Геномное редактирование

Сквозная технология НТИ профиля Геномное редактирование — управление свойствами биологических объектов.

Сегодня геномное редактирование является одной из наиболее современных технологий управления свойствами биологических объектов, стоит в ряду с методами генной инженерии и различными подходами синтетической биологии. Разработка новых инструментов геномного редактирования, оптимизация протоколов их использования — это пока нерешенная технологическая проблема.

Задания охватывают темы технологий управления свойствами биологических объектов: методов инженерной и синтетической биологии, геномного редактирования.

Для привлечения школьников к решению заданий составителями заданий разработан «Урок НТО», посвященный знакомству с Нобелевской премией по химии 2020 года, присужденной за разработку технологии геномного редактирования, программа спецкурса по инженерной биологии, программы биохакатонов по полимеразной цепной реакции и рестрикционному анализу. Материалы для находятся на сайте https://nto-lesson.ru/ и доступны после регистрации на платформе «Талант».

Совместно с разработчиками программного пакета UGENE записан курс лекций «Практическая биоинформатика», в котором разобраны практические кейсы. В 2024–25 гг. на базе Цифровой кафедры, открытой в НГУ в рамках проекта «Приоритет 2030», созданы видеоролики с разбором кейсов в области биоинформатики и лекции ведущих ученых институтов СО РАН и НГУ, посвященных технологиям управления свойствами биологических объектов.

Для анализа последовательностей нуклеиновых кислот, анализа секвенограмм и сайтов рестрикции в настоящее время задействуются различные базы данных (например, NCBI и многие другие), интернет-сервисы (например, Tide и другие) и специальное программное обеспечение (например, UGENE и другие). Использование этих программ и других онлайн-ресурсов позволяют школьникам без посещения молекулярно-биологической лаборатории и специального оборудования приблизиться к освоению основных методов биоинформатического анализа.

Знакомство с технологиями управления свойствами биологических объектов начинается при решении заданий первого и второго отборочных этапов Олимпиады, которые охватывают темы по основам молекулярной биологии, биохимии, молекулярной генетики, биотехнологии.

Участникам предложены для ознакомления литературные источники, статьи, онлайн- и видеокурсы, дающие возможность получить недостающие знания, закрепив их при решении задач первого и второго этапов.

Отдельный акцент делается на освоении элементов биоинформатического анализа, работы с базами данных и использованию Python для решения биоинформатических задач.

Таким образом, к заключительному этапу участники уже погружены в контекст финальных заданий.

На заключительном этапе финалисты проводят анализ образцов, полученных в результате работы системы геномного редактирования. При помощи методов биоинформатики и «мокрой биологии» (полимеразная цепная реакция, рестрикционный анализ, секвенирование) участники определяют образцы, в которых произошли изменения, связанные с работой системы CRISPR\Cas, а также оценивают эффективность редактирования.

Для этого им предоставляются реактивы, расходные материалы, программное обеспечение и файлы с последовательностями ДНК. Команда, предложившая наиболее оптимальное решение и получившая корректный результат, получает максимальный балл.

В целом, в процессе решения задач инженерного тура заключительного этапа участники на практике знакомятся с реальной научно-технологической проблемой и находят ее решения во время работы в лаборатории и при использовании биоинформатических инструментов.

Помимо командной задачи (практический тур) на заключительном этапе участники решают индивидуальные задачи по школьным предметам: химия и биология (предметный тур). Это необходимо для оценки личного вклада каждого в общий результат и для проверки теоретических знаний. В будущем они могут потребоваться для работы в области наук о жизни.

Таким образом, за время заключительного этапа наряду с предметными знаниями школьники получают опыт командного решения с выявлением личного вклада каждого в решение общей задачи. Это дает возможность организаторам обратить внимание на наиболее одаренных в научном и практическом отношении участников.

При подготовке к заключительному этапу проводятся биохакатоны, направленные на освоение основ генетической инженерии, молекулярной биологии, биотехнологии, которые позволяют понять суть процессов, происходящих с нуклеиновыми кислотами в лаборатории и на практическом опыте применить полученные теоретические знания. Программа биохакатонов представляют собой методики, широко используемые в молекулярной биологии, особенно актуальные при решении заданий инженерного тура заключительного этапа. Методы генетической инженерии и геномного редактирования сегодня активно используются в лабораториях по всему миру и, без сомнения, являются практиками будущего.

Победители и призеры профиля Геномное редактирование поступают в ведущие вузы России на биологические и химические отделения на специальности, связанные с биотехнологией и биоинформатикой, принимают участие в научно-технологических проектных школах по биотехнологии и биоинженерии. Задания профиля Геномное редактирование соответствуют дорожным картам Национальной технологической инициативы по подготовке специалистов рынков Хелснет НТИ.

В трудоустройстве победителей и призеров Олимпиады заинтересованы крупнейшие биотехнологические компании — партнеры профиля: Биокад, Вектор-Бест, Генериум и другие.