Московский университет с 2021 года реализует масштабную исследовательскую программу «Новые системы и уровни редактирования геномов: от нуклеотидной последовательности к пространственной организации». Программа поддержана Минобрнауки России в рамках ФНТП развития генетических технологий в Российской Федерации на 2019-2027 гг. К выполнению программы привлечены организации-лидеры в области геномного редактирования – НИЦ «Курчатовский институт» и Институт молекулярной генетики.
В рамках школы для участников олимпиады «Я – профессионал» ведущими учеными прочитаны лекции по тематикам своих исследований. Лекции посвящены самым разным аспектам геномного редактирования: от поиска новых программируемых нуклеаз до способов направленного воздействия на третичную структуру генома и вопросов внедрения современных генетических технологий в практику. Ссылки на видеолекции размещены в аннотациях лекций. С 18 по 22 апреля участникам школы будут предложены тестовые задания. Всем успешно выполнившим задания будут выданы сертификаты об освоении программы школы.
«Инженерная биология: от программирования компьютеров к программированию живых систем»
Шайтан Алексей Константинович
доктор физико-математических наук, доцент кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.
Аннотация
Лекция посвящена обсуждению активно развивающегося направления в биологии, связанного с внедрением инженерных подходов для решения биологических задач – инженерной биологии. Задача лекции дать обзорное представление об основных подходах и принципах инженерной биологии. Будут обсуждаться примеры внедрения инженерных принципов абстракции, автоматизации, стандартизации, разделения дизайна и производства применительно к биотехнологическим задачам, подходы автоматизации биодизайна (bio-design automation), проектирования генетических схем, создания систем автоматизированного проектирования (САПР) биологических систем, тенденции в области массивно-параллельного синтеза ДНК, создания генетических конструкций, создания логических схем на основе генетических сетей, этические и юридические вопросы инженерной биологии.
Видео: https://youtu.be/hRWl4DH5LfQ
https://www.dropbox.com/s/z5eqmvjhj6454lt/lecture.mov?dl=0
«Технологии наблюдения за хроматином в живой клетке»
Вьюшков Владимир Сергеевич
аспирант кафедры молекулярной биологии Биологического факультета МГУ, младший научный сотрудник.
Аннотация
Хроматин — это не статичная, а динамичная структура. Перемещения локусов хроматина сопровождает все ключевые процессы в ядре, такие как репликация, транскрипция и репарация ДНК. Становится ясно, что такая подвижность является функционально значимой. В лекции рассматривается все разнообразие современных подходов, которые используются для изучения динамики локусов хроматина в живых (не фиксированных) клетках, а также основные биологические открытия, сделанные с помощью описываемых технологий. В частности, в лекции описывается CRISPR-визуализация, а также более ранние подходы, основанные на бактериальных репрессорах и операторах (FROS), белках сегрегации хромосом и плазмид бактерий (ANCHOR), белках с доменами цинковых пальцев (ZFP) или TALE-белках. Эти методы позволяют изучать расположение и перемещение целевых локусов в ядре, взаимодействие локусов друг с другом, а также с ядерными субкомпартментами. Описываемые методы являются хорошей иллюстрацией применения генной инженерии и технологий редактирования геномов для решения научных задач.
Лекция по ссылке: https://disk.yandex.ru/i/3QkOKJVdhCOcyw
«Белки-аргонавты прокариот — новые инструменты для генетических технологий»
А.В. Кульбачинский
д.б.н., профессор РАН
заведующий лабораториями в Институте молекулярной генетики НИЦ «Курчатовский институт» и Институте биологии гена РАН, профессор кафедры молекулярной биологии МГУ имени М.В.Ломоносова
Аннотация
Белки-Аргонавты – это программируемые нуклеазы, которые расщепляют нуклеиновые кислоты с помощью коротких гидовых молекул, узнающих мишени за счет комплементарных взаимодействий. Эукариотические Аргонавты участвуют в процессах РНК-интерференции и используют гидовые РНК для узнавания РНК-мишеней. Разнообразие Аргонавтов прокариот намного шире, и они могут значительно различаться по своей последовательности, доменной организации, каталитическим свойствам и взаимодействиям с белками-партнерами. Исследование прокариотических Аргонавтов разных групп, характеристика их биохимических свойств и клеточной активности необходимо как для понимания их природных функций, так и для дальнейшего применения белков этого семейства в генетических технологиях. В настоящее время нами выделены и охарактеризованы прокариотические Аргонавты разных групп, изучена их специфичность по отношению к гидовым и таргетным нуклеиновым кислотам, исследована зависимость нуклеазной активности от температуры, каталитических ионов металлов, структуры гидовых молекул и найдены оптимальные условия для расщепления мишеней различной структуры. Большинство Аргонавтов прокариот являются ДНК-зависимыми ДНК-нуклеазами, которые могут быть использованы для специфического узнавания и расщепления ДНК-мишеней in vitro. Белки-Аргонавты этой группы также способны расщеплять целевые участки генома в бактериальных клетках. Существуют и менее многочисленные группы Аргонавтов, которые способны узнавать ДНК-мишени с использованием РНК-гидов, либо РНК-мишени с использованием ДНК-гидов. Аргонавты с такой активностью могут быть использованы в области биологии РНК, в том числе, для специфического расщепления и модификации РНК-мишеней и направленного сайленсинга генов. В отличие от CRISPR-Cas нуклеаз, белки-Аргонавты не требуют для узнавания мишеней наличия в них специфических мотивов. Они также имеют меньшие размеры и обладают активностью в широком диапазоне условий. В целом, белки-Аргонавты разных групп обладают широким диапазоном активности и специфичности и могут найти применение в различных областях генетических технологий.
