ТУСУР получил грант Минобрнауки на создание генетического принтера
Субмикролитровое дозирование © stimul.online
Сотрудник АО «НПФ «Микран» работает над созданием подложки для «генетического принтера». Источник изображения: Пресс-служба АО «НПФ «Микран»
Томский госуниверситет систем управления и радиоэлектроники стал победителем конкурса Минобрнауки на создание отечественной приборной базы для генетических технологий. Исследователи получат на проведение этих работ 320 млн рублей в рамках реализации Федеральной научно-технической программы развития генетических технологий на 2019-2027 годы. О том, как эта технология найдет применение в наукоемких секторах российской промышленности и почему на базе этого проекта возник консорциум из трех сибирских университетов во главе с ТУСУРом, Курчатовского института и компании — национального чемпиона «Микран», пишет журнал об инновациях в России «Стимул».
Действующий образец устройства для синтеза олигонуклеотидов (коротких фрагментов ДНК или РНК) разработчики планируют представить через два года. Помимо самого прибора в ходе проекта предполагается разработать образовательные программы по химическому синтезу и модификации нуклеиновых кислот и геномной инженерии, проводить семинары, конференции.
По словам проректора по научной работе и инновациям ТУСУРа Антона Лощилова, реализация проекта позволит снизить технологическое отставание России в области приборной базы для генетических технологий, а также обеспечит суверенитет в отношении ключевых функциональных узлов и материалов.
ГАДИРОВ.jpg © stimul.online
Кандидат химических наук, заведующий лаборатории аддитивных технологий и инженерной биологии ТУСУРа Руслан Гадиров. Источник изображения: Пресс-служба ТУСУРа
РАЗРАБОТАТЬ СВОИ ПРИБОРЫ
«В области создания генетических технологий в России есть очень сильные центры, идущие в авангарде, и ситуация с ковидом это хорошо показала, — рассказал «Стимулу» кандидат химических наук, заведующий лаборатории аддитивных технологий и инженерной биологии ТУСУРа Руслан Гадиров. — Сейчас у всех на слуху такие солидные организации, как Институт Гамалеи, новосибирский «Вектор». Это центры, которые развивают передовые генетические технологии, признанные во всем мире. Основой для таких исследований выступает современная приборная база, которая сегодня, к сожалению, преимущественно зарубежная. Безусловно, и в нашей стране выпускаются приборы: секвенаторы, ПЦР; олигонуклеотидные синтезаторы тоже есть — они производятся в Новосибирске компанией «Биоссет»».
Но, по словам ученого, отставание в этой области, к сожалению, довольно велико. Биология и генетика во всем мире сегодня развиваются взрывообразно, постоянно появляются новые методы, которые требуют современных аппаратных решений — приборов. «Нам нужно включаться в этот процесс, предлагать собственные уникальные разработки, «подтягивать» собственную приборную базу, чтобы не зависеть от зарубежных производителей, иметь собственный ресурс для выполнения научных исследований и разработок для нужд самых разных отраслей», — считает Руслан Гадиров.
Сейчас большинство производителей олигонуклеотидов, необходимых для создания генных конструкций, локализовано в США. Местное законодательство не позволяет компаниям свободно поставлять в третьи страны оборудование для создания массивов олигонуклеотидов, а также микрочипы, содержащие на поверхности массивы олигонуклеотидов для последующей сборки генных конструкций.
И российские ученые должны разработать технологию субмикролитрового дозирования жидкостей для задач инженерной биологии, создать и апробировать опытный образец системы автоматического синтеза олигонуклеотидов на ее основе. В результате появятся научно-технологические заделы для медицины, промышленности и сельского хозяйства, на новый уровень выйдет предупреждение чрезвычайных ситуаций биологического характера и контроль в этой области.
«Вопросы практического применения олигонуклеотидов в областях медицины и биологии сейчас решают исследователи Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, Сибирского государственного медицинского университета, Национального исследовательского Томского государственного университета, Курчатовского института», — рассказывает Руслан Гадиров.
Если же не ограничиваться «генетикой», а говорить о самой технологии субмикролитрового дозирования, то в ней нуждаются многие отрасли, например электронная промышленность и аддитивные технологии (струйная, экструзионная печать). По словам Руслана Гадирова, сейчас все это в России работает исключительно на импортной приборной базе, а в условиях санкций и ковидных ограничений многие приборы приобрести стало просто невозможно.
«Название «геномного», или «генетического», «принтера», ставят в кавычки, поскольку правильнее такие устройства называть олигонуклеотидными синтезаторами, — поясняет Руслан Гадиров. — С другой стороны, в основе разрабатываемой нами системы дозирования лежат именно печатные технологии, позволяющие существенно повысить точность дозирования, снизить расход дорогостоящих реагентов и значительно увеличить количество одновременно синтезируемых олигонуклеотидов на планшете за счет уменьшения области печати. Мы ставили перед собой задачу не просто изготовить такой синтезатор (подобные устройства в настоящее время производятся несколькими зарубежными компаниями), а реализовать технологию субмикролитрового дозирования и создать отечественную приборную базу для генетических исследований».
В наши дни сборка генетических конструкций уже достаточно отлаженный процесс. В «геномном принтере» будет автоматизироваться рост цепи олигонуклеотида, например фрагмента ДНК или РНК. По словам ученого, с точки зрения химии для пришивания одного мономерного фрагмента цепи необходимо выполнить определенную последовательность химических реакций. Например, в случае широко распространенного амидофосфитного метода эта последовательность синтеза состоит из следующих операций: удаление защитной группы, присоединение основания, блокировка непрореагировавших активных центров (так называемое кэпирование) и окисление фосфитной группы. И это только один цикл, в ходе которого к растущему олигомеру добавляется одно звено. Длина олигонуклеотидов, требуемая для различных генетических, биологических, медицинских применений, составляет от нескольких десятков до сотен нуклеотидов — без автоматизации не обойтись.
МИКРАН2.jpg © stimul.online
В лаборатории индустриального партнера ТУСУРа — национального чемпиона АО «НПФ «Микран»». Источник изображения: Пресс-служба АО «НПФ «Микран»
ДЛЯ НОВОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УКЛАДА
Партнерами ТУСУРа в проекте выступят еще два томских вуза — Сибирский государственный медицинский университет и Томский государственный университет. Участие в разработке примут также Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, индустриальный партнер ТУСУРа — национальный чемпион АО «НПФ «Микран»».
"Технологии, которые будут применяться при разработке этого принтера, базируются на нашем опыте, в первую очередь в части микроэлектроники и фотоники, в части создания компонентной базы для применения в прецизионном аналитическом оборудовании», — рассказал «Стимулу» начальник управления маркетинга и развития бизнеса «Микрана» Никита Гаршин.
В рамках проекта предполагается создание на собственном оборудовании «Микрана» чувствительных подложек на основе кремния. На них при помощи дозаторов определенными методами, которые специалисты «Микрана» планируют разработать совместно с ТУСУРом, будут «печататься» аминокислоты для синтеза олигонуклеотидов.
«Проект направлен не только на редактирование и создание РНК генома человека, у него более широкие перспективы, — считает Никита Гаршин. — Мы прекрасно понимаем, что в рамках шестого технологического уклада на горизонте планирования ближайших 30-50 лет произойдет серьезная трансформация производственных технологий. На основе технологий, которые мы сейчас создаем совместно с ТУСУРом, можно будет синтезировать определенные участки и целые субстраты, из которых получится создавать поистине уникальные продукты. Это не только синтез устойчивых к заражению, к условиям окружающей среды сельхозкультур, но и применение в химической, нефтегазовой, пищевой промышленности. К примеру, создание векторов новых вакцин, формирование продуцентов, из которых в дальнейшем можно получить системы фильтрации воды, производить новые биокатализаторы для химии».
Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.
