С 3 по 8 августа в Академическом университете имени Ж.И. Алфёрова прошла летняя школа «Методы секвенирования ДНК и приборы для их реализации». Мероприятие, организованное при поддержке индустриальных партнёров – научно-производственной компании «Синтол» и Института аналитического приборостроения РАН, – собрало молодых исследователей со всей страны. Участниками стали студенты 3–4 курсов, магистранты, аспиранты и научные сотрудники биологических, технических и биоинформатических специальностей.
Интерес к школе оказался колоссальным: на участие поступило 172 заявки из 22 городов России – от Калининграда до Владивостока. После строгого конкурсного отбора, основанного на мотивационных письмах, к работе были допущены 25 человек. В итоговом списке участников – представители Санкт-Петербурга, Москвы, Череповца, Ростова-на-Дону, Казани, Нижнего Новгорода, Йошкар-Олы, Новосибирска, Иркутска, Екатеринбурга, Томска, Саратова, Владивостока, Уфы и Краснодара.
Первый день школы был посвящён лекциям. Перед слушателями выступили директор по науке НПФ «Синтол» Яков Алексеев и старший научный сотрудник Алфёровского университета Антон Букатин с лекциями о приборах и методах анализа нуклеиновых кислот и о том, как микроэлектроника используется в таких приборах. Член-корреспондент РАН, доктор медицинских наук Евгений Имянитов рассказал участникам о применении молекулярных методов исследования в диагностике онкологических заболеваний.
От теории – к практике на российском оборудовании
Участники разделились на группы и приступили к выполнению пяти практических проектов, работая на передовом оборудовании – анализаторах нуклеиновых кислот АНК-32 и АНК-48, секвенаторах ДНК «Нанофор 05» и «Нанофор СПС», флуориметре «Кубикс», а также на конфокальном микроскопе и микрофлюидных установках.
В первом проекте участники исследовали свои собственные мутации в гене белка цитохром Р450 – одном из важнейших ферментов печени! Для этого они выделили ДНК из своих образцов буккального эпителия (слюны), амплифицировали методом полимеразной цепной реакции интересующий фрагмент гена, сделали его контроль качества, измерив количество ДНК с помощью российского флуориметра «Кубикс» и провели его секвенирование по Сэнгеру на российском приборе «Нанофор 05». Проведя биоинформатический анализ данный каждый участник узнал свои собственные мутации в гене цитохрома Р450 и определил скорость метаболизма различных веществ! Руководил проектом н.с. НПФ «Синтол» Дмитрий Супонин.
Участница этого проекта Елизавета Гвоздева, студентка Института естественных наук и фармации Марийского государственного университета – поделилась своими впечатлениями:
«Каждый получил возможность поработать со своим образцом. В первый день мы выделяли ДНК из буккального эпителия с помощью магнитных частиц, а ещё ставили direct PCR (без выделения ДНК, из слюны). Помимо практики, проходили лекции с подробным описанием используемых методов. Каждый день проводились тестирования для отслеживания прогресса. Далее мы ставили классическую ПЦР, заливали гель-электрофорез для оценки результатов выделения и ПЦР, чтобы на следующий день провести несколько очисток и поставить реакцию Сэнгера. Нашей целью было выявить варианты в гене цитохрома P450, а именно CYP3A4, который отвечает за расщепление лекарственных средств в организме человека. После нам провели экскурсию с рассказом о нанофорах и компании «Синтол», ИАП РАН, а ещё раздали мерч с логотипом компании. Далее мы проанализировали полученные последовательности с помощью методов биоинформатики. В конце обучения представили результаты в виде презентации и получили сертификаты. Я очень рада, что у меня была возможность посетить это мероприятие! Я многому научилась, а также пообщалась с людьми из разных городов!».
Во втором проекте участники решали задачу идентификации бактериального состава пробы методом массового параллельного секвенирования на приборе «Нанофор СПС». Для этого они выделили ДНК из предложенных организаторами проб бактерий, создали из нее молекулярную библиотеку и осуществили ее секвенирование. Последующий биоинформатический анализ полученных данных показал, что образец содержал 5 различных типов бактерий. В ходе анализа участники также нашли гены вирулентности и устойчивости к антибиотикам, после чего предположили какие антибиотики стоит использовать для борьбы с данными бактериями. Руководители проекта - Антон Пушкин, к.б.н., старший научный сотрудник ИАП РАН и Анастасия Гущина.
В третьем проекте участники анализировали экспрессии псевдогенов человека в норме и при раке желудка. Руководитель проекта Валерия Полежаева и её коллега, преподаватель кафедры биоинформатики Андрей Андреевич Макашов, построили работу так, чтобы участники не просто освоили программные инструменты, но и глубоко поняли теоретические основы. В течение нескольких дней ребята слушали лекции о разных типах секвенирования, принципах работы технологий и алгоритмов, скрывающихся за графиками и цифрами.
«Мы старались, чтобы участники не просто запомнили, на какие кнопки нажимать, но и понимали, что стоит за красивыми результатами, которые они получают», – комментирует Валерия.
Участники работали с новыми данными, что позволило им познакомиться с основными понятиями сиквенсовой биоинформатики. Несмотря на возникавшие технические сложности (установка программ, нюансы анализа), ребята проявили стойкость и справились с проектом блестяще. Валерия отметила:
«После школы участники сказали много приятных слов – им всё очень понравилось, им не хватило недели, и они хотят дальше погружаться в тему. Мы работали с новыми данными, так что, если запал не пропадёт, результаты могут вырасти в полноценную публикацию».
Все студенты проекта – биологи и биотехнологи по образованию, и для многих биоинформатика стала новым открытием. Полученный опыт поможет им понять, насколько им близка эта область, и определиться с выбором магистерской программы. Руководители проекта выражают благодарность организаторам школы и своим подопечным за искренний интерес и упорство.
В четвертом проекте участники научились с помощью микрофлюидных технологий синтезировать трехмерные клеточные структуры в гидрогелевых микрочастицах, помещать клетки в капсулы из агарозы, а также исследовали развитие клеток методом конфокальной микроскопии. Для доставки нового генетического материала в клетки участники школы научились синтезировать липидные наночастицы в микрофлюидном устройстве. Руководил проектом сотрудник Лаборатории возобновляемых источников энергии Плешаков Павел.
В пятом проекте участники разрабатывали биосенсорное устройство, чувствительный элемент которого содержит твердотельную нанопору и исследовали возможность детектирования молекул ДНК разной длины. По результатам экспериментов участники сделали вывод, что с помощью созданного биосенсора возможно определять длину молекул ДНК с точностью до тысячи пар оснований. Руководил проектом сотрудник Лаборатории возобновляемых источников энергии Денис Лебедев.
Биоинформатика – неотъемлемая часть
Все проекты включали этап обработки полученных данных. Участники работали с реальными объёмами секвенировочной информации, используя современные биоинформатические инструменты и алгоритмы. Это позволило им не только освоить лабораторные протоколы, но и закрепить навыки интерпретации результатов – ключевой компетенции современного исследователя. В конце школы каждая команда презентовала результаты работы.
Презентация проектов
На торжественном закрытии школы Яков Алексеев (НПФ «Синтол») дал высокую оценку итоговым презентациям и подчеркнул:
«Этот набор участников оказался очень сильным. Ребята овладели всеми необходимыми навыками, чтобы создать российский нанопоровый секвенатор ДНК».
На итоговых защитах проектов присутствовали также ректор Академического университета Александр Наумов и проректор по науке Иван Мухин. Они познакомились с результатами каждой группы, пообщались с участниками и отметили высокий уровень подготовки слушателей, а также важность таких практико-ориентированных школ для подготовки кадров в области генетических технологий.
Руководитель школы, старший научный сотрудник ИАП РАН Антон Букатин, подтвердил, что проведение школы уже стало ежегодным:
«В следующем году мы планируем расширить спектр используемых российских приборов и методов анализа ДНК, которые осваивают участники».
Многие слушатели планируют применять полученные знания в своих дипломных и диссертационных работах. Уже есть примеры успешного поступления в магистратуру и аспирантуру Алфёровского университета выпускников прошлых школ. Так, Павел Плешаков – участник самой первой школы – успешно защитил аспирантуру и готовится к защите кандидатской диссертации! Всего, по оценкам приемной комиссии Алфёровского университета, ежегодно в магистратуру АУ поступают 2–4 выпускника школы.
Все 25 участников, успешно освоивших программу, получили сертификаты государственного образца о повышении квалификации (72 часа). Этот документ даёт 5 дополнительных баллов при поступлении в магистратуру Алфёровского университета – существенное преимущество для тех, кто планирует продолжить образование в стенах нашего вуза.
Летняя школа «Методы секвенирования ДНК и приборы для их реализации» в очередной раз подтвердила статус востребованной образовательной площадки в области генетических технологий. Благодаря тесному сотрудничеству с индустриальными партнёрами и использованию российского оборудования, студенты и молодые учёные получили уникальный опыт, который станет основой для их будущих научных достижений.
