C 22 по 29 августа в Москве прошла научно-практическая школа PlantNGS2022 по применению высокопроизводительного секвенирования в генетике и селекции растений. Школа организована совместно Институтом проблем передачи информации им. А.А. Харкевича РАН и Сколковским институтом науки и технологий при участии Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН. Спонсорскую поддержку оказали компании СкайДжин и Парсек Лаб. Из более чем 240 подавших заявку на участие прошли конкурсный отбор и приехали на обучение 24 молодых ученых-биологов из разных регионов России.
Высокопроизводительное секвенирование второго и третьего поколений или NGS-секвенирование — сравнительно молодая и стремительно развивающаяся технология, которая позволяет прочитать единовременно миллионы фрагментов ДНК, что значительно убыстряет и удешевляет определение последовательности генома. Применение NGS-секвенирования становится неотъемлемой частью как фундаментальных исследований в области генетики, так и практических ее приложений. В частности, оно тесно связано с технологиями генетического редактирования, которые, как ожидается, позволят сделать качественный скачок в селекции растений. Школа PlantNGS-2022 является очередным шагом по сближению генетики и селекции и привнесению в селекционный процесс ряда современных методов.
Программа школы соединила в себе освоение теоретической базы для работы с данными высокопроизводительного секвенирования и практический курс, воспроизводящий полный цикл молекулярно-биологического исследования от постановки задачи и подготовки образцов до биоинформатического анализа и формулировки выводов. В течение недельного интенсива, проходившего в аудиториях Сколтеха и ИППИ РАН, участники знакомились с различными аспектами биологии растений и методами анализа биологических данных, выделяли ДНК из растений, создавали библиотеки, а также учились работать в Linux и затем запускать программы, необходимые для оценки качества данных секвенирования, для сборки генома, поиска генетических вариантов и для анализа экспрессии. В преподавательский состав школы вошли биологи и биоинформатики из ИППИ РАН и Сколтеха.
В заключении слушатели получили индивидуальные задания и за две недели после окончания школы уже самостоятельно пробуют анализировать данные, полученные путём секвенирования, чтобы развить и закрепить навыки, полученные на школе. Они решают такие задачи, как поиск генов, меняющих свою активность в ходе циркадного цикла, а также сборка генома растений и поиск в геноме видоспецифичных маркерных участков. По результатам будет проведен подробный разбор с кураторами, а также участники получат сертификаты о прохождении школы.
Биоинформатическая часть учебной программы оказалась наиболее востребованный у слушателей школы. Большинство из них имеют опыт лабораторной работы, при этом ещё не сталкивались с компьютерным анализом биологических данных. Выпускница Северного (Арктического) федерального университета, биотехнолог Соня Цикиновская делится своим опытом: «Для моей дипломной работы я делала только «мокрые» эксперименты, получала самые простые результаты и никак их не обрабатывала, потому что понятия не имела как это работает. Теперь, после прохождения PlantNGS, я хотя бы имею представление, как можно анализировать информацию. Это важно знать и уметь».
«В освоении новых методик, в том числе и NGS, труднее всего преодолеть начальный барьер, попасть на первую ступень понимания, особенно самостоятельно», — отмечает организатор PlantNGS2022 Мария Логачева, — «говорю это как человек, которому 10 лет назад приходилось осваивать это ремесло во многом самостоятельно, и в процессе было набито много шишек». Мария отмечает что нехватка кадров, умеющих работать с данными, является, к сожалению, актуальной для региональных университетов и научных организаций проблемой. При том, что лаборатории зачастую оснащены мощным высокотехнологичным оборудованием и в частности секвенаторами, нет компетентных людей, которые умели бы ими оперировать и которые могли бы обрабатывать полученные результаты. «Надеемся, что наша школа поможет немного закрыть этот пробел».
Слушатели школы отмечают сложность тем и большой объём информации, которые не так-то просто «переварить» за неделю интенсива и сожалеют, что продолжительность школы не была больше. Тем не менее, освоенные здесь навыки пригодятся участникам в их дальнейшей учебе и научной практике.
Так, Юлия Югай и Екатерина Чухломина из ФНЦ биоразнообразия Дальневосточного отделения РАН изучают ранее неизвестный ген, перенесенный агробактерией в сладкий картофель (Ipomoea batatas). На школу они приехали с конкретной целью обучиться анализу экспрессии генов, чтобы по возвращению во Владивосток реализовать его на двух имеющихся у них наборах данных секвенирования РНК. Елена Гуляева и Анастасия Померанец из Карельского научного центра (Петрозаводск) приехали расширить свои навыки для изучения размножения сосны методом соматического эмбриогенеза. Алексей Неуров из ЮФУ (Ростов-на-Дону) планирует использовать наработки, сделанные во время практики на PlantNGS-2022, в качестве основы для его бакалаврского диплома по биоинформатике.
Помимо практических занятий и лекций, кураторы провели для участников экскурсию в ростовые комнаты лаборатории геномики растений ИППИ РАН, где для проведения исследований выращиваются как образцы сельскохозяйственных растений –-– гречихи, подсолнечника, томатов и кукурузы –– так и модельных объектов генетики, таких как Резуховидка Таля и Пастушья сумка. В неформальную часть программы вошло посещение кабинета-музея Вавилова в Институте общей генетики РАН и экскурсия в геномный центр РНИМУ Н.И. Пирогова, оснащенный секвенаторами китайской компании MGI. Занятия шли с утра до вечера, но многие участники находили время и для прогулок по Москве.
География участников охватывает такие города как Калининград, Краснодар, Казань, Владивосток, Тюмень и другие региональные центры. «Школа способствует не только освоению новых знаний, но и завязыванию научных контактов. Это особенно ценно в нынешних условиях, когда мы оказались несколько изолированы от международного научного сообщества», — убеждена Мария Логачева. По ее словам, в России есть сильные разработки, о которых за пределами страны известно лучше чем внутри нее. В связи с этим важно налаживать связи между российскими научными центрами.
В январе 2023 года стартует курс по применению NGS-секвенирования в генетике и селекции растений уже с углубленной программой. В настоящее время открывается сбор заявок на участие в курсе. Занятия планируется проводить двумя потоками: в ИППИ РАН в Москве и на базе Ботанического института РАН в Санкт-Петербурге включающими до 24 обучающихся каждый. Обучение продлится четыре месяца по одному полному дню в неделю и будет включать теоретические и практические модули, индивидуальные задания и групповые проекты. «Такой протяженный формат на мой взгляд, эффективнее, чем интенсивы. Он позволяет обдумать полученную информацию перед изучением следующей темы, задать уточняющие вопросы, разобраться с особенностями работы программ», — говорит один из организаторов курсов, Алексей Пенин — «К сожалению, такие продолжительные курсы возможны только для слушателей проживающих в одном городе, или недалеко от него, а для слушателей из разных регионов формат интенсива единственно возможный, поскольку альтернативный этому он-лайн формат показывает себя гораздо менее эффективным. Поэтому в связи с большим интересом к школе PlantNGS-2022 мы исключили большую часть заявок из Москвы и Санкт-Петербурга и теперь планируем проведение для работающих в этих городах отдельных занятий». Основная цель будущих курсов — помочь научным работникам, проводящим исследования в различных областях биологии растений, наиболее эффективно решать свои задачи с использованием современных геномных методов, а также ставить и решать задачи в области геномного редактирования растений.
Проведенная школа и будущий курс реализуются в рамках проекта «Исследование потенциала геномного редактирования в контексте современных методов селекции растений, основанных на достижениях функциональной геномики и машинного обучения» Федеральной научно-технической программы развития генетических технологий на 2019-2027 годы, проводимой Минобрнауки России.
На открытии Школы в Сколтехе
Взятие образцов растений для выделения ДНК (в ростовой комнате ИППИ РАН)
Во время подготовки образцов для секвенирования
В начале покорения расчётного кластера
Участники, преподаватели и организаторы школы
Некоторые организаторы и преподаватели школы на ее закрытии. Слева-направо: Алексей Пенин, Мария Логачёва, Максим Макаренко, Анна Клепикова.
Участники Школы, слева направо: Алексей Неуров (Ростов-на-Дону), Екатерина Чухломина (Владивосток), Софья Цикиновская (Архангельск)
Участницы Школы из Петрозаводска Анастасия Померанец и Елена Гуляева
| 18.09.2022 | |