Геномное редактирование входит в сквозную технологию Национальной технологической инициативы «Управление свойствами биологических объектов». В 2020 году Нобелевскую премию по химии вручили ученым Эммануэль Шарпантье и Дженнифер Дудне за «разработку метода редактирования генома».
С помощью геномного редактирования можно вносить точечные изменения в ДНК или даже заменять одни фрагменты генома на другие. Благодаря Национальной технологической олимпиаде школьники 8–11 классов могут познакомиться с задачами, которые ежедневно решают молекулярные биологи в лаборатории.
Финалисты профиля решают задачу по анализу работы системы геномного редактирования в культуре клеток: работают в молекулярно-биологической лаборатории и с биоинформатическим ПО.
Профиль «Геномное редактирование» организован по инициативе Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН и Новосибирского государственного университета. Научный руководитель профиля – академик РАН Валентин Викторович Власов.
Задания первого этапа включают проверку знаний по биологии и химии. Без уверенного знания этих предметов невозможна исследовательская работа в области инженерной биологии.
Биоинженерам необходима хорошая теоретическая база по химии и биологии. Участникам первого этапа рекомендуем ознакомиться с источниками в сети интернет (учебники, курсы, вебинары), а также решать задания прошлых лет.
Задания второго этапа помогают участникам подготовиться к решению задачи финала. Команда проверяет свои знания в методах молекулярной биологии, учится делать расчеты реакционных смесей, осваивает работу в биоинформатическом ПО Ugene, работу с базами данных (NCBI).
Рекомендуем всем участникам решать все задачи, чтобы понять, как работа биоинформатика связана с работой «мокрого биолога».
В финале командам предстоит работа в «мокрой» лаборатории и решение биоинформатического кейса.
Участники 10–11 классов анализируют продукты работы системы редактирования генома в нескольких линиях клеток. Проводят анализ того, успешно ли прошло редактирование целевой последовательности в клетках. Для анализа используют методы молекулярной биологии: ПЦР, секвенирование, а также биоинформатический анализ. На основании полученных данных, выбирают образцы, в которых система геномного редактирования сработала и контрольные образцы.
Участники 8–9 класса выполняют клонирование гена из одной плазмиды в другую: проводят амплификацию участка, встраивание в плазмиду, трансформацию бактериальных клеток.
В зачет идут результаты работы «мокрых биологов» и биоинформатиков, а также результаты всех участников команды в теоретическом туре по химии и биологии. Побеждает команда, участники которой сильны в теории и на практике.
Задачи финала разработаны научными сотрудниками ИХБФМ СО РАН и НГУ, и основаны на реальных кейсах лабораторий геномного редактирования и геномной и белковой инженерии. Участие в финале поможет лично познакомиться с практикой будущего и мотивированно выбрать правильный вуз и направление для дальнейшего обучения.
Рекомендуем наставникам разбирать задачи, декомпозировать их, но не решать задачи вместо команд.
Специальные материалы для наставников
История генной инженерии и молекулярной биологии. Достижения инженерной биологии. Материальные основы наследственности и основные молекулярно-биологические процессы.
Для работы в лаборатории необходимо знание основ методов молекулярной биологии и биохимии: ПЦР, гель-электрофорез, рестрикция, трансформация клеток плазмидной ДНК, спектрофотометрия.
Для проведения биоинформатического анализа необходим опыт работы с базами данных NCBI (желательно знание английского языка), умение работы в программе UGENE.
Для успешного прохождение заключительного этапа необходимо умение работать в команде, распределять обязанности и делегировать задачи.
Во втором туре участникам понадобятся следующие навыки:
Методы молекулярной биологии
Основы биоинформатики (работа в UGENE)
Решение расчетных задач (приготовление растворов, реакционных смесей)
В финале участникам будут полезны следующие навыки:
Работа с автоматическими дозаторами
Работа в молекулярно-биологической лаборатории
Решение расчетных задач
Для участия на заключительном этапе вам понадобится команда из трех участников. Распределение по ролям связано с вместимостью лабораторий (для «мокрых биологов» и терминальных классов (для биоинформатиков).
Роль 1. Биоинформатик. Участнику необходимо свободно работать в программе UGENE, ориентироваться в базах данных NCBI. Знание английского языка и молекулярной биологии крайне желательно
Роль 2. «Мокрые биологи» – 2 участника. Участникам будут полезны навыки работы в молекулярно-биологической лаборатории. Необходимо понимание расчетов реакционных смесей, планирование экспериментов. Пригодится навык написания эссе, письменных ответов на вопросы.