конкретные виды мутаций, могут произвести общую обработку данных. Но проблема в том, что рынок оборудования и расходных материалов, по сути, монополизирован американскими и европейскими компаниями. И мы в институте разрабатываем отечественные образцы разного типа секвенаторов, которые позволят тоже выйти на российский рынок секвенирования, а также на рынок стран СНГ ну и дальше в страны дальнего зарубежья.

- НА КАКОМ ЭТАПЕ ЭТА РАБОТА?

- Институтом разработан секвенатор первого поколения по Сэнгеру “Нанофор 05”- это так называемое классическое секвенирование. Таких приборов совместно с компанией "Синтол" продано уже более 120 экземпляров. Разработан секвенатор второго поколения “Нанофор-СПС” для массового параллельного секвенирования по технологии молекулярных кластеров, аналогичной технологии, использующейся компанией Иллюмина. Сейчас проводится его оптимизация и подготовка к серийному производству. Реагентику для наших приборов делает компания "Синтол”, и она может обеспечить весьма привлекательные цены. Так что эксплуатация наших секвенаторов значительно дешевле для пользователей, чем американских аналогов при таком же качестве получаемых данных. Хочется конкурировать на открытом рынке, причем конкурировать и по цене, и по качеству с ведущими мировыми лидерами. Такую задачу мы перед собой ставим.

 

- КАКОЙ ИНТЕРЕС ДЛЯ ВАШЕГО ИНСТИТУТА БЫЛ В ЗАМЫСЛЕ ЭТОЙ ШКОЛЫ, КОТОРУЮ ВЫ ДАЖЕ ПРОФИНАНСИРОВАЛИ?

- Институт в прошлом году выиграл большой проект на разработку секвенатора третьего поколения, основанного на принципах одномолекулярноного секвенирования - то есть, прибор будет читать длинные молекулы ДНК длиной до десяти тысяч пар оснований. Финансирует этот проект Министерство образования и науки. В рамках проекта обязательным условием является обучение достаточно большого количества студентов и специалистов генетическим технологиям. И мы используем это обязательство, чтобы познакомить широкий круг студентов, аспирантов, научных сотрудников с нашими приборами и технологиями и показать на практике, как это работает. Наши приборы не уступают по качеству западным аналогам, а стоимость их эксплуатации значительно выгодней и дешевле. Поэтому институт финансировал проведение этой школы из средств гранта министерства. На первый пилотный этап школы был затрачен 1 млн рублей. На эти деньги предоставлялись бесплатное проживание студентам, кофе-брейки и оплата труда преподавателей, организаторов. В следующем году планируется проведение еще нескольких школ. Видимо, одна из них будет для более глубоких специалистов - выпускников вузов, аспирантов, кандидатов наук, которые уже занимаются исследованиями в области генетических технологий. Это будет отдельный набор школы по генетическим технологиям. Надеюсь, эта школа покажет свою эффективность и дальше будет продолжена.

- Я УВИДЕЛ НА ФУТБОЛКАХ НАДПИСЬ "РАСКРУТИ СПИРАЛЬ ДНК!"
ЭТО ЧТО, ВАШ ДЕВИЗ?

- Да, это девиз школы по генетическим технологиям, который мы придумали в ходе подготовки к организации мероприятия. Он, на мой взгляд, очень хорошо описывает, что мы делаем. Мы пытаемся докопаться до той информации, которая записана в ДНК, чтобы использовать это в разных областях. Это медицина, сельское хозяйство, животноводство, растениеводство. Спектр очень широкий. Для всех участников школы были подготовлены такие футболки с девизом, с фирменным логотипом школы, логотипами партнеров,

- БУДЕТ ЛИ КОРРЕКТИРОВАТЬСЯ ПРОГРАММА ШКОЛЫ?

- Это был пилотный проект. На следующих этапах мы соберем мнения студентов, проведем работу над ошибками, улучшим программу. Например, преподаватели уже говорят, что они сделают лучше и свои лекции, и практические занятия. В части биоинформатического анализа нам нужны вычислительные мощности для ускорения обработки данных. Сейчас занятия проводили на сервере в Новосибирске, и оказалась, что для тридцати человек его мощности недостаточно. В прошлом году мы установили сервер в нашем институте, и к следующей школе адаптируем его для того, чтобы часть студентов работала на сервере у нас, а часть в Новосибирске.

 

Беседовал Олег Сердобольский
Фото Юрия Белинского

P.S.
Индустриальными партнерами школы выступили:
ООО “Синтол” - компания, которая создает продукты, услуги и инновационные тест-системы в сфере молекулярной диагностики и генетических технологий;
Институт аналитического приборостроения РАН - осуществляет разработки новых приборов для биомедицинских и генетических исследований;
Институт спектроскопии РАН - лидер в разработке новых методов оптического детектирования биомолекул;
Федеральный исследовательский центр Информационных и вычислительных технологий - лидер в области разработки программных продуктов для генетических исследований;
Высшая инженерно-физическая школа СПбПУ Петра Великого.

Школа организована в рамках Федеральной научно-технической программы развития генетических технологий на 2019-2027 годы.--0--