Российская генетика: над чем работают молодые учёные сегодня

Сегодня развитие геномных исследований – приоритетная задача для многих стран мира. С помощью российских генетических технологий обеспечиваются переход к технологиям здоровьесбережения, персонализированной медицине и высокотехнологичному здравоохранению, высокопродуктивному и экологически чистому агро- и аквахозяйству, а также созданию безопасных и качественных продуктов питания. 

Минобрнауки России реализует масштабные программы поддержки, одна из главных задач которых – оснащение научных лабораторий современным оборудованием для проведения различных исследований, в том числе в области генетических технологий.

Национальный проект «Наука» и Федеральная научная техническая программа развития генетических технологий на 2019-2027 годы направлены на то, чтобы подготовить высококвалифицированные кадры, обладающие необходимыми междисциплинарными компетенциями. 

«В настоящее время на всех уровнях образования – от школ до аспирантуры – сформировался запрос на новое качество образования в области генетики. Генетические технологии, в том числе и секвенирование, и редактирование генома, становятся повседневной практикой в медицине, в сельском хозяйстве, в охране природы, в микробиологической промышленности», – прокомментировал Министр науки и высшего образования РФ Валерий Фальков.

В аспирантуре по генетике Медицинского института Северо-Восточного федерального университета готовят научно-педагогические кадры с 2015 года.  Обучение аспирантов ведется по двум направлениям: фундаментальная медицина – три года и биологические науки – четыре. В программу входят как теоретические дисциплины общего и специального планов, так и практические модули, подразумевающие прохождение педагогической и научно-исследовательской практики и работу над собственными исследовательскими проектами.

В конце 2019 года молодые ученые СВФУ выиграли конкурс на выполнение государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ, связанного с геномикой Арктики. По результатам конкурса в Мединституте появилась собственная научно-исследовательской лаборатория «Молекулярная медицина и генетика человека». Ее деятельность направлена на проведение комплексного клинико-эпидемиологического и молекулярно-генетического исследования наследственных болезней в Якутии и на Чукотке с использованием современных технологий идентификации генов человека. Кроме того, работа молодых специалистов в лаборатории позволяет повысить эффективность медико-генетической помощи населению Северо-Востока России и Арктики.

«Наши аспиранты с первого года обучения включаются в научно-исследовательскую работу на базе научно-исследовательской лаборатории "Молекулярная медицина и генетика человека" Мединститута СВФУ. Клинической базой служит Медико-генетический центр Республиканской больницы №1-Национальный центр медицины, – рассказала руководитель лаборатории, врач-генетик Надежда Максимова. – Исследования ведутся в области медицинской генетики по актуальным темам, они связаны с общими направлениями изучения нашей лаборатории. Например, мы изучаем генодерматозы с клинической, молекулярно-генетической и генетической сторон, а также уделяем внимание наследственным заболеваниям нервной системы».

Аспирантка второго курса специальности «Фундаментальная медицина» профиля «Генетика» Виктория Софронова изучает наследственные заболевания жителей Якутии. После защиты кандидатской диссертации девушка планирует продолжить заниматься научными исследованиями в республике, а также попробовать свои силы на международной академической арене.

В планах ученых Медицинского института СВФУ расширить спектр исследований по медицинской генетике и геномному редактированию. Исследовательскую деятельность планируют вести по новым направлениям генетики, таким как геномное редактирование и протеомика наследственных и мультифакториальных заболеваний. По мнению Надежды Максимовой, подобные исследования сейчас являются очень актуальными и востребованными. Расширение исследований стало возможным во многом благодаря созданию на базе института новой лаборатории.  

В 2021-2022 учебном году в СВФУ планируется открытие клинической ординатуры по направлению «Генетика» специально для практического звена медицины – ординатура будет выпускать профессиональных врачей-генетиков.

В 2019 году для выполнения задач национального проекта «Наука» в России было создано три центра геномных исследований мирового уровня. МФТИ вошёл в консорциум по направлениям «Генетические технологии для развития сельского хозяйства» и «Генетические технологии для промышленной микробиологии», который возглавил Курчатовский институт.

