help@sochisirius.ru
1-24 июля 2020

Агропромышленные и биотехнологии

Основной целью агро- и биотехнологий сегодня является обеспечение жителей России полноценными, качественными и доступными по цене продуктами питания. Достижение этой цели требует решения двух взаимосвязанных задач. Это:

1. Создание новых агротехнологий производства полноценной сельскохозяйственной продукции растительного и животного происхождения.
2. Разработка новых биотехнологий ее хранения, переработки, получения высококачественных пищевых продуктов, а также мониторинга их экологической и генетической безопасности.

Все направления программы «Большие вызовы»

Проекты направления

1. Анализ видового разнообразия и молекулярно-генетических особенностей бактерий рода Azotobacter в почвах Краснодарского края
2. Анализ генов компактности бахчевых культур
3. Комплексное изучение редких и исчезающих видов растений биотехнологические и молекулярно-генетические аспекты

4. Метод повышение уровня экспрессии рекомбинантных белков на примере интерлейкина 1 бета
5. Молекулярные механизмы действия стрессовых факторов на жизнедеятельность насекомых
6. Мониторинг изменений профиля метилирования ДНК винограда при введении в культуру in vitro с использованием секвенирования на нанопорах

Описание проектов
список и описание проектов предварительные и могут быть изменены и уточнены

1. Анализ видового разнообразия и молекулярно-генетических особенностей бактерий рода Azotobacter в почвах Краснодарского края

Руководитель проекта: Смирнова Н.В.

Аннотация: Участники освоят технику описания почвенного профиля, отбора почвенных образцов и определения основных физико-химических свойств и механического состава почв. Отберут образцы почвы в различных точках Краснодарского края, а также других регионов (при возможности, привезут образцы из своего региона). Школьники освоют классические методы почвенной микробиологии (технику световой микроскопии и метод элективных сред - "чашечный" метод). Фрагменты почвы будут помещены в чашку Петри с безазотной питательной средой, на которой смогут вырасти только азотфиксирующие бактерии рода Azotobacter. В последующем будут получены чистые культуры азотфиксаторов, из которых будут выделены образцы ДНК. Планируется провести анализ видового состава бактерий (ПЦР и секвенирование), а также анализ генов фиксации азота. Будут построены филогенетические деревья по генам 28S рРНК и ферментов нитрогеназ. Практическая эффективность применения азотфиксирующих бактерий будет апробирована в условиях агролаборатории.

Партнеры проекта: Институт химической биологии и фундаментальной медицины и Институт почвоведения и агрохимии Сибирского отделения Российской академии наук

2. Анализ генов компактности бахчевых культур

Руководитель проекта: Стрыгина К.В.

Аннотация: Маркерная селекция позволяет существенно ускорить процесс создания новых сортов культурных растений, обладающих улучшенными свойствами по сравнению с исходным селекционным материалом. Бахчевые культуры, такие как тыква, дыня и арбуз, являются экономически значимыми и используются в качестве корма животных и пищи человека. Являясь тепло- и светолюбивыми растениями, бахчевые культивируются только в ряде регионов Российской Федерации. Расширение посевных площадей для возделывания бахчевых является актуальной задачей для России. С использованием современных методов молекулярной генетики и маркер-опосредованной селекции возможно ускоренное создание компактных форм бахчевых культур, способных расти в более северных широтах, в том числе и за полярным кругом.

Целью настоящего проекта является анализ генов, ответственных за формирование компактных форм растений, и генотипирование представителей уникальной коллекции бахчевых культур Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова (ВИР) для выявления наиболее актуальных маркеров, ассоциированных со свойством компактности. Результаты данной работы будут иметь важное прикладное значение в селекции уникальных форм растений, приспособленных к выращиванию на Крайнем севере.

Партнер проекта: Федеральный исследовательский центр «Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова»
 

3. Комплексное изучение редких и исчезающих видов растений биотехнологические и молекулярно-генетические аспекты

Руководитель проекта: Коротков О.И.

