Агропромышленные и биотехнологии

Сельское хозяйство — это ключевая отрасль мировой экономики, которая обеспечивает население продуктами питания. Россия богата землями, а это значит, что мы легко можем обеспечить себя продовольствием. Однако и проблем в сельском хозяйстве достаточно. С помощью новейших технологий исследователи находят ответы на множество вопросов: как вдохнуть жизнь в отработавшие и уставшие почвы, повысить урожайность ценных культур, а в самих культурах — содержание полезных и питательных веществ, как защитить растения от болезней, вредителей, засухи и наводнений, сберечь урожай во время долгого зимнего хранения и многие другие.

Отвечая на эти вызовы, мы возлагаем большие надежды на новые технологии, в том числе для изучения процессов на клеточном и молекулярном уровне. Имеющиеся сегодня технологии позволяют обрабатывать поля и собирать урожай автоматически, поливать растения выверенным количеством воды в зависимости от температуры, влажности и стадии роста растений, вносить оптимальное количество удобрений.

Беспилотные летательные аппараты могут удобрять почву и следить за полями. Умные информационные системы подскажут, какие культуры выгоднее выращивать в данных климате и почвах, а также подберут идеальное время посева и сбора урожая.

Качество пищи — ключевой вопрос продовольственной безопасности. Поэтому необходимы простые диагностические системы и тесты, которые позволят быстро оценить качество продуктов питания. И это еще одно огромное поле для исследований и творчества. Участники конкурса могут исследовать параметры роста растений (скорость прохождения стадий, прирост массы, увеличение размера) и факторы, влияющие на него, а затем провести необходимые эксперименты.

1. Разработка тест-систем для определения респираторных вирусов

Аннотация: Пандемия новой коронавирусной инфекции показала актуальность быстрой разработки диагностических систем для детекции инфекционных заболеваний, в том числе, респираторных. В последние годы в России и за рубежом стали появляться респираторные инфекции, которые раньше не приводили к тяжелым последствиям для здоровья, например респираторный синцитиальный вирус (RSV), грипп и другие. Создание систем одновременной (мультиплексной) детекции патогенов и использование изотермальной (LAMP) амплификации позволяют быстро провести анализ наличия нуклеиновых кислот, специфичных для нескольких патогенов в короткое время в одном образце. Проект направлен на создание прототипов диагностических систем для быстрого одновременного определения нескольких клинически значимых респираторных инфекций.

Партнер: АО «Р-Фарм»

2. Биоинженерная платформа для скрининга флуоресцентных белков in vitro, предсказанных методами ИИ

Аннотация: Проект направлен на создание и оптимизацию экспериментальной платформы для in vitro скрининга новых флуоресцентных белков, аминокислотные последовательности которых предсказаны с помощью методов искусственного интеллекта (ИИ). В рамках междисциплинарной коллаборации команда проекта сфокусируется на экспериментальной валидации предсказаний, которые будут сделаны коллегами из команды сектора Big Data, разрабатывающими нейросеть для поиска новых флуоресцентных белков. Платформа базируется на системе бесклеточной трансляции (cell-free), позволяющей эффективно синтезировать белки in vitro на основе генетических конструкций. Ключевая особенность проекта – создание цикла обратной связи между экспериментальной проверкой и обучением ИИ-модели. Результаты скрининга (флуоресцирует/не флуоресцирует белок, спектральные характеристики) используются для дообучения нейросети. Это позволяет модели постоянно совершенствоваться, учитывая как положительные, так и отрицательные результаты экспериментов. В отличие от традиционных методов, cell-free система обеспечивает получения целевых белков, обходя ограничения, связанные с токсичностью или нестабильностью в клетке, и, что особенно важно, позволяет значительно удешевить и ускорить наработку белков. Это критически важно для фармацевтической индустрии, где стоимость и время разработки новых лекарств являются основными сдерживающими факторами. Для оптимизации методики в качестве референсного стандарта предлагается использовать коммерческую люциферазу Nanoluc (Nluc), проявляющую люминесценцию при добавлении специфического субстрата. 

Партнер: АО «Биокад»

3. Ежевика со штрихкодом

Аннотация: Проект направлен на разработку «генетического штрихкода», позволяющих точно определять конкретный сорт или гибрид. Такой подход полезен фермерам и питомникам (для исключения путаницы в посадках), учёным и селекционерам (для генетических исследований и выведения новых форм), а также любителям, которые хотят знать, какие растения выращивают. Использование современных молекулярных маркеров и создание банка генетических паспортов упрощают сортовую идентификацию и помогают сохранять генофонд ежевики. Молекулярно-генетические методы (ПЦР и анализ «маркерных» участков ДНК) повышают точность и воспроизводимость результатов, создавая основу для стандартной и широко применимой технологии в агробизнесе и научных исследованиях.

Партнер: Иннопрактика, Научно-технологический университет «Сириус»

4. Анализ влияния почвенных бактерий, стимулирующих рост растений, на развитие с/х культур

Аннотация: Почвенные бактерии проявляют ряд активностей, благоприятно влияющих на рост и развитие растений. К благоприятным для растений активностям относят фиксацию атмосферного азота, солюбилизацию фосфатов, синтез и секрецию сидерофоров, выделение фитогормонов и другие. Такие почвенные бактерии могут играть важную роль в агроэкосистемах, однако видовой состав этих бактерий и набор активностей, характерных для каждой бактерии в настоящее время изучен недостаточно. Результаты реализации проекта помогут разработать основу биологически активных препаратов, пригодных для использования с конкретными культурными растениями, имеющими важное значение в сельском хозяйстве: кукуруза, горох, подсолнечник, дайкон. 

Партнер: ИХБФМ СО РАН

5. Разработка универсальной тест-системы для определения остаточного содержания антибиотиков в продуктах питания

Аннотация: Проект направлен на прикладные исследования в области электро- и биотехнологий для разработки универсальной тест-системы определения остаточного содержания антибиотиков в продуктах питания. Команда школьников разработает, протестирует и применит универсальную тест-систему для определения антибиотиков с решением определённых задач в сфере персонализированного контроля качества объектов пищевого назначения (например, ткани домашнего скота, рыба, креветки, мёд, молоко, сухое молоко, яйца) с помощью глюкометра. Аналога подобной  тест-системы в РФ не имеется.

Партнер: Национальный исследовательский Томский политехнический университет

6. Маленькое солнышко

Аннотация: В селекции сельскохозяйственных культур активно применяется признак декоративной карликовости. В рамках «зелёной революции», которая привела к значительным изменениям в сельском хозяйстве, одной из ключевых задач было создание декоративных карликовых форм зерновых культур, устойчивых к полеганию. Это привело к значительному увеличению урожайности зерновых культур в период с 1960 по 1970 годы. В дальнейшем низкорослые формы стали использовать в селекции других сельскохозяйственных растений. Декоративный карликовый подсолнечник представляет интерес для производителей по многим параметрам. Он обладает толстым устойчивым к полеганию стеблем. Большое число листьев за счет укороченной длины междоузлий способствует затенению почвы, что подавляет рост сорняков. Для того, чтобы масличные гибриды не были очень высокими, для их получения используют карликовые линии. Тем не менее, серьезным препятствием для получения высоких урожаев подсолнечника являются болезни, вызываемые грибами, бактериями и вирусами. Проект направлен на поиск генетических маркеров ржавчины, устойчивости к заразихе и карликовости в линиях подсолнечника коллекции ВИР

Проект: ФГБНУ ФИЦ Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н. И. Вавилова, ООО «Русид»

7. Иммуногенетический анализ селекционных злаковый культур России к возбудителю ржавчинных болезней

Аннотация: Участники проекта проведут подбор ДНК-маркеров из интернета ресурса masrusplants.ru (база данных ИЦиГ СО РАН по ДНК-маркерам к патогенам) для идентификации генов устойчивости в сортообразцах мягкой пшеницы, твердой пшеницы и ячменя из разные селекционных центров России, проведут оценку эффективности выявленных генов устойчивости к известным расам ржавчинных грибов в регионах России и мира и фитопатологический анализ сортообразцов на стадии проростков в лабораторных условиях 

Партнер: Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук