Перспективные природоподобные технологии

«Природоподобные технологии будут фактически воспроизводить процессы живой природы и дадут нам принципиально иной, экономичный, как в самой природе, уровень потребления энергии, откроют новые возможности для увеличения продолжительности жизни, улучшения ее качества. Природоподобные технологии помогут создать нам новую техносферу — не потребительскую, хищнически относящуюся к природе, выкачивающую из нее все, любой ценой, как мы делали это последние две сотни лет, а на порядок более гармоничную, экономичную.»

Ковальчук Михаил Валентинович

Президент Национального исследовательского центра «Курчатовский институт»

«Курчатовский геномный центр» - крупнейший консорциум
в области биотехнологий в России

* Вы можете сделать это как специалист, как группа или даже как целая организация.

Присоедениться

Для их реализации мы формируем консорциумы. Вы также можете присоединиться к ним.

Сегодня мы помогаем нашим отраслям преодолевать технологические барьеры. И мы заботимся о нашем общем завтра.

Основываясь на актуальной стратегии научно-технологического развития Российской Федерации, мы сформировали и начали реализовывать «мегароекты», результаты которых сформируют новый технологический облик биотехнологий.

Высокоэффективный органический цикл

Любой организм на Земле может жить и развиваться только в окружении других организмов. Биосфера представляет собой глобальную экосистему, в которой отдельные организмы способствуют существованию и развитию других организмов.

Часть 1

Однако человечество долгое время его игнорировало.

Этот факт был установлен еще В.И. Вернадским

Нам все равно

Владимир Иванович Вернадский (1863–1945) — российский, украинский и советский учёный-естествоиспытатель, мыслитель и общественный деятель.

В круг его научных интересов входили: минералогия, кристаллография, геохимия, геология, почвоведение, радиогеология, биология, палеонтология, биогеохимия, метеоритика, философия и история науки.

Любой организм на Земле может жить и развиваться только в окружении других организмов...

Все более возрастающие показатели урожайности сельскохозяйственных культур продолжают оказывать давление на почвы, а технологии повышения плодородия на основе внесения большого количества удобрений только усугубляют ситуацию.

Удобрения предоставляют преимущества в развитии одним почвенным организмам в ущерб другим, тем самым формируются риски безвозвратной утраты экосистем.

Бурное развитие сельского хозяйства обусловило сильнейший экологический дисбаланс и истощение почв

Почва

– основа любой экосистемы

Создание таких каскадов, отдельных микроорганизмов и консорциумов микроорганизмов, которые смогут полностью заменить существующие технологии на основе химических удобрений — это цель проекта «Высокоэффективный органический цикл».

Мы уверены, что подобные межвидовые биохимические каскады можно распространить на любые вещества, необходимые для роста растений

Взаимодействие почвенных микроорганизмов с растениями имеет фундаментальный характер. Одни производят полезные вещества для других и наоборот

Такой взаимовыгодный обмен позволяет с одной стороны обеспечить сбалансированность экосистемы, а с другой стороны эффективное развитие каждого из участников обмена.

Классический пример – азотфиксирующие бактерии. Они предоставляют растениям азот в «удобной» для растений форме, в обмен на сахара, которые производят растения.

Что позволит  Высокоэффективный органический цикл?

Множество плюсов

Создавать плодородный почвенный слой при его полной утрате или в местах, где его не было, тем самым восстанавливать и формировать экосистемы

Формировать индивидуальные функции почвы под нужды отдельных культур

Ускорять развитие растений и отбирать лучшие образцы с необходимыми качествами для передачи в селекционные центры

Решать такие задачи как фиксация углерода, минимизация развития патогенных биологических агентов и др.

Высокоэффективный органический цикл станет альтернативой всем существующим технологиям, включая аэро- и гидропонику.

Для производителей, использующих теплицы

Присоедениться

Применение  специальных консорциумов микроорганизмов

Позволит более эффективно производить соответствующие культуры и минимизировать отходы производства, вовлекая их в наращивание биомассы консорциумов.

Множественное направленное редактирование геномов

Редактировать гены мы научились достаточно давно

Часть 2

Однако лишь десятилетие назад в наших руках появился инструмент, который позволяет это делать достаточно легко, не прибегая к многомесячным лабораторным манипуляциям. Это CRISPR-Cas.

Читать подробнее о CRISPR-Cas

Картофель, который не становится сладким при замерзании.

Пшеница, устойчивая  
к множеству заболеваний.

Мы в Курчатовском геномном центре успешно создаем линии растений, свойства которых задаются направленным редактированием их геномов с помощью CRISPR-Cas

Зачем нам так ускорять селекцию?