Физтех отвечает за разработку и внедрение новых программ высшего образования, нацеленных на подготовку высококлассных специалистов в области геномной инженерии и молекулярной биофизики, а также за программы допобразования для школьников и проведение профориентационной работы в области геномики. 

В соответствии с принципами «системы Физтеха», образование Центра геномных технологий и биоинформатики тесно сопряжено с исследовательской деятельностью профильных лабораторий МФТИ. Учёные Физтеха достигли успехов в разработке подходов к созданию генно-модифицированной птицы, получению новых типов аденоассоциированных вирусов в качестве векторов для генотерапии, разработке систем доставки трансгена на основе наночастиц, исследованиях в области молекулярной онкологии, регуляции клеточного сигналинга, оптогенетики и многих других передовых направлениях.

Директор Физтех-школы биологической и медицинской физики МФТИ Денис Кузьмин рассказал о том, как центр поможет использовать эти заделы в подготовке специалистов для профессий будущего: «Особенностью нашего Центра геномных технологий и биоинформатики является сочетание “мокрой” или экспериментальной биологии и “сухой” – вычислительной. Вторая часть представляет собой биоинформатику и цифровую медицину. На сегодняшний момент ФБМФ занимает лидирующие позиции в области вычислительной биологии».

Геномный центр Физтеха работает по трем ключевым направлениям – наука, образование и популяризация научной деятельности. В МФТИ убеждены, что биоинформатика и геномная инженерия – это профессии будущего. В Физтех-школе биологической и медицинской физики студенты получают компетенции на стыке четырёх дисциплин: математики, физики, биомедицины, искусственного интеллекта и больших данных. Эти знания позволяют выпускникам соответствовать вызовам современной науки, а также запросам индустрии.

Сотрудники Центра активно вовлечены в образовательный процесс на всех этапах: от приёмной кампании до выпускных квалификационных работ. В настоящий момент Школа активно работает над созданием новых, образовательных программ. Для этого МФТИ активно привлекает индустриальных партнеров –  компании, которые смогут помочь сформировать образ специалиста будущего. Все эти программы будут носить формат как онлайн, так и офлайн курсов.  Помимо этого, разрабатывается широкий пул дисциплин по выбору, которые позволят сформировать индивидуальную образовательную траекторию на ранних этапах обучения. 

Для МФТИ важно как развивать уже существующие магистерские программы, так и запускать новые. К 2024 году планируется разработать две новые магистерские программы мирового уровня по направлениям «Молекулярная биофизика и структурная биология» и «Геномная инженерия». 

Аспиранты Казанского федерального университета, обучающиеся по специальности «Генетика» занимаются исследованиями в трёх новых научно-исследовательских лабораториях (НИЛ), которые по технической оснащенности не уступают ведущим мировым научным центрам.

В НИЛ «Генные и клеточные технологии», которую возглавляет профессор, член-корреспондент Академии наук Республики Татарстан Альберт Ризванов ведётся поиск новых подходов к применению регенеративной медицины для терапии травматической болезни спинного мозга, изучения моделей раковой опухоли, а также всесторонней диагностики COVID-19 и разработки вакцины для его профилактики.

Константин Иванов, аспират КФУ второго года обучения, занимается исследованиями в проекте «ДНК-вакцина для профилактики COVID-19»: «Нами разрабатывается генный препарат на основе плазмидного вектора, кодирующий специфичные гены SARS-CoV-2. Он предназначен для формирования гуморального и клеточного иммунитета к коронавирусу COVID-2019».

Аспирантки первого года обучения по специальности «Генетика» Зарема Гилазиева и Дарья Чулпанова включены в проект «Искусственные микровезикулы клеток человека в качестве биологически активной добавки при получении персонализированных первичных культур клеток и 3D-моделей опухолей». Эффективность методов лечения онкологических заболеваний зависит от многих индивидуальных факторов, таких как тип, стадия и локализация опухоли, а также возраст пациента и общее состояние здоровья. 

