help@sochisirius.ru
1-24 июля 2020

Генетика, персонализированная и прогностическая медицина

Раньше открытия генетиков имели преимущественно диагностическое применение в клинической медицине, но в последние годы происходит огромный рывок в создании новых типов лекарств, основанных на знаниях молекулярных механизмов развития заболевания. В рамках данного направления будут представлены проекты, которые отражают разные этапы современного подхода к поиску и разработке лечения различных заболеваний человека. 

Участники направления смогут поучаствовать в создании флуоресцентномеченных ген-направленных соединений для терапии и диагностики генетических заболеваний, исследовать последствия активации различных иммунных клеток отдельными антигенами для поиска новых подходов лечения аллергической астмы, найти штаммы-продуценты новых антибиотиков, оценить возможность использования внеклеточных везикул в качестве диагностического инструмента для определения активации иммунокомпетентных клеток, попробуют улучшить противоопухолевую активность CAR-T клеток, а также проанализируют варианты вирусного препарата для лечения спинальной мышечной атрофии.

Все направления программы «Большие вызовы»

Проекты направления

1. Ген-направленные соединения для терапии и диагностики
2. Создание редуцированной in vitro системы для изучения молекулярных механизмов аллергического воспаления
3. Поиск и изучение новых продуцентов антибиотиков
4. Профиль секретируемых внеклеточных везикул как показатель активации иммунокомпетентных клеток
5. Увеличение противоопухолевой активности CAR-T клеток человека посредством модуляции активности фосфатазы Wip1
6. Разработка клеточной модели спинальной мышечной атрофии

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

1. Ген-направленные соединения для терапии и диагностики

Руководитель проекта: Новопашина Д.С.

Аннотация: Уникальное свойство нуклеиновых кислот (НК) образовывать комплементарные комплексы (формирование пар A:T(U) или G:C в процессе гибридизации) позволяет создавать конструкции направленные на определенные участки конкретных генов. Этот подход  широко используется в молекулярной биологии и медицине для создания ген-направленных соединений. Опираясь на нуклеотидную структуру (последовательность) гена можно сконструировать олигонуклеотид (короткий фрагмент НК), который будет селективно связываться с этим геном или его иРНК (НК-мишень) и блокировать его экспрессию, то есть не будет синтезироваться белок, соответствующий этому гену. Если в такой олигонуклеотид ввести флуоресцентную метку, то можно получить гибридизационный зонд и детектировать, соответствующий ген или его мРНК. Важным моментом является стабильность комплекса ген-направленного олигонуклеотида  с его НК-мишенью.

Существуют физические методы, позволяющие определять параметры взаимодействия между биомолекулами, например, между ген-направленным соединением и его НК-мишенью, то есть определять константы ассоциации/диссоциации комплексов и прогнозировать  возможную биологическую эффективность ген-направленных соединений в реальных биологических системах. Наиболее удобным методом детекции образования комплексов является использование флуоресцентных меток, которые могут быть введены в состав НК-мишени (РНК или ДНК) ферментативно или путем химического мечения, а также в состав ген-направленного соединения на основе комплементарного определенному фрагменту НК-мишени.  В кастве таких меток могут быть использованы флуоресцеин, цианиновые красители и другие флуоресцентные молекулы. При использовании различных систем визуализации флуоресцентно меченных соединений необходимо осуществить выбор оптимального флуоресцентного красителя, а также  положение и способ  его введения в состав исследуемой системы соединение/НК-мишень.

Данный проект направлен на создание флуоресцентно меченных ген-направленных соединений. В ходе проекта мы научимся вводить флуоресцентные метки в нуклеиновые кислоты химическим путем. Кроме того мы проведем исследование их связывания с НК-мишенями используя их флуоресцентные свойства и способность образовывать комплементарные комплексы. Результаты проекта будут представлять практическую ценность для создания научно-исследовательских инструментов, перспективных инструментов терапии и диагностики генетических заболеваний. 

Партнер проекта: Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук


2. Создание редуцированной in vitro системы для изучения молекулярных механизмов аллергического воспаления

Руководитель проекта: Друцкая М.С.

Аннотация: Астма – это распространенное хроническое заболевание, которым страдает более 300 миллионов человек во всем мире. Оно характеризуется воспалением дыхательных путей, утолщением гладкой мускулатуры бронхов, высокой чувствительностью к аллергенам, одышкой, тяжестью и хрипами в груди. Патогенез астмы, как правило, связан с активным привлечением в легочную ткань иммунных клеток, в частности, миелоидных клеток (например, гранулоцитов, макрофагов, дендритных и тучных клеток). Все эти клетки распознают различные аллергены с помощью рецепторов врожденного иммунитета, активируются и начинают высвобождать особые белки иммунной системы – цитокины (например, интерлейкины, интерфероны, хемокины). При этом чрезмерная активация этих клеток может приводить к нарушенной регуляции цитокинов и, как следствие, способствовать развитию неконтролируемого аллергического воспаления и, в конечном итоге, к астме. 

Модель экспериментальной астмы основана на взаимодействии аллергенов в составе экстракта пылевого клеща (липополисахарид, флагеллин, хитин, бета-глюкан и др.) с рецепторами врожденного иммунитета, Toll-подобными рецепторами, которые представлены на поверхности всех миелоидных клеток и активируют иммунный ответ против разных типов патогенов. Участникам проекта будет предоставлена возможность, применяя базовые методы культуральной работы в клеточном блоке и молекулярно-биологического анализа, исследовать последствия активации макрофагов, нейтрофилов и дендритных клеток, как отдельными аллергенами, так и смесью аллергенов. Работа включает в себя получение первичных культур миелоидных клеток из костного мозга мышей, их активацию и последующий анализ сигнальных путей от Toll-подобных рецепторов с помощью измерения экспрессии основных медиаторов аллергического воспаления методами количественной ПЦР с обратной транскрипцией в реальном времени и иммуноферментного анализа. Проверка специфичности передачи сигнала будет проводиться на культурах миелоидных клеток, полученных из костного мозга генетически модифицированных мышей, с дефектами в передаче сигнала от Toll-подобных рецепторов. Изучение особенностей активации миелоидных клеток отдельными компонентами экстракта пылевого клеща будет способствовать поиску новых подходов к лечению аллергической астмы.

Партнер проекта: Институт молекулярной биологии имени В.А.Энгельгардта Российской академии наук
 

3. Поиск и изучение новых продуцентов антибиотиков

Руководитель проекта: Остерман И.А.

Аннотация: В связи с высокими темпами распространения устойчивости к классическим антибиотикам необходимо искать новые источники и новые молекулы, обладающие антибактериальной активностью. В ходе проекта будет проведен поиск и культивирование в лабораторных условиях новых штаммов-продуцентов антибиотиков. При помощи специализированного штамма-биосенсора, будет определена эффективность, а главное механизм действия продуцируемой молекулы. Наиболее активные образцы будут выращены в больших объемах для выделения активного компонента, затем будет проведено определение структуры продуцируемого антибиотика.  Будет проведено морфологическое и генетическое определение штаммов-продуцентов,  а для наиболее перспективных будет проведено выделение геномной ДНК, с целью дальнейшего получения генома штамма продуцента и определения набора генов, отвечающих за биосинтез антибиотика.

Проект предполагает несколько блоков:
1. Знакомство с микробиологическими приемами в целом. Приготовление сред, жидких, агаризованных селективных, индикаторных и т.д. из отдельных компонентов и готовых смесей. Приёмы стерилизации, подготовка материалов, розлив по чашкам и т.д. Анализ штаммов продуцентов. В качестве материалов используются штаммы Strepromyces из коллекций, но с не описанными продуктами, которые они продуцируют.
- Участники получают на руки пробирки со стрептомицетами и чашки со средами, сеют стрептомицеты на спектр ISP сред (международный стандарт для описания фенотипических свойств актиномицетов). Наблюдение за ростом культур и описание культуральных признаков происходит на 7, 14, 21 сутки.
- Засеваются стрептомицетами чашки петри с крахмальнной средой,– чтобы вырезать блоки для определение антибактериальной активности.
- Посев на  2-3 жидкие среды, культивироваие, тестирование антибактериальной активности.
- Микросокпические исследования продуцентов.
- Выделение геномной ДНК, делаем ПЦР на 16S, определяем видовую принадлежность.
2. Выделение активных компонентов из сред штаммов-продуцентов. Используются обнаруженные активные продуценты или уже ранее наработанные культуральные жидкости продуцентов. Знакомство с базовыми методами очистки малых молекул – экстракция и хроматография. Анализ фракций при помощи репортерной системы pDualrep2. Определение физико-химических параметров выделенной молекулы. Попытка установления ее структуры.
3. Отбор наиболее перспективных кандидатов на полно геномное секвенирование, знакомство с принципами поиска биокластеров антибиотиков.

Партнер проекта: Сколковский институт науки и технологий
 

4. Профиль секретируемых внеклеточных везикул как показатель активации иммунокомпетентных клеток

Руководитель проекта: Головкин А.С.

Аннотация: Иммунокомпетентные клетки (Т- и В-лимфоциты, макрофаги, дендритные клетки и др) являются участниками многих патологических и физиологических процессов. Они отвечают за иммунный ответ, защиту организма от патогенов, опухолей, чужеродных и аутологичных молекул, потенциально опасных для организма, и т.д. Регуляция активности иммунокомпетентных клеток осуществляется разными путями, в частности через рецепторы, цитокины, хемокины и т.д. При этом последнее время активно изучается возможное регуляторное влияние внеклеточных везикул, продуцируемых иммунокомпетентными клетками.

Внеклеточные везикулы (ВВ) – окруженные липидным бислоем частицы диаметром менее 1000 нм. Этот класс объединяет объекты, описываемые в литературе как экзосомы, эктосомы, микровезикулы, микрочастицы и апоптотические тела. ВВ являются переносчиками активных биомолекул между разными клетками, в связи с чем рассматриваются как потенциальные регуляторы многих физиологических и патологических процессов в клетке. С помощью современных методов исследования было показано, что субпопуляции ВВ содержат разные наборы кодирующих и некодирующих РНК, включая микроРНК, белки, а также различаются по липидному составу. 

Цель: изучить профиль различных фракций внеклеточных везикул, продуцируемых культурой иммунокомпетентных клеток при их стимуляции. Для этого планируется на культуре клеток THP-1 (клетки моноцитарной лейкемии человека) в покое и при стимуляции, используя дифференциальное центрифугирование получить две фракции внеклеточных везикул. Провести анализ фракций внеклеточных везикул методом высокочувствительной проточной лазерной цитометрии, белковый анализ фракций внеклеточных везикул методом Вестерн-Блот-анализа и анализ на наличие митохондриальной ДНК методом ПЦР.

Партнер проекта: Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени В. А. Алмазова» Министерства здравоохранения Российской Федераци
 

5. Увеличение противоопухолевой активности CAR-T клеток человека посредством модуляции активности фосфатазы Wip1

Руководитель проекта: Демидов О.Н.

Аннотация: В последнее время для лечения онкологических заболеваний стала широко применяться иммунотерапия – комплекс лечебных мероприятий, направленных на увеличение эффективности иммунной системы в уничтожении опухолевых клеток. Одним из примеров подобной терапии, зарекомендовавшей себя при лечении рака кожи и ряда других злокачественных опухолей, является устранение сигналов, инструктирующих подавление иммунного ответа на раковые клетки. За открытие механизмов данной иммунотерапии в 2018 году была присуждена Нобелевская премия. 

Другим типом иммунотерапии, пока еще только внедряемым в клиническую практику, является применение для борьбы с опухолями иммунных клеток, лимфоцитов, которые специально программируются на уничтожение опухолевых клеток. Программирование T-лимфоцитов достигается с помощью внедрения методами биомедицинской инженерии на поверхность этих клеток молекул, узнающих опухолевые клетки. Внедряемые молекулы получили название «химерные рецепторы к антигенам» опухолей (англ. Chimeric Antigen Receptor – CAR), а клетки стали называться CAR-T клетками. Цитотоксические (способные уничтожать клетки) Т-лимфоциты, которые используются для создания CAR-T клеток, синтезируют ряд противоопухолевых молекул, способных проникать внутрь опухолевых клеток и запускать процесс их гибели.  В настоящее время ведется активный поиск способов увеличения эффективности CAR-T клеток, например, путем увеличения их жизнеспособности или путем повышения синтеза и секреции противоопухолевых молекул: гамма-интерферона, перфоринов, гранзимов. 

Ранее в процессе исследования влияния различных факторов на противоопухолевый иммунный ответ нами было обнаружено, что удаление гена фосфатазы Wip1 из клеток иммунной системы мыши значительно усиливает противоопухолевый иммунный ответ и замедляет рост опухолей. На основании полученных нами данных мы сформулировали Цель исследования: увеличить эффективность CAR-T клеток в уничтожении опухолей, используя вместо генетического удаления Wip1, химическое вещество-ингибитор, подавляющее активность Wip1.

Участники проекта будут самостоятельно растить вышеуказанные клетки в специальных чашках для культивирования, оценивать способность СAR-T клеток уничтожать опухолевые клетки-мишени до и после применения  химического вещества- ингибитора, подавляющего активность Wip1,  производить количественную оценку синтеза и секреции противоопухолевых молекул СAR-T клетками (гамма-интерферона, фактора некроза опухоли, гранзима В) методами количественной полимеразной цепной реакции (ПЦР), иммуноферментного анализа (ИФА) и проточной цитометрии (FACS).

Партнеры проекта: Институт цитологии Российской академии наук, Национальный медицинский исследовательский центр имени В.А.Алмазова Министерства здравоохранения Российской Федерации

6. Разработка клеточной модели спинальной мышечной атрофии

Руководитель проекта: Мадера Д.А.

Аннотация: Ген SMN1 кодирует белок, отвечающий за множество функций, связанных с реализацией генетической информации в клетке. В частности, при нарушении экспрессии данного гена в клетках наблюдается аномальный сплайсинг различных РНК, неправильное разрешение дуплексов ДНК-РНК, образующихся при транскрипции и т. д. 

Мутации в гене SMN1, приводящие к потере его функции, являются причиной смертельного или инвалидизирующего наследственного заболевания спинальная мышечная атрофия (СМА), вызванного деградацией и смертью моторных нейронов и, как следствие, деградацией мышечной ткани. Для лечения таких больных возможно создать вирусный препарат, который восстанавливает экспрессию и функцию SMN1. Конечно, проще всего проверить просто экспрессию гена и белка в трансдуцированных клетках, однако правильнее проверять востановление функции гена, и это является важнейшим показателем выбора конкретного варианта гена для препарата.

Оптимальным (наиболее быстрым и дешёвым) методом проверки вариантов препаратов является их проверка на клеточных моделях. В клетках можно «имитировать» отсутствие SMN1 с помощью ингибирования малыми интерфериующими РНК (siRNA), а потом восстановить с помощью прототипов вирусного препарата для экспрессии SMN1. 

В рамках данного проекта предлагается разработать функциональные тесты на основе ПЦР, которые будут детектировать определённую функцию SMN1, и проверить, какие варианты вирусного препарата лучше её восстанавливают. От компании Биокад будут предоставлены образцы тотальной РНК клеток, трансдуцированных несколькими прототипами препаратов, для сравнения. Это важный этап для разработки препарата и выстраивания биотехнологической цепочки к производству.

Партнер проекта: ЗАО «Биокад»

Материалы для подготовки

1. Ген-направленные соединения для терапии и диагностики

Флуоресцентные репортеры и их молекулярные репортажи
Квантовые точки — наноразмерные сенсоры для медицины и биологии
Флуоресцирующая Нобелевская премия по химии

2. Создание редуцированной in vitro системы для изучения молекулярных механизмов аллергического воспаления

Дифференцировка стволовых кроветворных клеток
Иммунная система и аутоиммунные заболевания
Немного об аллергии
Иммуноферметный анализ

3. Поиск и изучение новых продуцентов антибиотиков

Антибиотики vs Бактерии. «Война Бесконечности» или всему есть предел?
По следам антибиотиков: что могло пойти не так и как это исправить?

4. Профиль секретируемых внеклеточных везикул как показатель активации иммунокомпетентных клеток

Экзосомы — бутылочная почта организма
Экзосома — механизм координации и взаимопомощи клеток организма
Анализ индивидуальных репертуаров Т-клеточных рецепторов
12 методов в картинках: проточная цитофлуориметрия

5. Увеличение противоопухолевой активности CAR-T клеток человека посредством модуляции активности фосфатазы Wip1

Дендритные клетки: профессиональные разведчики в «Опухолевой войне»
Способны ли CAR-Т-клетки уничтожить опухоль?
CAR T-клетки, получаемые in situ (in vivo), — путь к удешевлению и широкодоступности технологии?
Ученые опять вылечили волчанку у мышей: когда ждать терапии для человека?

6. Разработка клеточной модели спинальной мышечной атрофии

Фетальная генная терапия: от теории — к практике
Биотехнология. Генная инженерия
12 методов в картинках: полимеразная цепная реакция

Эксперты и руководители проектов

Новопашина
Дарья Сергеевна

Старший научный сотрудник Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН

Друцкая
Марина Сергеевна

Ведущий научный сотрудник лаборатории молекулярных механизмов иммунитета Института молекулярной биологии имени В.А.Энгельгардта РАН, кандидат биологических наук

Остерман
Илья Андреевич

Главный научный сотрудник Сколковского института науки и технологий

Головкин
Алексей Сергеевич

Ведущий научный сотрудник-руководитель группы генно-клеточной инженерии Института молекулярной биологии и генетики Национального медицинского исследовательского центра имени В.А. Алмазова (Санкт-Петербург), доктор медицинских наук

Демидов
Олег Николаевич

Руководитель группы Института цитологии РАН (Санкт-Петербург), INSERM и Университета Бургундии (Франция), доктор медицинских наук, область научных интересов — повреждения ДНК, онкосупрессоры, клеточное старение

Мадера
Дмитрий Александрович

Руководитель отдела молекулярной генетики компании BIOCAD, старший преподаватель Санкт-Петербургского государственного химико-фармацевтического университета Министерства здравоохранения Российской Федерации, Ph.D.

Руководители направления

Пышный
Дмитрий Владимирович

Директор Института химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения РАН, член-корреспондент и профессор РАН, профессор, доктор химических наук

Воронина
Елена Николаевна

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

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