для эффективного применения технологии редактирования в сельском хозяйстве, мы должны уметь исправлять десятки и сотни генов одновременно

Это поможет уйти от классической селекции и в самый кратчайшие сроки получать новые сорта и породы.

мы приступили к разработке технологий множественного направленного редактирования геномов

В рамках которого будут созданы мультиферментные комплексы и протоколы для создания сельскохозяйственных растений и животных будущего.

Присоедениться

Управление генетическими ресурсами

Генетические ресурсы представляют собой охарактеризованные биологические ресурсы, без которых невозможно развитие биоэкономики

Любые применяемые в промышленности живые системы и их компоненты берут свое начало из природы. Поэтому полномасштабная инвентаризация биологических ресурсов и создание подходов для эффективного их вовлечения в биоэкономику — важнейшая задача.

Для решения этой задачи, необходимо научиться собирать и анализировать данные о биологических и генетических ресурсах

Учитывая разнообразие последних, формирование общей стратегии сбора и анализа такого рода данных, включает в себя создание абстракций, позволяющих кратко и емко описывать структурно-функциональные и другие характеристики генетических и биологических ресурсов.

Для ее решения необходимо создание стандартизированных подходов оценки эффективности генетических ресурсов

Аналитических решений для прогноза потенциала и условий их использования, информационных систем, позволяющих быстро находить генетические ресурсы под конкретные задачи.

Часть 3

Генеративные интеллектуальные системы

Часть 4

Несмотря на это, мы относительно успешно создаем организмы с нужными нам свойствами.

Уровень сложности живых систем настолько высок, что вся мощь мировой науки не в состоянии описать полный функционал даже простейшего организма

Я не так прост

А что внутри?

Современные методы селекции и биоинженерии, часто базируются на стратегии проб и ошибок. Такие подходы в значительной степени снижают эффективность разработок и часто приводят к негативным результатам

Можно ли на основе накопленных знаний и современных информационных технологий создать систему, позволяющую с повышенной точностью проектировать конечный результат (организм с заданными свойствами)?

Устойчива к заболеваниям

Шерсть густая и длинная

Большая выносливость

Неприхотлива в содержании

//овца (организм с заданными свойствами)

получена в результате геномной селекции за 3 года

от овец такой породы получают мясо, шерсть  и молоко. Шкуры идут на изготовление шубных изделий. Продуктивность этих овец высокая, они неприхотливы и приспособлены к содержанию даже в самых суровых условиях.

Вес 100 кг

Высота 60 см

Надой за период лактации 1200 кг

А можно ли?

Вес настригов шерсти 20 кг

Мы полагаем, что можно

Что это даст?

Более того, мы считаем, что именно сегодня время для создания такого рода систем

Конечным продуктом будет искусственный интеллект, позволяющий формировать протоколы создания организмов с заданными свойствами, прибегая для этого к любым доступным методам

Присоедениться

Для реализации подобного проекта
мы используем большие выборки ретроспективных верифицированных фенотипических и генотипических данных

Таких данных много не бывает. Поэтому, если вы хотите внести свой вклад и стать соавтором разработки, мы будем рады сотрудничеству.

Развитие принципов синтетической биологии

Синтетическая биология - главное объединяющее технологическое направление современной биологии

Часть 5

Оно предлагает пути инженеризации биологического конструирования, базируется на тех же принципах, что и привычная нам инженерия технических систем.

В первую очередь, это проектирование

Проектирование любой сложной системы, включая организм, невозможно без стандартизированных подходов. Последние же формируются через применение стандартных составляющих, комбинация которых обеспечивает уникальный структурно-функциональный профиль организма.

Инструментом для современного проектирования служит специализированное программное обеспечение, создание которого - одна из задач проекта

Организация физического и информационного депозитария стандартизированных элементов, а также подходы для стандартизации представляют собой неотъемлемую часть общей инфраструктуры синтетической биологии.

Автоматизация

Она помогает снизить количество ошибок  и значительно повысить производительность. Развитие аппаратного обеспечения, а также интеллектуальных систем управления им — часть большого проекта по созданию отечественной синтетической биологии.

важнейший принцип синтетической биологии

Синтетическая биология как системное направление по определению может развиваться только в сообществе заинтересованных профессионалов

Поэтому для успешной реализации проектов в области синтетической биологии нам нужны все доступные интеллектуальные ресурсы

Присоедениться

Мы вас ждем!

Если вы готовы к решению амбициозных и крайне нужных для технологического развития страны и мира задач — напишите нам!