Новые гибриды овощей, нейросети для ветеринаров и исследования кормов. Студенческий тур в Тимирязевскую академию

Новые гибриды капусты и лука устойчивы к заболеваниям, искусственный интеллект с помощью микроскопа анализирует кровь животных и передает информацию о возможных патологиях, а изучая фермент трипсин, ученые определяют, насколько вкусны и питательны корма для животных. Это разработки Московской сельскохозяйственной академии им К.А. Тимирязева, о которых в понедельник рассказали студентам российских вузов. 23 сентября в РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева в рамках нацпроекта «Наука и университеты» прошел студенческий тур, организованный порталом «Научная Россия».

Тимирязевская академия сегодня ― это главный аграрный вуз страны с передовой приборной базой и уникальными научными проектами. Вуз ― головная организация Научного центра мирового уровня «Агротехнологии будущего», созданного в рамках национального проекта «Наука и университеты».

Селекция капусты, лука и моркови

Каждый третий кочан капусты на полках магазинов в Московском регионе выращен из семян тимирязевской селекции. Об этом студентам рассказал заведующий кафедрой ботаники, селекции и семеноводства садовых растений доктор сельскохозяйственных наук Сократ Монахос. Ученый подчеркнул, что селекционная работа в области капусты один из главных приоритетов  академии, а важнейший полученный результат ― создание гибрида капусты, устойчивого к заболеванию кила.

«Мы ежегодно создаем F1 гибриды на основе опыта, накопленного десятилетиями. Одно из наших достижений ― это создание гибрида капусты, устойчивого к заболеванию кила: оно известно с 1863 г. Только в 2000-х гг. первая транснациональная компания, которая тратит $3 млн в день на научные разработки, создала такие гибриды, мы стали вторыми, взяв ген из репы и передав его капусте», ― рассказал Сократ Монахос.

Ученый добавил, что сократить сроки селекционной работы помогают современные биотехнологии: возможно, гены репы могли бы передаться капусте естественным путем, но на это потребовались бы долгие-долгие годы. А кроме того, создавая новые гибриды, устойчивые к заболеваниям, получается сократить использование химикатов: это путь к органическому сельскому хозяйству, по которому идет весь мир.

Другое достижение тимирязевских селекционеров ― создание гибрида репчатого лука F1 Резистор. Он устойчив к пероноспорозу: мучнистая роса поражает растения, не позволяет сохранить лук и получить хороший урожай. Производители вынуждены обрабатывать поля химикатами несколько раз за сезон. Гибрид получилось создать, передав репчатому луку ген дикорастущего лука, обладающего устойчивостью к заболеванию. Сократ Монахос отметил, что селекция ― это долгая работа, но современные технологии позволяют создавать гибриды, например, не за семь лет, а за четыре года.

Еще одно важное направление исследований ― разработка генетической платформы для создания гибридов моркови по упрощенной схеме. По словам ученого, такой платформы пока нет ни в одной стране, и ее создание станет рывком для селекционный работы во всем мире.

«У нас не просто кафедра или лаборатория, а селекционно-семеноводческий центр, который несет обязательства не только по созданию сортов и F1 гибридов, которые будут удивлять мир, производственников и потребителей. Кроме того, мы несем обязательства перед Министерством науки и высшего образования и Министерством сельского хозяйства. У нас есть определенные показатели по выдаче. В этом году мы должны выдать пять новых F1 гибридов и мы уже создали и передаем на государственные сортоиспытания два гибрида сладкого перца, два огурца и самое востребованное ― один гибрид моркови. Как ни странно, но селекция моркови, культуры каждодневного потребления, в России отстает по очень специфическим причинам: не так просто создавать гибриды моркови», ― сказал Сократ Монахос. 

Нейросети для ветеринарии

На кафедре ветеринарной медицины РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева созданы лаборатории для внедрения новых перспективных технологий ― искусственного интеллекта. Ученые Тимирязевской академии собирают информацию и обучают искусственные нейронные сети работать с этими базами данных, в частности для того, чтобы определять различные патологии. Об этих исследованиях студентам рассказала доцент кафедры ветеринарной медицины Евгения Латынина.

«В настоящий момент искусственный интеллект обрел наибольшее применение в лабораторной диагностике. Лабораторная диагностика нужна для того, чтобы на ранних этапах понять, что происходит в организме. В частности, кровь, которая циркулирует по всему организму, берет на себя все изменения. Проблема в том, что в лабораториях работают люди и очень высок шанс ошибки из-за человеческого фактора на любом этапе, даже в момент взятия крови или приготовления мазка», ― рассказала Евгения Латынина.

Ученые Тимирязевской академии используют автоматизированные системы, способные приготовить мазок, покрасить его, чтобы выделить определенные элементы крови и исследовать. Нейросети способны дифференцировать клетки в образце: достаточно установить препарат в микроскоп и запустить программу. Если раньше человек сам смотрел в микроскоп и по определенным формулам считал количество, например, лейкоцитов и тромбоцитов, то сейчас устройство самостоятельно исследует образец и передает информацию на компьютер, после чего остается ее только проанализировать.

«Пока мазки исследуются в основном ручным методом: врач садится перед микроскопом, устанавливает препарат,  просматривает весь мазок и считает клетки. На это уходит колоссальное количество времени. Мы пришли к выводу, что проще обучить искусственный интеллект, который сам посчитает клетки и выдаст нам результат. Нейросети обучаются на большом количестве данных. Если говорить про лабораторную диагностику в ветеринарии, то нужно не меньше тысячи образцов для того, чтобы программа работала с точностью до 95%», ― рассказала Евгения Латынина.

По словам ученого, специалисты Тимирязевской академии добились почти 95-процентной точности исследования крови млекопитающих. Сейчас идет обучение нейросетей для анализа крови птиц, у которых есть свои особенности.

Влияние трипсина и исследования кормов

В лаборатории кафедры физиологии, этологии и биохимии животных ученые проводят эксперимент на кроликах по гранту Российского научного фонда: исследуют влияние фермента трипсин на организм животных. О проекте рассказал профессор кафедры Владимир Вертипрахов.

«На животных мы изучаем влияние обезболивающих препаратов, поскольку трипсин, который применяется внутримышечно, оказывает болевое действие. Если раньше в медицине широко применялся трипсин кристаллический, то сейчас его роль немного занижена и он применяется гораздо реже. Мы хотим использовать его в животноводстве более широко, потому что сейчас во всем мире известно о том, что трипсин ― это не только фермент, но и гормоноподобное вещество, которое участвует в регуляции метаболизма и разных процессов в организме животных», ― рассказал Владимир Вертипрахов.

Задача ученых ― изучить, как идет метаболический путь при внутримышечной инъекции препарата. При этом ученые дополнительно разрабатывают свой препарат, который не будет отличаться по качеству от существующего, но станет дешевле. Ученые пришли к выводу, что обезболивать введение препарата нецелесообразно: при введении новокаина или лидокаина в качестве обезболивающего препарат снижает действие трипсина на организм кролика.

Кроме того, в лаборатории содержатся курицы-несушки: используя фистулы, ученые могут получать содержимое их двенадцатиперстной кишки. Исследуя его, специалисты Тимирязевской академии выясняют, вкусный ли корм и насколько питательный. Владимир Вертипрахов отметил, что такие методики позволяют получать результаты, востребованные на мировом уровне.

Материал подготовлен при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