Аннотация: Генофонд вида как целого складывается из генотипов отдельных растений, распределенных в популяциях, формирующих вид. Сохранить вид – значит сохранить все то генетическое разнообразие (или большую его часть), которое существует в его пределах. Поскольку поддерживать вид в коллекциях, а зачастую и в природе в полном объеме популяций не представляется возможным, то для того, чтобы сохранить максимальное разнообразие в относительно небольшой выборке индивидуальных растений (сформировать core – коллекцию), необходимо иметь представление о генетической структуре данного вида и его адаптивном потенциале.

Одним из наиболее рациональных подходов к описанию внутривидового разнообразия является использование молекулярно-генетических маркеров, которые позволяют легко идентифицировать отдельные генотипы, оценивать степень родства между ними, определять их принадлежность к той или иной популяции и многое другое. Важность мероприятий по сохранению и генетическому мониторингу редких и исчезающих видов растений состоит не только в охране естественных ареалов их обитания, но и переводу отдельных, наиболее ценных для практики видов в коллекции ex situ. Весьма перспективно для сохранения редких растений использование метода клонального микроразмножения, особенно для растений, имеющих трудности с семенным размножением.

Разработка эффективных методов микроклонального размножения является основой деятельности по созданию генетических банков in vitro редких и исчезающих видов растений. Поэтому наиболее актуальной становится проблема изучения возможности применения биотехнологических методов для ускоренного микроразмножения редких видов, с последующей разработкой протоколов их длительного депонирования. Сохранение в коллекциях ботанических садов ex situ и культивирование редких видов растений как возможных источников ценного сырья – важные пути их охраны. Основой определения перспективности и возможности использования редкого вида как полезного растения является комплексное изучение его биохимических характеристик. 

Партнер проекта: Никитский ботанический сад — Национальный научный центр РАН (республика Крым) 
 

4. Метод повышение уровня экспрессии рекомбинантных белков на примере интерлейкина 1 бета

Руководители проекта: Анисимов Р.Л., Пискунов А.А.

Аннотация: Среда внутри клеток E. coli отличается по своим параметрам (pH, редокс-потенциал, протеолитические ферменты) от внутриклеточной среды других прокариот и тем более от цитоплазмы клеток млекопитающих. По этой причине рекомбинантные белки, производимые клетками E. coli, могут иметь низкий уровень экспрессии, часто не способны свернутся правильную конформацию, могут подвергнуться протеолитическому расщеплению или выпасть в осадок в виде нерастворимых агрегатов (телец включений), у них может быть недостаточно полное удаление N-концевого метионина. Всё это существенно затрудняет процесс производства рекомбинантных белков.  Один из способов решения всех вышеперечисленных проблем – экспрессия белка в виде фьюжена (сплава) с другим белком, увеличивающим растворимость и стабильность, с последующим отрезанием его с помощью специфичных протеаз. 

Целью настоящего проекта является получение препарата интерлейкина 1 бета (IL1β), оказывающего провоспалительный эффект на ткани и клетки и влияющего на клеточный метаболизм и миграцию.  Для этого планируется: 

• Амплификация кодирующей нуклеотидной последовательности IL1β
• Клонирование ее в вектор для продукции белков в виде фьюжена с SMT3 пептидом, увеличивающим растворимость и имеющим 6 гистидинов (His6 tag) на n-конце для облегчения очистки.
• ОПЦИОНАЛЬНО: Подтверждение отсутствия мутаций секвенированием
• Проведение экспрессии белка (SMT3-фьюжена) в колбах, разрушение бактерий, оценка уровня продукции и определение растворимости целевого белка с помощью электрофореза (SDS-PAGE)
• ОПЦИОНАЛЬНО: Очистка целевого белка в колоночном или бэтч – варианте с помощью Ni-NTA сефарозы, обработка белка SUMO – протеазой для отрезания SMT3 части, оценка результатов с помощью электрофореза, очистка финального белка в колоночном или бэтч-варианте с помощью Ni-NTA сефарозы. 

Партнер проекта: Акционерное общество «Генериум»
 

5. Молекулярные механизмы действия стрессовых факторов на жизнедеятельность насекомых

Руководители проекта: Лавренов А.Р., Шидловский Ю.В.

Аннотация: Важной задачей для сельского хозяйства является разработка новых подходов к борьбе с насекомыми-вредителями. В предлагаемом проекте планируется изучить молекулярные основы действия трех типов стрессовых факторов, которые потенциально могут быть использованы для борьбы с вредителями. Будут изучено воздействие химических (инсектициды), физических (облучение светом определенных длин волн) и биологических (патогенные для насекомых микроорганизмы) факторов на молекулярные процессы, контролирующие экспрессию генов насекомых. Для работы выбран хорошо изученный модельный объект – мушка дрозофила. Проект состоит из двух разделов: в первом будут изучаться химические и физические воздействия на насекомое, во втором – действие патогенов на культуру клеток насекомого.

В части изучения устойчивости к инсектицидам планируется исследовать активность мобильных генетических элементов (МГЭ), вносящих значительный вклад в этот процесс. После помещения дрозофил на среду, содержащую сублетальные концентрации инсектицидов (циперметрин, имидаклоприд), будет проведен анализ различных воздействий на транскрипционную и транспозиционную активность МГЭ. Для изучения влияния облучения будет использоваться освещение с различными спектральными характеристиками, поскольку известно, что воздействие некоторых спектров неблагоприятно сказывается на продолжительности жизни насекомых. Наконец, будет изучен врожденный иммунитет дрозофилы на модели культуры клеток насекомых. Культура будет обрабатываться различными патогенами, при этом будет проводиться нокдаун различных генов для поиска новых клеточных факторов, контролирующих иммунный ответ.

Партнеры проекта: Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Институт биологии гена РАН


6. Мониторинг изменений профиля метилирования ДНК винограда при введении в культуру in vitro с использованием  секвенирования на нанопорах

Руководители проекта: Агаханов М.М., Потокина Е.К.

Аннотация: Президентом подписан закон о виноградарстве и виноделии в России, который начнет действовать с 1 июля 2020 года. В документе предусматривается поддержка научно-исследовательской, научно-технической, инновационной и образовательной деятельности в области виноградарства и виноделия. Основной задачей при развитии винодельческой отрасли является выращивание оздоровленного от вирусных болезней и различных патогенов посадочного материала. Оздоровленный посадочный материал  получают разными способами, в том числе, через культуру клеток (микроклональное размножение). Однако при введении в культуру in vitro не всегда получают тотипотентный материал, часто из-за изменений профиля метилирования геномной ДНК. 

Проект предлагает провести мониторинг профиля метилирования генома винограда Vitis rotundifolia Michaux до и после введения в культуру. Североамериканский вид Vitis rotundifolia считается практически иммунным к филлоксере — главной угрозе виноградников Нового Света; грибные болезни также не причиняют ему серьезных повреждений. Этот вид является ценным источником генов устойчивости для селекции сортов культурного винограда. Однако, эта лоза очень трудно вводится в культуру in vitro и плохо окореняется при размножении черенками. Коллекционные образцы V.rotundifolia содержатся в живом виде на Крымской опытно-селекционной станции ВИР под кураторством известного ампелографа В.А. Носульчака, который лично привлек этот материал в коллекцию ВИР, что позволяет не сомневаться в его аутентичности.

В ходе проекта планируется использовать технологии секвенирования Oxford Nanopore Technologies (ONT), которые позволяют не только прочитать последовательности ДНК всего генома любого живого организма за несколько суток, но и выявить изменения в метилировании отдельных участков генома.  Проект даст представление участникам о современных возможностях геномного анализа, методах оздоровления и сохранения материала в культуре in vitro, современных методах секвенирования генома и биоинформатической обработки данных.

