Международный конкурс iGEM направлен на решение насущных задач человечества с помощью методов синтетической биологии. Участники конкурса — многопрофильные команды студентов университетов — работают вместе над проектированием, созданием, тестированием и измерением систем с использованием взаимозаменяемых биологических частей и стандартных методов молекулярной биологии. 

В этом году в конкурсе приняли участие семь команд из России, шесть из которых получили медали за успешную реализацию своих проектов. Золото завоевали команды МГУ и сборная команда МФТИ и МГУ. Серебряные медали достались команде Новосибирского Государственного Университета и сборной команды вузов Москвы (МГУ, НИУ ВШЭ, ПМГМУ им. И. М. Сеченова, ИТМО, СПБГУ и других ведущих вузов России). Бронзу получила команда ИАТЭ НИЯУ МИФИ. 

Ребята собираются продолжить исследования и развивать технологии в России.

Что дает участие в конкурсе?

1. Работа школьников и студентов над актуальными самостоятельными проектами и разрешение конкретных задач на ранних этапах.
2. Работа в разных направлениях: помимо научной составляющей (бизнес, научная среда на разных вертикалях власти, госструктуры и учреждения, популяризация науки и наука в массы), развитие навыков коммуникации и технических навыков, т. е. повышение своей компетентности как специалиста с широким кругозором и опытом.
3. Работа внутри собственной гибкой команды еще со школы, т. е. организация людей и развитие навыков раньше, чем условные официальные шаблонные научные группы с уже определенными темами.
4. Престиж на мировой арене. Конкурс основан в MIT (Массачусетский Технологический Институт), в нем также участвуют вузы Лиги Плюща. Представить достойно свою страну и свои учебные учреждения также является делом чести.
5. Открытая база данных, которую собирают с 2003 года. Эти знания можно будет использовать для будущих проектов.
6. Открытая научная среда, общение и обмен опытом с зарубежными командами.
7. Серьезная строчка в резюме: опыт работы над проектом и наличие медали на руку тем, кто устраивается на работу или еще продолжает учебу.
8. Подготовка проекта к стартапу при наличии желания и готовности. За всю историю конкурса многие компании начинали именно с iGEM, например, Benchling или Gingko Bioworks.
9. Аналог центра инновационного творчества или сообщества инженеров и рационалистов, но для биологов, программистов и также инженеров.

Другими словами, конкурс помогает взращивать кадры и будущих лидеров для страны.

Сезон 2022 года начнется уже скоро, и поэтому желающие могут начинать думать над темами проектов и собирать команды. Ниже представлены участники iGEM 2021 года, с которыми вы также можете связаться, чтобы узнать подробности или спросить совета по поводу участия в конкурсе.

Moscow

Команда iGEM Moscow представила проект miPression. Для конкурса ребята разработали идею молекулярного теста для диагностики ментальных заболеваний, в том числе депрессивного расстройства. В ходе тщательного анализа литературы в качестве биомаркеров ребята выбрали микроРНК, которые в последнее время набирают популярность как маркеры различных заболеваний. Проведя собственный мета-анализ, команда подобрала потенциальную панель микроРНК для диагностики депрессии. Для детекции использовали dCas9 белки с флуоресцентным репортером. Тест сможет определить количество интересующих микроРНК по восстановлению свечения флуоресцентных белков. Таким образом, чтобы определить, отклоняется ли от нормы уровень биомаркеров, ассоциированных с определенным ментальным заболеванием, от пациента требуется только анализ крови. Ребята надеются, что их система поможет психиатрам при постановке диагноза. В будущем, уже вне рамок конкурса, команда хочет провести и отдельное исследование с участием пациентов, чтобы проверить достоверность выбранных биомаркеров.

Основной состав команды iGEM Moscow этого года состоял из студентов кафедр биоинженерии, биофизики, биохимии биологического факультета МГУ, факультета биоинженерии и биоинформатики. Важное участие в организации команды также приняли студенты из МФТИ, Санкт-Петербургского государственного университета, Первого МГМУ им. И. М. Сеченова, РУДН и Тяньцзиньского университета в Китае. Лидерами команды являются Кирилл Решетников и Вера Сысоева.

