Команда МГУ имени М.В. Ломоносова Team Moscow (Команда «Москва») второй год подряд завоевала золото международного конкурса по синтетической биологии SynBio Challenges, который в конце августа прошел в Шэньчжэне (Китай). В этом году команда также получила серебряную медаль в треке «Дизайн белков».
Золото Team Moscow получила за решение задачи «Синтетическая клетка»: студенты разработали регуляторные последовательности для контролируемого синтеза флуоресцентных белков в заданных пропорциях, позволяющих получать целевые комбинированные цвета. В треке «Дизайн белков» команда с использованием методов искусственного интеллекта предложила новый подход к оптимизации флуоресценции зеленого флуоресцентного белка (GFP) в условиях высокой температуры.
Руководителями команды выступили сотрудники Исследовательского центра в сфере искусственного интеллекта МГУ и кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ: член-корреспондент РАН Алексей Шайтан и Елизавета Богданова.
В этом году в конкурсе приняли участие более 3500 студентов из 9 стран: России, Китая, Японии, Сингапура, Таиланда, Малайзии, Бразилии, Норвегии, Непала. Организаторами выступают Китайское общество биотехнологии (Chinese Society of Biotechnology (CSBT)) и передовые научные институты Шэньчжэня в области биотехнологии и синтетической биологии. SynBio Challenges фокусируется на прорывных задачах – от дизайна искусственных клеток до создания новых биоматериалов. Конкурс позволяет заявить о себе в перспективной области синтетической биологии на международном уровне.
Основной состав российской команды состоял из студентов специалитета и магистратуры кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ: Арина Блинова, Арина Степанова, Эдуард Ладнов, Павел Олейников, Егор Пивоваров, а также Дмитрий Рябов, который является сотрудником Исследовательского центра в сфере искусственного интеллекта МГУ. Капитаном команды выступил студент 1 курса магистратуры Павел Фескин.
Команда предложила решения для двух задач конкурса — «Синтетическая клетка» и «Дизайн белков».
В задаче «Синтетическая клетка» команде нужно было настроить работу нескольких генов так, чтобы три флуоресцентных белка — синий, зеленый и красный — производились в заданных количествах и в результате создавали нужные цвета. Для этого ребята разработали алгоритм, который подбирает регуляторные последовательности ДНК и учитывает сразу несколько факторов, влияющих на производство белка. В частности, алгоритм учитывает взаимодействие промоторных участков и структур матричной РНК, а также конкуренцию генов за ресурсы бесклеточной системы. С помощью разработанного подхода команде удалось настроить производство трех белков на одной плазмиде и получить заданные псевдоцвета — синий и розовый. Для подбора и проверки последовательностей команда использовала компьютерные модели и специализированные программы для анализа РНК. Они помогали оценить свойства разных вариантов и выбрать наиболее подходящие.
В этом году была существенно усложнена и задача «Дизайн белков». Если в прошлом году участникам требовалось предложить несколько точечных мутаций GFP, то теперь необходимо было разработать новые аминокислотные последовательности белка с улучшенной яркостью флуоресценции и повышенной термостабильностью. Team Moscow разработала алгоритм на основе методов искусственного интеллекта, который использует данные об известных вариантах GFP, их яркости, структуре и устойчивости к высокой температуре. В алгоритм также вошли существующие нейросетевые методы генерации мутаций и прогнозирования термостабильности и разработанная командой нейронная сеть для оценки яркости новых вариантов GFP.
«Синтетическая биология, находящаяся на стыке биологии, инженерии и IT, признана одной из ключевых технологий будущего. И хотя в нашей стране эта отрасль только оформляется в самостоятельное направление, Россия обладает мощным научным потенциалом, что подтверждается значительным ростом публикационной активности в данной области.
Наша команда не первый год активно работает в этой области, внося свой вклад в ее развитие. Важно отметить, что в прошлом году мы уже одержали победу в этом международном соревновании, и в этот раз нам удалось в очередной раз подтвердить высокий уровень подготовки наших студентов.
Главной особенностью данного соревнования является акцент на синергию экспериментальной биологии, искусственного интеллекта и роботизации для решения разноплановых практических биоинженерных задач. Это направление сегодня крайне актуально, что подтверждается масштабом реализуемых в мире инициатив, таких как проекты по полномасштабному дизайну синтетической клетки.
Стоит отметить, что реализация столь амбициозных задач требует международной кооперации, которой во многом способствует активное развитие научно-технологического партнерства России и Китая. Помимо совместного Университета МГУ-ППИ в г. Шэньчжэне, сейчас создаются новые совместные институты и научно-исследовательские лаборатории МГУ и институтов Китая. Такое плотное партнерство открывает путь для реализации масштабных совместных проектов между российскими и китайскими исследовательскими коллективами. В первую очередь это относится к проектам, направленным на разработку передовых биоинформатических решений и моделей искусственного интеллекта, что формирует мощный фундамент для будущих побед на стыке биологии и технологий», – прокомментировал член-корреспондент РАН Алексей Шайтан, профессор кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ, сотрудник Исследовательского центра в сфере искусственного интеллекта МГУ.
Информация предоставлена пресс-службой МГУ
Источник фото: ru.123rf.com