Партнер проекта: Федеральный исследовательский центр «Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова»

Материалы для подготовки

Литература

1. Альбертс Б. и другие, Молекулярная биология клетки, 5-е издание, М.–Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», Институт компьютерных исследований, 2012.
2. Льюин Бенджамин, Гены, Издатель Бином. Лаборатория знаний, 2011 ISBN 5947747936, 9785947747935 
3. Жимулёв И.Ф. Общая и молекулярная генетика: Учеб. пособие – 3-е издание. Новосибирск: Сиб. унив. изд-во. 2006. – 478 с.
4. Инге-Вечтомов С.Г. Генетика с основами селекции. М.: Высш. Шк., 2010. – 740 с.
5. Высоцкая, Дымшиц, Рувинский: Биология. 10 класс. Учебник. Углублённый уровень. Просвещение, 2019 г.
6. Бородин, Дымшиц, Саблина: Биология. 11 класс. Учебник. Углублённый уровень. Просвещение, 2019 г.
7. Хлесткина Е. К. Молекулярные методы анализа структурно-функциональной организации генов и геномов высших растений //Вавиловский журнал генетики и селекции. – 2011. – Т. 15. – №4. – С. 757-767.
8. Хлесткина Е. К. Молекулярные маркеры в генетических исследованиях и в селекции //Вавиловский журнал генетики и селекции. – 2013. – Т. 17. – №. 4/2. – С. 1044-1054.
9. Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв: Учебник.- Изд. 2-е перераб. и доп. – М.: МГУ, 1989. – 336 с.
10. Нитрусов А.И. «Практикум по микробиологии» М. «Академия», 2005 г. 
11. Воробьев А. А. Кривошеин Ю. С. Быков А. С. «Микробиология, вирусология и иммунология» М. «Мастерство», 2001 г.
12. Альбертс Б. и другие, Молекулярная биология клетки, 5-е издание, М.–Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», Институт компьютерных исследований, 2012.
13. Льюин Бенджамин, Гены, Издатель Бином. Лаборатория знаний, 2011 ISBN 5947747936, 9785947747935
14. Научный журнал КубГАУ, No62(08), 2010 года // Методические рекомендации по микроклональному размножению винограда IN VITRO
15. Эпигенетика сегодня и завтра. ВОГиС, 2013
16. Лавренчук Л.С. Микробиология: практикум / Л.С. Лавренчук, А.А. Ермошин, М-во науки и высш. образования РФ, Урал. федер. ун-т. – Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2019. – 107 с.

Ссылка на диск с литературой

Эксперты и руководители проектов

Смирнова
Наталья Валентиновна

Старший научный сотрудник Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН

Стрыгина
Ксения Владимировна

Старший научный сотрудник лаборатории постгеномных исследований Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И.Вавилова, кандидат биологических наук

Коротков
Олег Игоревич

Заместитель директора по науке Никитского ботанического сада – Национального научного центра РАН, кандидат биологических наук

Анисимов
Роман Львович

Начальник лаборатории АО «Генериум»

Пискунов
Александр Александрович

Начальник отдела молекулярной и клеточной биологии и биотехнологии АО «Генериум»

Кузьмин
Илья Владимирович

Ассистент кафедры генетики МГУ имени М.В.Ломоносова

Лавренов
Антон Русланович

Научный сотрудник биологического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова

Шидловский
Юлий Валерьевич

Заведующий лабораторией регуляции экспрессии генов в развитии Института биологии гена РАН, профессор РАН, доктор биологических наук

Нефёдова
Лидия Николаевна

Координатор программы, доктор биологических наук, доцент кафедры генетики МГУ имени М.В. Ломоносова

Агаханов
Магамедгусейн Магамедганифович

Аспирант Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И.Вавилова

Потокина
Елена Кирилловна

Главный научный сотрудник Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И.Вавилова, профессор, доктор биологических наук

Руководители направления

Коротков
Олег Игоревич

Заместитель директора по науке Никитского ботанического сада – Национального научного центра РАН, кандидат биологических наук

Хлесткина
Елена Константиновна

Директор Федерального исследовательского центра «Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И.Вавилова», профессор РАН, доктор биологических наук

Седых
Сергей Евгеньевич

Научный сотрудник Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, кандидат биологических наук, методист программы «Большие вызовы» (2019, 2020)

Подать заявку
© 2015–2020 Фонд «Талант и успех»
Нашли ошибку на сайте? Нажмите Ctrl(Cmd) + Enter. Спасибо!