Ссылка: https://yadi.sk/i/redSAd8iauup9A
«Генетические технологии: от науки до рынка. Куда все летит?»
Патрушев Максим Владимирович
зам. руководителя НБИКС-центра НИЦ «Курчатовский институт»
Аннотация
Современные генетические технологии – это не только глубокие междисциплинарные исследования с целью получения новых знаний о природных механизмах взаимодействия генов, это прежде всего новые материалы, лекарства, удобрения… Сегодня мы не просто реализуем отдельные элементы генттеха, а пытаемся сделать эту группу технологий высокопроизводительной.
В рамках лекции мы рассмотрим примеры успешных продуктов генетических технологий, поговорим о том, что сегодня нужно делать для развития биотехнологий вообще и генетических технологий в частности.
Лекция по ссылке: https://disk.yandex.ru/d/VnsHQQO9n5UCgg
«Белые пятна на карте. Изучение функции генов с помощью редактирования генома мышей»
Сергиев Петр Владимирович
д.х.н., профессор РАН, директор Института функциональной геномики МГУ имени М.В. Ломоносова
Аннотация
В лекции речь пойдет об инструментах геномного редактирования и истории их разработки, а также о практике применения геномного редактирования в работе ИФГ МГУ для создания мышей с измененным геномом. В лекцию включен фильм, демонстрирующий как создают мышей с измененным геномом в ИФГ МГУ, который может служить если не практическим пособием, то хорошей иллюстрацией будней группы по редактированию генома мышей. В заключении лекции приводится пример исследования функции гена с ранее неизвестной функцией на модели как клеточных линий, так и нокаутных мышей.
Лекция по ссылке https://drive.google.com/drive/folders/1qtYhjZoWVsmDcAVP0RmetpwqWhxiE1LQ
«Редактирование 3D-генома как инструмент управления экспрессией генов»
Ульянов Сергей Владимирович
ведущий научный сотрудник кафедры молекулярной биологии биологического факультета МГУ, кандидат биологических наук.
Аннотация:
Трёхмерная геномика — относительно молодая область молекулярной биологии. За двадцать лет развития на этом направлении был накоплен массивный объём данных о пространственной структуре геномов прокариот и эукариот, о механизмах её установления и поддержания, о роли в регуляции работы генома и о том, как нарушения в укладке ДНК приводят к серьёзным заболеваниям. Пространственная сегрегация активного и неактивного хроматина в компартментах, изоляция геномных локусов в пределах топологических доменов и петлевые взаимодействия между регуляторными элементами генома — всё это подвержено динамичным обратимым изменениям в ходе клеточной дифференцировки и ответа на внешние стимулы. В последние годы стало очевидно, то такими изменениями можно управлять с помощью набора молекулярных инструментов, модифицируя топологию хроматина в пределах заранее выбранного локуса в строго определённом направлении. Это открывает новые возможности в исследовании работы генома в норме и для терапии ряда патологических состояний.
Запись лекции: https://drive.google.com/file/d/1WrFTktSD88qKu2r4vV8JIDpG5-Ymehxa/view
«Разнообразие CRISPR-Cas систем и их применение в биотехнологии»
Федорова Яна
PhD, научный сотрудник Института биологии гена РАН
Аннотация:
В этой лекции мы расскажем о разнообразии CRISPR-Cas систем, о том какой интересный эволюционный путь они прошли. Мы поговорим о том, что каждая система прокариот может быть уникальна, и эта уникальность может позволить создать новые биотех инструменты.
В лекции будут обсуждаться CRISPR Cas9, Cas12, Cas13 системы, а также предшественники Сas12 эффекторов — белки TnpB, и предшественники Cas1 белков, интегразы транспозонов.
