Работа с молодыми учеными | Институт молекулярной генетики РАН

ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ
 
Институт молекулярной генетики Российской академии наук в рамках интеграции с ВУЗами имеет следующие интегрированные образовательные структуры:
  
1. Базовая кафедра «БИОТЕХНОЛОГИЯ»
 
Данные по учреждению РАН:
 
Директор Костров С.В., д.х.н., чл.-корр. РАН
Кол-во привлеченных научных сотрудников: 3 (2010 г.), 5 (2011 г.), 5 (2012 г.)
Кол-во членов РАН (ак., чл.-корр.РАН): 1
Кол-во студентов, проходящих обучение: 26 (2010 г.), 25 (2011 г.), 27 (2011 г).
 
Данные по Вузу-партнеру:
 
Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова (МИТХТ)
Факультет: Биотехнологии и органического синтеза
Кафедра: Биотехнологии и нано-биотехнологии
Кол-во привлеченных преподавателей: 5
 
Направления подготовки: 550800 «Химическая технология и биотехнология», 240901.65 «Биотехнология», 550822 «Молекулярная и клеточная биотехнология».
Квалификация специалистов: бакалавр, инженер, магистр.
Срок обучения 4, 5 и 6 курсы.
Правовой статус: Соглашение об организации базовой кафедры от 17 декабря 2008 года, срок действия 5 лет.
 
Учебные программы по спецкурсам:
 
1. Курс «Белковая инженерия», 30 лекционных часов. Преподаватель: чл.-корр. РАН, д.х.н. С.В. Костров.
 
Конструирование библиотек генов. Векторы для клониpования генов. Амплификация фрагментов ДНК с использованием полимеpазной цепной pеакции. Определение нуклеотидной последовательности ДНК. Направленный мутагенез последовательности ДНК. Пpинципы скpининга библиотек генов. Регуляция активности генов. Функционирование лактозного и триптофанового оперонов. Векторы для экспpессии чужеpодных генов. Выбор промоторов для экспрессионных векторов. Инициация тpансляции у пpокаpиот. Констpуиpование RBS пpи создании векторов экспрессии. Сопряжение процессов тpанскpипции и трансляции у пpокаpиот. Стpуктуpа генов эукариот, их модификация для экспрессии в клетках пpокаpиот. Механизмы секpеции белков. Строение и функции сигнальных пептидов. Основные этапы конструирования генно-инженерных продуцентов. Микpооpганизмы, используемые для создания генно-инженеpных продуцентов. Посттpансляционные модификации белков. Деградация чужеродных и аномальных белков микробными клетками. Стабильность чужеродных белков в микробных клетках. Структурно-функциональная организация белковых молекул. Уровни структурной организации белков. Аминокислоты как блоки белковой структуры. Структура пептидной связи. Карта Рамачандрана. Вторичные структуры в белках. Мотивы в белках. Третичные структуры в белках. Домены в белках. Механизмы фолдинга белковых молекул. Шаперон-зависимый и про-зависимый фолдинг. Способы стабилизации белковых молекул. Деградация белков.
  
2. Курс «Общая микробиология», 24 лекционных часа. Преподаватель: к.х.н. Д.Р. Сафина.
 
Предмет и задачи микробиологии. Краткий исторический очерк развития микробиологии. Объекты микробиологии. Положение микроорганизмов в системе живого мира. Прокариоты и эукариоты. Эубактерии и архебактерии. Строение прокариотной клетки. Особенности строения эукариотической клетки. Сравнение прокариотического и эукариотического типов клеточной организации. Генетические механизмы прокариот. Метаболизм микроорганизмов.Общая характеристика конструктивного обмена у прокариот. Потребности прокариот в питательных веществах. Автотрофы и гетероторфы. Синтез прокариотами основных клеточных компонентов. Фиксация молекулярного азота. Разложение природных веществ микроорганизмами. Энергетический метаболизм прокариот. Энергетические ресурсы. Общая характеристика энергетических процессов. Энергетические затраты клетки. Консервирование энергии. Способы существования и типы жизни у прокариот. Способы получения энергии у микроорганизмов. Брожение. Дыхание. Перенос электронов в анаэробных условиях. Неполное окисление. Фотосинтез. Особенности процесса. Виды фотосинтеза. Пигменты фотосинтезирующих эубактерий. Строение фотосинтетического аппарата эубактерий. Характеристика фотосинтеза у разных групп эубактерий. Процесс фотосинтеза у галофильных архебактерий.Прокариоты и факторы внешней среды. Культивирование микроорганизмов. Систематика микроорганизмов. Эукариотные микроорганизмы. Строение эукариотной клетки. Группы эукариотных микроорганизмов. Грибы. Биотехнологическое использование грибов. Простейшие, общая характеристика основных групп простейших. Одноклеточные водоросли и их практическое использование.
 
3. Курс «Структура и функции нуклеиновых кислот», 27 лекционных часов. Преподаватель: д.х.н. И.В. Демидюк.
 
Структура нуклеиновых кислот. Первичная структура НК. Структура рибо- и дезоксирибонуклеотидов. Спиральная структура ДНК. Альтернативные формы двойной спирали ДНК. Кольцевая и линейная ДНК. Суперспирализация ДНК. Упаковка ДНК в хромосомах. Типы РНК и их распространённость.Структура РНК. Репликация. Общая схема репликации ДНК. ДНК-полимеразы, ДНК-лигазы, ДНК-геликазы, ДНК-топоизомеразы. Репликация РНК. Инициация образования новых цепей ДНК. Репликация по типу катящегося кольца. Терминация репликации. Теломерная ДНК и теломераза. Репарация ДНК. Репарация путем прямого восстановления исходной структуры. Репарация путем замены модифицированных остатков. Значение репарации ДНК. Рекомбинация ДНК. Гомологичная рекомбинация. Сайт-специфическая рекомбинация. Негомологичная рекомбинация. Ферменты, участвующие в общей рекомбинации. Транскрипция: ДНК-зависимые РНК-полимеразы, инициация транскрипции, терминация транскрипции. Процессинг РНК у прокариот. Трансляция мРНК. Генетический код. Аппарат трансляции. Трансляция у прокариот. Условия инициации трансляции. Элонгация полипептидной цепи. Терминация элонгации полипептидной цепи. Трансляция мРНК у эукариот. Особые модификации мРНК эукариот. Инициация трансляции. Элонгация и терминация полипептидной цепи. Регуляция генной экспрессии. Регуляция содержания РНК в процессе биосинтеза. Согласованная регуляция экспрессии прокариотических генов. Регуляция экспрессии лактозного оперона: негативная и позитивная регуляция. Регуляция экспрессии триптофанового оперона. Временная регуляция генной экспрессии в жизненном цикле бактериофага l.  Трансляционная регуляция, посттрансляционная модификация полипептидных цепей. Доставка эукариотических белков к клеточным мембранам и проникновение через них. Структурные особенности прокариотических и эукариотических генов, структура геномов. Инициация транскрипции, транскрипции. Экзоны и интроны. Сплайсинг РНК. Структура генома эукариот. Мобильные элементы генома. Мир РНК и происхождение жизни.
  
2. Научно-образовательный центр «Геномика, молекулярная биотехнология и медицина»
 
Данные по учреждению РАН:
 
Ф.И.О руководителя, ученая степень: чл.-корр. РАН, докт. хим. наук профессор С.В. Костров
Кол-во привлеченных научных сотрудников 20
(указать динамику за 3 последних года), 16 (2010 г.), 17 (2011 г.), 20 (2012 г.).
Кол-во членов РАН (ак., чл.-корр.РАН) 4, было 3
Кол-во студентов, проходящих обучение 27
  
Данные по Вузу-партнеру:
 
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева
Факультет Биотехнологии и промышленной экологии
Кафедра биотехнологии
Кол-во привлеченных преподавателей: 3
 
Направление подготовки: 240900 Биотехнология (инженер), специализации «Технология белковых и биологически активных веществ»; «Экобиотехнология». Направление 550800 «Химическая технология и биотехнология», магистерские программы 550823 «Молекулярная и клеточная биотехнология», 550822 «Промышленная биотехнология и биоинженерия».
 
Учебные программы по спецкурсам:
 
1. Спецкурс «Прикладная генная и белковая инженерия» (30 ч). Лекторы: чл.-корр. РАН, проф, С.В. Костров, к.х.н. И.В. Демидюк.
 
Методология генетической инженерии.
Биоинженерия 21 века, как инженерия комплексных систем. Геномика и протеомика. Экспериментальные подходы для анализа функциональной организации живых систем. Методы конструирования гибридных молекул ДНК in vitro. Векторные молекулы ДНК. Векторы для генетического клонирования – особенности их молекулярной организации. Типы генетических библиотек. Анализ генетических библиотек. Векторы для экспрессии генов – особенности их молекулярной организации. Экспрессия и повышенная продукция рекомбинантных белков в микробных клетках.
Микроорганизмы, используемые в генетической инженерии. Взаимосвязи вектор-хозяин. Проблемы гетерологичной экспрессии. Причины возможной неидентичности генно-инженерных белков и их природных аналогов. Методы определения нуклеотидной последовательности ДНК. Методы сайт-направленного мутагенеза.
 
Структурная организация белковых молекул.
Уровни структурной организации белковых молекул. Структура и особенности пептидной связи, cis и trans изомеры, изомеры с участием пролина. Конформационная подвижность пептидной цепи. Карта Рамачандрана. Регулярные вторичные структуры. Особенности их организации. Роль вторичных структур в формировании доменов. Мотивы в белковых структурах. Классификация пространственных структур белков. Формирование белками пространственной структуры. Кинетические и термодинамические аспекты фолдинга. Интермедиаты фолдинга и энергетические барьеры. Шаперон-зависимый и про-зависимый фолдинг.
 
Современные проблемы белковой инженерии.
Подходы к анализу структурно-функциональной организации белковых молекул. Создание белков de novo. Белковая инженерия стабильности. Направленное изменение субстратной специфичности ферментов.
Современные методы выделения, очистки и анализа биологических макромолекул.
Осаждение, диализ, ультрафильтрация. Ультрацентрифугирование. Хроматографические методы разделения веществ. Хроматографические материалы. Адсорбционная, распределительная, обращенно-фазовая, гель-проникающая, ионообменная и биоспецифическая хроматография. Оборудование для хроматографии. Электромиграционные методы разделения веществ. Зональный электрофорез. Стационарный электрофорез. Капиллярный электрофорез. Электрофорез белков и нуклеиновых кислот.
 
Современные методы установления и анализа структуры белковых молекул.
Методы установления первичной структуры белков. Методы установления пространственной структуры: спектроскопия ЯМР и рентгеноструктурный анализ. Методы анализа первичных структур. Методы анализа пространственных структур. Молекулярное моделирование.
 
2. Спецкурс «Геномика, молекулярная биотехнология и медицина» (30 ч). Лекторы курса – руководители этих направлений в ИМГ: академики Н.Ф. Мясоедов, В.А. Гвоздев, профессора В.З. Тарантул, С.А. Лимборская, И.А. Гривенников, доктора наук и заведующие отделами и лабораториями А.А. Александров, Г.В. Сидоров, А.В. Кульбачинский, К.В. Северинов, И.А. Хмель, С.В. Долгов, канд. биол. наук Ю.Я. Шевелев, В.В. Демкин и др.
 
Молекулярная биология ДНК – основа биотехнологии.
Молекула ДНК. ДНК как основа генетической информации. Экспериментальные доказательства генетической функции ДНК. Конформации ДНК (А, В и Z-формы). Нуклеотидный состав ДНК и конформации ДНК. Большая и малые бороздки ДНК. Узнавание ДНК белками в малой и большой бороздке. Подвижность структуры ДНК. Свехспирализация. Неканонические структуры ДНК. Изгибы в ДНК (упаковка ДНК и регуляция транскрипции). Топоизомеры. Топоизомеразы. Полуконсервативная репликация ДНК. ДНК-полимеразы. Вилка репликации ДНК. Регуляция репликации ДНК у бактерий. Понятие о репликоне и репликаторе. Репликация у эукариот. