Центр компетенций НТИ «Молекулярная инженерия в науках о жизни»

Центр компетенций Национальной технологической инициативы «Молекулярная инженерия в науках о жизни» на базе «Федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» Российской академии наук»

Молекулярная инженерия — уникальное направление, позволяющее создавать живые системы (от молекул и клеток до целых организмов) с настраиваемыми свойствами.

Молекулярная инженерия является технологическим базисом как принципиально новых рынков, таких как персонализированная медицина и питание, функциональные биоматериалы, системы экспресс-диагностики и т.д., так и кардинальной перестройки рынков уже существующих, как, например, индустрии кормов, пищевых ингредиентов, удобрений.

Разрабатываемые технологии обеспечат устойчивое и эффективное развитие важнейших отраслей и рынков: от фармацевтики и медицины до пищевой промышленности, сельского хозяйства, энергетики и химической индустрии.

Цели и задачи

Консорциум

Проекты

Центр компетенций реализует 2 ключевых научно-технических проекта, запущенных в 2021 году:

Разработка новых технологических платформ для противодействия существующим и возникающим вирусным инфекциям.
- Проект включает разработку платформы инактивированных вирусов в белковых комплексах, специфически направленных на активацию долговременного клеточного иммунного ответа, а также создание линий клеток сельскохозяйственных животных, устойчивых к наиболее опасным вирусным инфекциям. Пандемия коронавируса ярко продемонстрировала важность наработок технологий для борьбы с вирусами. В рамках данного проекта будут созданы новые удобные вакцины и препараты как от COVID-19, так и от других возможных инфекций не только человека, но и сельскохозяйственных животных.
Разработка новой технологической платформы для создания экспрессных диагностических систем.
- Результаты работ по этому направлению позволят упростить и удешевить анализ различных патогенов без потери наглядности и чувствительности.

Кроме того, Центр компетенций реализует 3 мероприятия технологического суверенитета:

Разработка биотехнологической платформы получения пищевых продуктов нового поколения.
- Мероприятие технологического суверенитета обеспечит создание клеточных биофабрик для глубокой переработки пищевого и сельскохозяйственного сырья и производства продуктов питания, в том числе функциональных. Еще одно направление — обогащение растительного сырья, которое сможет стать достойной альтернативой дорогим и порой неэкологичным мясным продуктам.
Разработка новых технологических платформ для продукции рекомбинантных белков и ферментов с оригинальными функциями.
- Белки, в том числе и ферменты, используются в пищевой, легкой и химической промышленности, а также сельском хозяйстве и фармации. Новые задачи и повестки требуют создания уникальных молекулярных систем.
Разработка технологии производства субстанции семаглутида с использованием платформенного решения получения биологически активных полипептидов на основе неприродных (непротеиногенных) аминокислот
- В результате реализации мероприятия технологического суверенитета планируется создать и внедрить в производство технологию получения субстанции семаглутида с целью обеспечения независимости от импорта жизненно необходимого лекарственного препарата.

Результаты деятельности

Преодоление технологических барьеров

В 2022-2023 годах были сделаны следующие шаги в части преодоления технологических барьеров:

В рамках разработки новых тест-систем для определения маркеров африканской чумы свиней, цирковируса и парвовируса был осуществлен скрининг необходимой компонентной базы для использования в тест-системах и дана оценка возможности реализации и масштабирования производства разрабатываемых ЦК-НТИ тест-систем. Эти результаты позволят в кратчайшие сроки развернуть пилотное производство тест-систем.
Получены первые результаты в области создания эффективной технологии дизайна и селекции новых форм ферментов с заданными характеристиками, а также получения стабилизированных форм белков и ферментов, что позволило реализовать получение растворимых форм белков, которые от природы являются нерастворимыми. Это достижение позволяет расширить спектр белков, используемых для разработки вакцин.
Проанализированы данные секвенирования сцДНК пациентов с онкологическими заболеваниями (рак легкого) и на основе этих данных сформирована база данных неканонических нуклеозидов, что закладывает фундамент для разработки инструментов по ранней неинвазивной диагностики онкологических заболеваний.
В рамках разработки новых тест-систем для определения маркеров африканской чумы свиней, цирковируса и парвовируса, был проведен выбор и характеристика свободных маркерных частиц и их конъюгатов с антивидовыми антителами.
- На основании выбора собран прототип тест-полоски, позволяющей определить маркерную частицу, обеспечивающую наиболее яркий сигнал в тестовой зоне. Выбрана оптимальная пара антител для дальнейшей разработки иммунохроматографической тест системы, что, в совокупности с другими результатами позволяет говорить о высокой степени готовности прототипа и его готовности к запуску в промышленное производство.
Получены первые результаты в области создания эффективной технологии дизайна и селекции новых форм биомолекул.
- Проведены наработка вакцинной композиции, в соответствии с поставленными целями проведено обоснование и экспериментальная проверка влияния тест-доз экспериментальной вакцины на стимуляцию формирования специфических антител.
- По результатам испытаний разрабатываемая экспериментальная вакцинная композиция вызывала выработку специфических антител на уровне с коммерческой вакциной у кроликов и поросят. Данное достижение и успешная реализация клинических испытаний открывает возможность регистрации вакцинной композиции и запуску ее производства.

Значимые результаты научно-исследовательской деятельности

В 2022-2023 годах были получены следующие значимые результаты научно-исследовательской деятельности:

В 2022 году в рамках проекта «Разработка биотехнологической платформы получения пищевых продуктов нового поколения» была разработана технология выделения белкового изолята из различных сортов гороха, что в дальнейшем станет основой для широкого спектра альтернативных продуктов питания, а в частности горохового молока, горохового мяса и ингредиентов для мясных альтернатив (белковые основы для колбас, паштетов, сосисок и др.). В рамках проекта «Разработка мультифункциональной платформы анализа неканонических нуклеозидов во внеклеточной ДНК методом полногеномного секвенирования» были получены библиотеки сцДНК пациентов с онкологическими заболеваниями и на основе их секвенирования и последующего анализа был создан алгоритм расчета риска возникновения онкологических заболеваний на основе содержания неканонических нуклеозидов.
В 2023 году в рамках проекта «Разработка новой технологической платформы для создания экспрессных диагностических систем» был осуществлен выбор состава, синтез и характеристика конъюгатов окрашенного маркера со специфическими компонентами, улучшена чувствительность тестов и определены технологические параметры прототипа (оптимальная концентрация антител, определены оптимальный диаметр частиц коньюгата и предел чувствительности тест системы для коньюгатов разного типа). В рамках исследования был проведен анализ для оценки экономической эффективности методики конъюгации и возможности будущего масштабирования технологического производства. В частности, был выявлен потенциальный расход антител при сорбции и использовании меток. Определены параметры стабильности при хранении: при хранении 4°C конъюгат обладал высокой стабильностью в жидком состоянии в течение 1,5 месяца.
В 2023 году в рамках проекта «Разработка новых технологических платформ для противодействия существующим и возникающим вирусным инфекциям» были окончены работы по созданию штамма продуцента белка-антигена цирковируса свиней. Благодаря созданному в 2022 году комплексу оборудования для лаборатории контроля качества разрабатываемой вакцины, были успешно валидированы методики оценки контроля качества. На конец 2023 года разработан лабораторный регламент к вакцинному препарату против цирковируса свиней и осуществлен выбор вакцинной композиции для производства на основе на основе результатов проведенных исследований на лабораторных животных - свиньях Разработана новая технологическая платформа для получения ветеринарных вакцин. Технологическая платформа основана на дрожжах Pichia pastoris и набора новых векторных систем для ее трансформации и получения штаммов продуцентов рекомбинантных белков для создания вакцинных композиций.
Первая вакцина на этой платформе – против цирковируса свиней, одного из наиболее значимых заболеваний в животноводстве, находится на стадии клинических исследований и после их завершения будет зарегистрирована и запущена в производство в России. Планируется, что производителем будет один из действующий индустриальных партнеров проекта: ООО «НВП «Астрафарм», ООО «АГ «Аспект», ООО «НТЦ «БиоИнвест».

Создание важных объектов инфраструктуры

В 2022-2023 годах по направлению развития информационной инфраструктуры, а также инфраструктуры научной, научно-технической и инновационной деятельности для обеспечения реализации планов мероприятий («дорожных карт») НТИ были модернизированы следующие объекты инфраструктуры:

Центр коллективного пользования «Промышленные биотехнологии»;
Центр коллективного пользования «Биоинженерия»;
Вычислительный кластер.

Кроме того, Центр компетенций ведет разработку экспертно-аналитических сервисов для информационно-аналитического обеспечения технологической трансформации отраслей и рынков. В основу данной системы сервисов будет положена разработка специализированной информационно-аналитической системы "Biotechnology IQ-Platform” (BIQ), позволяющей давать комплексную характеристику отечественному рынку продукции, которая производится в том числе с использованием биотехнологий, и картировать научно-технический ландшафт направлений. Система BIQ будет основана на инструментарии анализа больших данных с применением технологий искусственного интеллекта. системы Biotechnology IQ-Platform (BIQ).

В рамках мероприятий по разработке информационно-аналитической системы BIQ за счет проведения углубленной аналитики и экспертной панели, состоящей из представителей пищевой отрасли, в 2023 году были осуществлены работы по уточнению позиционирования программного продукта:

сформулированы основные существующие проблемы по отдельным сегментам (персонам) и гипотезы решения данных ограничений за счет разрабатываемой системы;
дополнительно описаны подгруппы целевой аудитории и пользовательские персоны – их поведенческие паттерны, цели и мотивации, потребности;
подготовлены рендеры по отдельным элементам веб-интерфейса, отражающие основные параметры и механизмы работы будущей системы.

В рамках подготовки программной части были составлены требования по формированию справочников, представляющих собой ядро системы, и по разработке отдельных блоков платформы. На их основе был разработан прототип информационно-аналитической системы Biotechnology IQ-platform, который включает в себя алгоритмы обработки данных, совмещенные с облачным сервисом (веб-приложением) для закрытого тестирования гипотез. В качестве основы функционирования платформы выступают справочники ингредиентов – массив данных, содержащий структурированную информацию по рассматриваемым позициям и их основным характеристикам. Прототип программы позволяет проводить анализ рыночной статистики (импорт/экспорт) от отраслевых организаций по отдельным позициям со встроенными инструментами фильтрации/сортировки. Программа способна обеспечивать выполнение следующих функций: поиск на основе запросов со стороны пользователей; семантическая обработка текстовой информации, содержащейся в рыночных данных; математическая обработка числовых данных и их совмещение с текстовыми данными; вывод пользователю результатов обработки информации. На разработанный прототип программной платформы было получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ “Прототип информационно-аналитической системы Biotechnology IQ-platform” от 10.11.2023 № 2023683860.

Образовательная деятельность

Образовательные программы, реализуемые в рамках работы Центра, связывают естественно-научные и гуманитарные направления. В результате такой подготовки специалисты обладают достаточными исследовательскими навыками, а также практическими знаниями по коммерциализации биотехнологических проектов. Выпускники смогут проявить себя на таких рынках НТИ, как Фуднет, Хелснет, Эконет, Спортнет и др.

В части образовательного трека Центра компетенций на базе Консорциума предусмотрена реализация не менее 23 программ бакалавриата, 18 магистерских программ и 1 программы специалитета (включая профили), а также не менее 1 программы аспирантуры. Число постоянно обучающихся студентов на соответствующих образовательных программах высшего образования ежегодно будет составлять не менее 1000 человек. Во взаимодействии с участниками Консорциума реализуется портфель программ дополнительного профессионального образования. Число слушателей этих курсов составит не менее 2000 человек в год к 2025 году.

Численность подготовленных Центром НТИ специалистов, имеющих высшее образование, по основным образовательным программам высшего образования и дополнительным образовательным программам, за 2022-2023 гг. составила 2784 человека, из них по программам бакалавриата — 1377 человек, магистратуры — 505 человек, специалитета – 17 человек, программам повышения квалификации — 885 человек.