Научным руководителем команды iGEM Moscow является доцент кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ Алексей Константинович Шайтан. Консультантами команды выступили декан биологического факультета, академик РАН Михаил Петрович Кирпичников, старший научный сотрудник Института молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта Дмитрий Карпов, руководитель проектного офиса «Редкие (орфанные) болезни» ФГБНУ «Национальный научно-исследовательский институт общественного здоровья имени Н. А. Семашко» Елена Юрьевна Красильникова, менеджер по привлечению талантов компании БИОКАД Александр Ефремов, профессор кафедры психиатрии и наркологии Первого МГМУ им. И. М. Сеченова Юлия Гулямовна Тихонова и другие.

Активную помощь в реализации проекта оказали компании БИОКАД, HyTest, Хеликон, Qiagen, Lumiprobe, СкайДжин.

LMSU

Команда iGEM LMSU представила проект ASCEND. Целью проекта является создание «вкусной водоросли» в качестве источника пищи для дальних космических полетов. Arthrospira platensis (спирулина) является одним из наиболее перспективных в этом отношении организмов и уже используется в пищу, а с помощью генетических модификаций сможет приобрести вкус и другие полезные свойства. В этом году команда сфокусировалась на характеризации нового штамма Arthrospira platensis IPPAS B-256 и конструировании оптогенетической системы. Оптогенетическая система позволит четко регулировать экспрессию «генов интереса» с помощью освещения, что является наиболее экономичным способом контроля в условиях космического полета. Таким способом получится разделить во времени рост культуры и синтез ароматных и вкусных соединений. За время первого сезона проекта удалось разработать макет этой конструкции и подобрать подходящие регулируемые промоторы для экспрессии в кишечной палочке, а также охарактеризовать штамм спирулины с физиологической и биохимической точки зрения. В следующем сезоне команда планирует создать прототип готового продукта.

Основной состав команды iGEM LMSU этого года состоял из студентов биотехнологического и биологического факультетов МГУ, химического факультета и факультета ВМиК МГУ, а также Первого МГМУ им. И. М. Сеченова. В состав команды вошла Андрей Калиниченко, Карина Арасланова, Артем Стетой, Вероника Катруха, Илья Рубинштейн, Михаил Полковниченко, Алексей Шешуков, Тамара Лосева, Анастасия Новицкая, Иван Козин и Александр Модестов. Капитанами команды являются Антон Агапов и Лидия Бобровникова. Инструктором и ментором команды выступил аспирант кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ Петр Зайцев.

Научным руководителем команды iGEM LMSU является доцент кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ Алексей Константинович Шайтан. Консультантами команды выступили декан биотехнологического факультета МГУ Анатолий Иванович Мирошников, директор Института физиологии растений РАН Дмитрий Анатольевич Лось, декан биологического факультета, академик РАН Михаил Петрович Кирпичников, старший научный сотрудник Института молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта Дмитрий Карпов, руководитель проектного офиса «Редкие (орфанные) болезни» ФГБНУ «Национальный научно-исследовательский институт общественного здоровья имени Н. А. Семашко» Елена Юрьевна Красильникова и другие.

Активную помощь в реализации проекта оказали компании Хеликон, Qiagen, СкайДжин, Клонинг Фасилити, Евроген, а также Отдел молекулярных биосистем ИФР РАН.4

MIPT_MSU

Команда iGEM MIPT_MSU представила проект «Final destination for cancer». Идея проекта заключалась в создании инновационной системы таргетной доставки лекарств для лечения различных заболеваний, в первую очередь онкологических.

Система состоит из трех компонентов: внеклеточных везикул, белка синцитин-1 и мРНК. Внеклеточные везикулы, являясь естественным средством межклеточного транспорта различных соединений, предположительно обеспечивают низкие иммуногенность и токсичность разработанной системы. Синцитин — белок слияния, рецепторы которого оверэкспрессированы на поверхности многих типов злокачественных клеток, что способствует таргетности действия и защите содержимого везикул от разрушения. Доставляемые лекарственные молекулы, такие как мРНК белков-онкосупрессоров, дополнительно модифицируются сигналом упаковки ВИЧ для сортировки в везикулы посредством белка Gag.

Команде удалось не только сделать дизайн и осуществить сборку всех необходимых генетических конструкций, но и провести первые эксперименты in vitro, продемонстрировав потенциальную эффективность данной системы с использованием репортерной РНК GFP.

Основной состав команды iGEM MIPT_MSU этого года состоял из студентов физтех-школы биологической и медицинской физики МФТИ (Бруттан Мария, Виноградова София, Григорьева Екатерина, Держаев Антон, Думпис Сергей, Зоткин Сергей, Исакова Виолетта, Луппов Даниил и Мануйлов Владимир), а также физического факультета и факультета фундаментальной медицины МГУ (Рогачева Анастасия, Дьячкова Ульяна и Галатынюк Анастасия). Капитанами команды были студенты ФБМФ МФТИ Лебедева Валерия и Владимирцев Дмитрий. Главным инструктором являлся старший научный сотрудник факультета фундаментальной медицины МГУ и лаборатории регуляции клеточной сигнализации МФТИ Зубарев Илья Владимирович. Советник команды ー научный сотрудник и студент PhD Карлова университета Праги Боков Максим Георгиевич, который участвовал в iGEM-2019 от России, а затем стал амбассадором iGEM 2020.

Команде помогали и инструктировали научный сотрудник компании Марлин Биотех Лунев Евгений Андреевич, научные сотрудники лаборатории регуляции клеточной сигнализации МФТИ Лобода Анна Петровна и Блатов Игорь Александрович, доцент кафедры биохимии и молекулярной медицины МГУ Макаревич Павел Игоревич и младший научный сотрудник НИИ физико-химической биологии имени А. Н. Белозерского Сорокин Иван Игоревич. В ходе работы над проектом студенты также консультировалась со многими другими специалистами, информация о которых представлена на сайте команды.

Активную помощь в реализации проекта оказали компании ThermoFisher Scientific, Evogen, Lumiprobe, Хеликон, СкайДжин, Диа-М, Евроген, SnapGene, Эппендорф, Марлин Биотех и Бизон Пицца, а также ФБМФ МФТИ. Экспериментальная работа велась на базе лаборатории регуляции клеточной сигнализации МФТИ.

Siberia

В этом году впервые выступила команда из Сибири от Новосибирского государственного университета с проектом LEAP2BRAIN. Участники работали над созданием новой системы доставки лекарств, объединяющей принципы «living therapeutics» (использовании живых микроорганизмов для лечения) и доставки «nose-2-brain» (из носа в мозг).

«В России один из самых высоких показателей смертности от ожирения. На 2017 год около 16 % смертей в России было связано с этим заболеванием, поэтому мы решили помочь решить эту проблему и выбрали для демонстрации концепции нашего проекта белок LEAP2,» — сообщают участники команды Siberia.

В недавних исследованиях было показано, что основными регуляторами аппетита и сытости являются гормон грелин и LEAP2, представляющий собой эндогенный антагонист рецептора грелина GHS-R1a, поэтому LEAP2 может использоваться для лечения ожирения I и II классов у людей.

Чтобы вызвать потерю веса, LEAP2 должен периодически поступать непосредственно в мозг. Уже было показано, что для назально вводимых белков такая доставка возможна через обонятельный и тройничный нервы, минуя кровоток и гематоэнцефалический барьер. Чтобы обеспечить это, участники команды Siberia предлагают создать особый штамм бактерий, который сможет обеспечивать секрецию химерного белка, состоящего из LEAP2, дополненного сигнальной последовательностью секреции, и низкомолекулярного протамина LMWP, обеспечивающего доставку белка по нервам в головной мозг.

«Пожалуй, самым сложным является создание такой генетической сети, которая смогла бы обеспечить регулярную и периодическую секрецию LEAP2, — отмечают представители биоинформатической части команды Siberia. — Мы разрабатываем модель генетического осциллятора, для которой необходимо, чтобы бактерия экспрессировала LEAP2 примерно четыре раза в сутки, то есть период колебаний должен равняться примерно шести часам. Поэтому для достижения необходимого эффекта мы решили работать над двумя основными подходящими к нашему проекту моделями: репрессилятором и циркадными ритмами прокариот».

Главным принципом команды Siberia является обеспечение безопасности при исследованиях in vivo, поэтому участники разработали in vitro модели, на которых будут проверены проникновение белка через слизистый барьер носового эпителия и его доставка в головной мозг.

В состав первой новосибирской команды вошли Чуприкова Марина, Щукин Данил, Иванов Артемий, Малышева Дарья, Скотникова Анна, Вихорев Александр, Парамоник Анастасия, Шишкова Ульяна от НГУ, а также Егоров Евгений от МГУ. В качестве координаторов выступили Седых Сергей (ИХБФМ СО РАН) и Галямова Мария (HealthNet).