Персонализированная медицина включает методы профилактики, диагностики и лечения патологического состояния, основанные на индивидуальных особенностях пациента. «Мы вместе с нашими аспирантами разрабатываем метод повышения качества и выхода опухолевых 3D-моделей и аутологичных первичных культур клеток пациентов путем добавления искусственных микровезикул стромальных и опухолевых клеток человека, – сообщила   руководитель проекта, кандидат биологических наук Валерия Соловьёва. – Добавление везикул приведёт к временному перепрограммированию клеток, что повысит эффективность их адаптации к условиям культивирования и способность образовывать 3D-модели in vitro, таким образом, повысив эффективность скрининга противоопухолевых препаратов».

Исследовательский проект Елены Тризны и Алины Сабировой «Межбактериальные взаимодействия как ключевой фактор лекарственной устойчивости: разработка новых подходов к терапии полимикробных инфекций» посвящен выявлению на молекулярном уровне механизмов взаимодействия различных микроорганизмов в составе смешанной инфекции для противостояния антибиотикам. «Влияние одного и того же антибиотика может сильно отличаться в случае моно- и смешанной культур. При этом эффективность антибиотика может как снижаться, так и повышаться, в зависимости от видов микроорганизмов, формирующих консорциум», – поделилась Елена Тризна.  

Владея подобной информацией, врачи-инфекционисты  смогут подбирать антибиотики для противомикробной терапии, учитывая состав микробного загрязнения очага воспаления. Понимание генетических механизмов, которые определяют межвидовые взаимодействия микроорганизмов, позволит скорректировать рекомендации по использованию различных групп антимикробных препаратов в зависимости от микробного состава инфекции, что повысит эффективность терапии. 

Аспиранты КФУ активно участвуют в научных грантах как в качестве исполнителей, так и руководителей молодёжных проектов. Молодые учёные имеют доступ к оборудованию мирового уровня в четырёх центра коллективного пользования: Федеральном и Междисциплинарном центрах коллективного пользования, центре протеомных исследований, а также центре «Аналитическая микроскопия». 

Медико-генетический научный центр им. Академика Н.П. Бочкова (МГНЦ) − крупнейший российский медико-генетический центр, головная организация медико-генетической службы России. Здесь изучаются этиология и патогенез наследственных заболеваний, разрабатываются и внедряются новые технологии их диагностики и способы лечения. 

В Центре осуществляется подготовка аспирантов по направлениям «Биологические науки» и «Фундаментальная медицина». Цель программ – подготовка научно-педагогических кадров высшей квалификации, способных самостоятельно проводить научные исследования и осуществлять преподавательскую деятельность в области биологических и медицинских наук по специальности «Генетика».

Научно-исследовательская работа осуществляется, в основном, на базе лабораторий МГНЦ. «Тесное взаимодействие МГНЦ с зарубежными центрами позволяет молодым учёным проходить стажировки и обмениваться опытом со многими зарубежными лабораториями и клиническими центрами», – заявил Пётр Спарбер, младший научный сотрудник лаборатории функциональной геномики МГНЦ, председатель Совета молодых учёных.

Аспирантка 3 курса направления «Биологические науки» Арина Анучина отметила, что МГНЦ им. академика Н.П. Бочкова является самым подходящим и перспективным местом для проведения исследований в области медицинской генетики: «В своей диссертационной работе я занимаюсь повышением эффективности геномного редактирования, используя для этого воздействие на несколько белков-ключевых участников путей репарации ДНК: белки TIRR, SCAI, MAD2L2. Лаборатория редактирования генома МГНЦ может стать первой в России и одной из первых в мире, в которой будет применён недавно открытый белок TIRR для повышения эффективности исправления мутаций». Высокий уровень профессиональной подготовки позволяет выпускникам аспирантуры продолжать исследовательскую работу в профильных научных исследовательских центрах России и зарубежья, а также осуществлять педагогическую деятельность в ведущих университетах страны с биологическим и медицинским профилями.