International Genetically Engineered Machine (iGEM) — с английского «международные генно-инженерные машины» — самый масштабный и престижный международный конкурс-конференция проектов по биоинженерии, основанный в 2003 году в Массачусетском техническом университете (Бостон, США). В нем участвуют школьники, студенты и аспиранты со всего мира. Команды готовят проекты в течение года и презентуют их на финальной конференции осенью. Важная особенность конкурса iGEM – это комплексность выполняемых проектов: упор на применение инженерных принципов и подходов, использование методов моделирования в разработке, необходимость обсуждения и проработки проекта с потенциальными пользователями и экспертами из разных областей (наука, бизнес, государство, право и т.д.). Образовательная деятельность, популяризация биологии и биоинженерии, установления двустороннего диалога с обществом для обсуждения актуальных проблем также входят в задачи команды. В 2019 году Россия на конкурсе была представлена командой iGEM Moscow. Ядро команды составляли студенты биологического факультета МГУ, которые недавно вернулись, набрав бесценный опыт, и поделятся в этой статье своей историей участия в конкурсе.
Идея участия в iGEM зародилась в начале зимы 2018 года в МГУ на кафедре биоинженерии биологического факультета. Алексей Константинович Шайтан — ведущий научный сотрудник кафедры биоинженерии МГУ, кандидат физико-математических наук и руководитель проекта 2019 года — собрал студентов и школьников на семинаре, посвященном генной инженерии, предложил начать сбор команды и поиск идеи. На это ушло около трех месяцев. В результате появилась на свет iGEM Team Moscow — команда студентов разных московских вузов (МГУ, МФТИ).
Затем началась собственно работа над проектом LymeExpress — экспресс-тестом для детекции возбудителя боррелиоза (болезни Лайма) в клещах. Принцип работы биосенсора прост: клеща гомогенизируют, в гомогенат добавляют лизирующий раствор, чтобы разрушить клетки, проводят амплификацию методом LAMP и затем добавляют тест-систему. Два комплекса CRISPR/dCas9, где белки dCas9 сшиты с частями сплит-варианта бета-лактамазы, узнают специфичные для боррелий последовательности ДНК, находящиеся на таком расстоянии друг от друга, чтобы фрагменты бета-лактамазы объединились. Таким образом, если в образце присутствует ДНК боррелии, появляется ферментативная активность, которая и детектируется лучевым фотометром на светодиодах. LAMP может быть и самостоятельным методом детекции, но использование CRISPR/Cas уменьшает вероятность ложноположительных результатов.
Участники iGEM Team Moscow 2019: Николай Кристовский, Александра Кузнецова, Александр Кудрявцев, Анна Вахрушева, Николай Чечулин, Юлия Качер, Петр Зайцев, Анна Грибкова, Никита Косарим, Ирина Талызина, Александр Кузнецов, Роман Новиков, Максим Боков, Алексей Шайтан, Дмитрий Карпов.
Честно сказать, выбор темы оказался не менее сложной частью проекта, чем реализация конкретной идеи. Мы рассмотрели множество других вариантов: систему для переработки лабораторного пластика, использование эндолизинов бактериофагов в терапевтике и пищевой промышленности, биосенсор на основе РНК-аптамеров и флуорогенных лигандов, детекцию трихомониаза… По результатам обсуждений, с подачи Дмитрия Карпова, старшего научного сотрудника, к.б.н. Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук, и главного научного эксперта, решили использовать систему CRISPR/dCas9 в качестве биосенсора, оставалось только определиться с тем, что детектировать и каков механизм детекции. Было предложено несколько вариантов: пыльца, возбудители боррелиоза и энцефалита. Решили остановиться на актуальной и технически выполнимой задаче по детекции возбудителя болезни Лайма — грамотрицательной бактерии, которая переносится клещами. Болезнь Лайма широко распространена в Северном полушарии, при этом оптимальной системы ранней детекции этого заболевания до сих пор не существует.
Активная фаза разработки началась летом — мы проводили сутки в лаборатории, искали возможность достать реактивы, одновременно вели переговоры с потенциальными спонсорами и общались с командами из других стран. Также мы сняли видео, в котором рассказали о проекте и представили наш ВУЗ и факультет. Последнее считается очень важным: знакомства, которые возникают благодаря iGEM, должны помочь создавать новые международные проекты и коллаборации. Мы связывались с несколькими командами, помогали друг другу в биологической части наших проектов, и не только: например, наша команда организовала небольшую спартакиаду и шахматный турнир.
Мы много занимались популяризацией нашего проекта и конкурса iGEM: объясняли технические аспекты (подробную статью о LymeExpress можно прочесть на сайте Биомолекула), рассказывали, что такое iGEM и почему в нем нужно участвовать и вели социальные сети, куда вы также можете присоединиться и следить за успехами за текущий и следующие года:
ВК — https://vk.com/igem_2019 и https://vk.com/igem_moscow
Facebook — https://www.facebook.com/igemoscow/ и https://www.facebook.com/groups/igemmoscow/
TUMBLR — https://igem-moscow.tumblr.com
Instagram — https://instagram.com/igem_moscow?igshid=knkapfxikm22
Это является очень важной составляющей конкурса (полный список упоминаний смотрите в конце статьи, в приложении). Также, это помогало привлекать спонсоров: на iGEM отдельно оценивается работа с общественностью.
За короткое время мы договорились со многими спонсорами, в их числе Биологический факультет МГУ, МФТИ. Компании: Helicon, Haxus, Нанолек, SkyGen, QIAGEN, Евроген, ИНВИТРО, CHROMA, Twist Bioscience, IDT, New England Biolabs Inc., Unstoppable Technologies, Институт передачи биологических Знаний. Однако ближе к концу лета задумались об альтернативном источнике финансирования — краудфандинге. Необходимую сумму собрали на Boomstarter. Очень полезной оказалась площадка Facebook: с ее помощью нашли неравнодушных людей, которые вкладывали финансы и помогали с размещением в Бостоне. К счастью, все мы получили визы: подготовка к выступлению на международной конференции — это не только работа и поиск финансирования, но и административная, и логистическая работа.
В октябре было завершено создание прототипа экспресс-теста. Нас ждал Giant Jamboree — финал конкурса-конференции iGEM, где свыше 6000 человек из более чем 40 стран представляют свои проекты. Вместе с iGEM Team Moscow боролись за медали 107 команд из Китая, 98 команд из стран Северной и Южной Америки, 89 команд из Европы и еще несколько команд из других стран. Мы очень хорошо подготовились. Купили кучу маленьких презентов, которые в последствии раздавали всем командам, с которыми у нас были коллаборации. Также мы раздавали подарки и другим участникам других команд, дабы сделать людям приятное. В последствии это укрепило наши дружеские отношения и позволило организовать возможные будущие коллаборации!
Для получения медалей за проект необходимо выполнить некоторые критерии и зафиксировать эти критерии на своей онлайн странице. Чем выше награда, тем сложнее критерии. Любая команда, которая выполнила все пункты из листа по критериям, получает медаль. Так, минимальный набор пунктов “на бронзу”:
1. Зарегистрироваться на iGEM и посетить Giant Jamboree.
2. Документировать результаты и шаги. Каждый количественный эксперимент На конференции нужно отсчитаться по каждому пункту своей работы. В этот пункт входит ведение онлайн журнал Вики (Wiki), Постер, Презентация и Судейский Лист (Judging Form). Судейский Лист – главный онлайн документ, с помощью которого команда делится достижениями с судьями.
3. Авторство. Четко указать в Судейском Листе кто работал над проектом, кто был ответственным за каждый пункт работы и какую работу члены команды выполняли. В добавок, нужно убедить судей в том, что задокументированные шаги и результаты из пункта 2 были необходимыми для успешного завершения проекта.
Судьи общаются с командами во время постерных сессий и во время официальных выступлений команд. За это время нужно быть готовым к тому, что зададут любой вопрос, связанный с проектом. Но обо всем по порядку.
Утром первого дня конференции мы были очень уставшими после перелетов и работы в Москве. После церемонии открытия у нас появилось второе дыхание. Мы почувствовали, что предстоящие дни будут необыкновенными, и не ошиблись. Участникам раздают “карту iGEM” в которой указаны дни работы конкурса, какие мероприятия проходят в эти дни, в каких комнатах/залах проходят конкретные помещения и прочие подробности. У каждого участника есть выбор что посещать, кого слушать и чем заниматься. За три дня с 9.00 до 18.00 проводятся воркшопы, параллельно слушаются двадцатиминутные доклады-презентации команд, которые выступают перед судьями. Единственный передышка – перерыв на обед. Все это время идет активная работа и социальная жизнь. К каждой команде приставлены шесть конкретных судей, которые оценивают выступление, задают вопросы и слушают команды во время постерной сессии. С 18.00 по 19.30 проходит ужин и постерная сессия, где все желающие могут общаться с командами и задавать всевозможные вопросы по темам. Приемы пищи проходят непосредственно в гигантских холлах заведения, где проводится конференция.
Из воркшопов больше всего запомнились “Воркшоп НАСА”, где профессионалы из НАСА рассказывали о месте синтетической биологии в космической отрасли и “Воркшоп по стартапам”, где участникам объясняли как превратить свой биологический проект в бизнес и в чем отличия между работой в компании и созданием своего стартапа. Выступления команд разбиты на категории, которые разукрашены разными цветами на карте для удобства ориентации. Всего было десять категорий, куда входили: 1) Диагностика 2) Пищевая промышленность 3) Производство 4) Терапия 5) Энергетическая промышленность 6) Перспективные исследования 7) Новые прикладные пути 8) Программирование 9) Окружающая среда 10) Школьные проекты. После выступлений команд у судей есть десять минут на то, чтобы задать вопросы и получить ответы. Количество слушателей зависит от темы и от университетов, которые представляют выступающие. На нашем выступлении было не меньше 50 человек, что является хорошим показателем. На выступлении опытных команд, выступающих почти ежегодно, приходят больше 100 человек (Оксфорд, Гарвард, Принстон и другие). Мы выступали в воскресение, в 9.00 по Бостонскому времени. После выступления судьи высказали свое впечатление о нашем выступлении и нашей команде, отметив при этом то, что мы выбрали очень хорошую и актуальную тему, прекрасно коллаборировали с другими командами и провели отличную работу. Потом нашей команде задавали легкие вопросы по существу, на которые мы ответили без особых усилий. После выступления мы увидели ребят из Мексики, разговорились с ними, подарили мексиканцам сувениры и сфотографировались все вместе на память. Вот так организовалась коллаборация для следующего года!
Постерная сессия – время, когда члены команды могут оставить одного и более дежурного у постера, чтобы те рассказывали о проекте, а сами могли уходить общаться с другими командами (или поймать Джорджа Черча и затащить на постер).
Во время постерной сессии шестеро судей подходили поочереди и вдоволь наслаждались задачей вопросов и получением ответов. На этот раз нам задавали сложные вопросы. Судьи были дотошными, но мы с удовольствием удовлетворяли их любопытство.
Призовые места наша команда не выиграла, но получила бесценный опыт и знакомства, которые помогут нам и будущим командам из России. Мы узнали, как организовать проект в области генной инженерии, как представлять его общественности и коммерциализировать проект. Мы учились работать в команде, ставить мини-цели, распределять ресурсы и ответственность, общаться со СМИ, НИИ, крупными компаниями, бизнесменами и прочими представителями бизнес-сектора. Мы практически развивали полноценный стартап.
Многие участники iGEM регистрируют свои изобретения и технологии для коммерческих применений. Основывают компании, патентуют изобретения и пытаются выйти на рынок. Мы тоже планируем шаги в реализации проекта — продолжение и расширение спектра болезней для детекции, возможно, и коммерциализацию в России.
На iGEM было много интересных проектов. Некоторые темы запомнились лучше, так как цели были очень амбициозными, но при этом выполнимыми. К примеру, студенты из Принстона защищали проект по разработке лекарств в космосе. Ребята фактически создавали карманную лабораторию и тест-систему для трех заболеваний (грипп, простуда и сахарный диабет). Астронавтам не нужно будет тратить время на связь с ЦУП, они сами поставят себе диагноз и начнут лечение.
Но больше всего запомнился победитель в номинации «лучший школьный проект 2019 года». Школьники из Шэньчженя (Китай) умудрились выработать генномодифицированные паутинные нити разных цветов для костюма человека-паука, который по прочности будет сравним с самым лучшим бронежилетом в мире. Костюм еще не сшили, но нити получили.
Выступление школьной команды из Шэньчженя на церемонии закрытия iGEM 2019
В Бостоне мы также смогли попасть на международную мультидисциплинарную медицинскую конференцию International Lyme and Associated Diseases Society (ILADS), где врачи и ученые представляли новейшие разработки по борьбе с боррелиозом и связанными с Лаймом заболеваниями. Это одно из знаковых событий для исследователей болезни Лайма во всем мире. На конференции айджемовцы познакомились с Джеймсом Коллинзом, одним из основоположников генной инженерии. В своем выступлении на главной сцене Коллинз трижды упомянул команду из Москвы, проект LymeExpress и отметил правильность предлагаемого подхода для детекции ДНК боррелий. Потом к нам подходили представители крупных компаний и лабораторий, расспрашивали о нашей разработке и приглашали работать вместе, либо создавать свой бизнес.
Слева направо: Петр Зайцев аспирант биологического факультета и один из организационных лидеров команды, Джеймс Коллинз, Максим Боков, сотрудник биологического факультета, главный по PR и социальным сетям.
За эти короткие шесть дней мы также встречались и с другими именитыми учеными. Джордж Черч является знаменитым генетиком и одним из родоначальников синтетической биологии. С Черчем мы познакомились на постерной сессии. Нам он поведал о том, что собирается в Якутию воскрешать мамонтов и бороться с глобальным потеплением.
На фотографии слева направо: аспирант Анна Грибкова, студент Юлия Качер, профессор Джордж Черч, CEO фонда iGEM Рэнди Реттберг, в.н.с. Алексей Шайтан и студент Юнона Поспелова.
На фотографии ниже сотрудник лаборатории Джорджа Черча Джо Дэвис – основатель био-арт направления в искусстве, «одноногий пират», талантливый художник, учёный, писатель, изобретатель и инноватор. Джо с радостью рассказал нам, чем сейчас занимается и вспоминил о том, как ездил в Екатеринбург читать лекцию в Политехе в ноябре 2018.
На фотографии: Максим Боков и Джо Дэвис
В заключении отметим, что участие в конкурсе показало, что LymeExpress нужен миру, и то, что студенты из России должны участвовать в этом конкурсе. Мы достойно представили МГУ на конкурсе и продолжаем работать дальше. Некоторые российские вузы уже заинтересованы в iGEM. В следующем году желание принять участие выразили Сколково, МФТИ, Новосибирский и Томский университеты. Также стоит задуматься над тем, чтобы организовать подобный конкурс-конференцию в России. Мы приглашаем всех неравнодушных к участию в конкурсе iGEM! Если вам нужна будет помощь в организации команды, ведении проектов и в остальных вопросах, то вы знаете куда можно обратиться!
P.S. Уже на следующей неделе 24.12.2019 (вторник), в канун Нового Года команда биоинженеров из МГУ и неравнодушных к науке людей выступят для Вас и расскажут о том, чем занимается современная биоинженерия, как начать биотехнологический проект и основать на этом бизнес, о самом престижном международном конкурсе по генетическим технологиям, открывающий большие перспективы в будущее, и о том как можно продлить жизнь человека. Вас ждут интерактивные лекции с раздачей небольших презентов и викторина, победитель/победительница которой получит подарок! Подробности в можно узнать, перейдя по ссылке https://leader-id.ru/event/39126/
Приложение. Информация в СМИ с рассказами о нашем проекте.