Команда Siberia благодарит за помощь в реализации проекта директора Пышного Д. В., зам. директора Коваля В. В., академика Власова В. В. и сотрудников ИХБФМ СО РАН Тикунову Н. В., Каверину Г. Б., Морозову В. В., Матвеева А. Л. (лаборатория молекулярной микробиологии), Жаркова Д. О. (лаборатория геномной и белковой инженерии), Вохтанцева И. П. (лаборатория геномного редактирования), ментора команды Хатема Мохамеда (Zewail City for Science and Technology), а также Филипенко М. Л. (лаборатория фармакогеномики), Степанова Г. А. (лаборатория геномного редактирования), Ромащенко А. В. (лаборатория генетики лабораторных животных, ИЦИГ СО РАН). Особая благодарность Wiki-разработчику Константину Дугару (HealthNet) и фотографу Юрию Рябову (НГУ). Спонсорами команды выступили компании SibEnzyme, HealthNet и Biolabmix.

Moscow_City

Команда Moscow_City — серебряный медалист конкурса IGEM 2021. Проект — диагностика герпесвируса лошадей методом CRISPR/Cas.

Членами команды являются студенты МГУ, НИУ ВШЭ, ПМГМУ им. И. М. Сеченова, ИТМО, СПБГУ и других вузов России. Научные руководители: И. В. Зубарев (старший научный сотрудник МГУ и МФТИ), М. В. Патрушев (руководитель центра геномных исследований «Курчатовский геномный центр» НИЦ «Курчатовский институт»). Советник команды и инструктор — научный сотрудник и студент PhD Карлова университета Праги Боков Максим Георгиевич.

Пока человечество борется с одной болезнью, унесшей жизни миллионов людей, среди лошадей распространяется опасное заболевание. Его причиной является вирус герпеса лошадей (EHV). Существующие методы диагностики не позволяют вовремя изолировать больную лошадь, и команда решила создать быстрый тест для полевой диагностики.

В тесте РНК вируса детектируется на основе CRISPR/Cas системы. Используется инактивированную форму нуклеазы dCas13, она связывается с РНК, но не режет ее, как обычный Cas-белок. К нему пришиты половинки фермента β-лактамазы (репортерный белок). Также нововведение — сшивка β-лактамазы с белками интеинами, ускоряющими сшивку репортерного белка. Формирование целостной β-лактамазы сопровождается изменением окраски среды, что дает возможность узнать о наличии вируса.

Как это происходит: два белка dCas13 направляются с помощью созданных исследователями направляющих РНК на РНК вируса. Целевые последовательности для этих двух Cas-белков находятся на небольшом расстоянии друг от друга; это нужно, чтобы половинки интеина соединились, отщепились в процессе белкового сплайсинга и собрали функциональную β-лактамазу. В свою очередь целостная β-лактамаза разрушает нитроцефин, в результате чего цвет раствора меняется с желтого на красный. Это служит сигналом о том, что лошадь нужно срочно изолировать.

Использование двух Cas-белков позволяет избежать ложноположительных результатов и повысить точность системы. Интеины повышают точность и сокращают время диагностирования. Этот метод также может быть использован и для детекции любых РНК-вирусов, в том числе и коронавируса.

Особенности команды — участники из девяти разных вузов, 6 из 14 участников — первокурсники. Команда была собрана по инициативе студентов. Изначально инициатива была взята Кириллом Медведевым и Дашей Латорцевой, позже в состав команды вошли: Иоанна Патарая, Алиса Потапова, Мария Глушанина, Лаврентий Данилов, Ярослав Угольков, Кьяра Макиевская, Павел Иванов-Ростовцев, Антон Чангалиди, Савелий Кауртаев, Захар Возмилов, Мария Кошкина, Анастасия Широбокова.

Команда Moscow_City благодарна за помощь в развитии проекта и обучение сотрудникам лаборатории Курчатовского Института: Руслану Васильеву, Марте Евтеевой, Анне Борисовой, а также Максиму Бокову, Дмитрию Карпову, Нику Делкису за проработку идеи и веру в их силы. Спасибо Максиму Патрушеву и Илье Зубареву за то, что были опорой и помогали на всех этапах проекта. Спонсорами команды были Хеликон, Биовитрум, Диаэм.

MEPhI

Проект студентов ИАТЭ НИЯУ МИФИ был направлен на создание способа модификации микробиоты человека, защищающей космонавтов от агрессивного воздействия ионизирующего излучения во время продолжительных полетов.

«Микробные сообщества покрывают человеческое тело и образуют биологический костюм, который помогает человеку выполнять различные жизненно важные функции. Проект направлен на заселение естественного “костюма” человека генно-модифицированными бактериями, синтезирующими радиозащитные белки. Новая микробиота откроет путь для дальнейших планов освоения космоса, включая поселения людей на Луне или экспедицию на Марс», — пояснили участники команды.

В процессе работы они модифицировали человеческие бактерии, используя для доставки генетического материала наночастицы кремния. В рамках проекта предполагается, что вставленные гены будут побуждать бактерии вырабатывать радиопротекторы, упакованные во внешние мембранные везикулы, которые способны передать синтезированные бактериями радиопротекторы в клетки человека. Бактериальные сообщества, созданные в рамках этого проекта, должны стать первой синтетической микробиотой человека, сконструированной для выполнения определенных функций в своих природных эпитопах.

Команду MEPhI возглавила студентка третьего курса Олеся Галанова. В состав команды вошли Алина Левушкина, Анастасия Николаева, Берта Вальдес, Алексей Канаштаров, Елена Горюнова, Антон Мамедов, Иван Павленко, Алена Смирнова, Римма Шаталова, Аят Рахимжанов, Ксения Кравченко-Рапацкая и Сергей Сысоев. Координаторами команды стали Дмитрий Сосин (доцент НИЯУ МИФИ), Илья Клабуков (заведующий отделом НМИЦ радиологии), Денис Барановский (научный сотрудник МРНЦ им. А. Ф. Цыба), а также один из руководителей и советник команды Боков Максим Георгиевич (научный сотрудник и студент PhD Карлова университета Праги).

Помощь в реализации проекта оказали многие компании: Atlas Biomed, SkyGen, New England Biolabs, Институт стволовых клеток человека; также внесли свой вклад: Василий Степаненко, Юрий Хаит, Сергей Мусиенко, Артур Исаев, Андрей Гавриленко, Равил Рахматулин, Орлова Ольга, Павел Макаревич, Анна Якимова. Лаборатории были предоставлены Отделением Биотехнологий ИАТЭ НИЯУ МИФИ, а также МРНЦ им. А. Ф. Цыба

P. S. У нас выходило интервью, в котором обсуждали этот проект — Микробный скафандр

Phystech_Moscow

Студенты Физтеха и Сколтеха под руководством Дениса Кузьмина (директор ФБМФ), Георгия Носова (Научный сотрудник Федерального Центра Мозга и Нейротехнологий ФМБА России) и с помощью консультации Ольги Сергеевой выступили по направлению «‎Программное Обеспечение». Команда представила проект веб-сервиса прогнозирования взаимодействий микро-РНК (миРНК) и длинных некодирующих РНК (днкРНК).

Это сервис с открытым исходным кодом для ученых со всего мира, использующий новый алгоритм на основе нейронных сетей, который объединяет различные параметры в качестве входных данных.

По последним исследованиям миРНК и днкРНК — два подкласса регуляторных РНК, участвующих в регуляции экспрессии генов — оказались ключевыми игроками в развитии различных заболеваний, хоть и мало изучены. Кроме того, было доказано, что, несмотря на их независимое участие в регуляции, между собой они могут взаимодействовать по-разному. Один из способов заключается в том, что днкРНК могут выступать в качестве мишени для миРНК, спонжируя их и не давая им взаимодействовать со своей мРНК-мишенью, что является один из ключевых механизмов в организме.

Разработанный сервис может использоваться исследователями новых диагностических и терапевтических подходов для сужения списка возможных миРНК, взаимодействующих с конкретными днкРНК.

Кроме того, в рамках проекта команда записала подкаст Двойная спираль с представителями Биотех сферы, приняла участие в переводе книги «‎Engineering Biology Problems Book» на русский язык, дала интервью Радио Маяк на тему синтетической биологии, приняла участие в Школе синтетической биологии в Новосибирске и помогла коллегам из Королевской Академии Лондона провести молекулярную динамику их молекул.

Проекту была оказана поддержка вузами МФТИ и Сколтех, компаниями NapoleonIT, Quantori и PM Advertising, а также заинтересовавшимися людьми на краудфандинговой платформе Boomstarter.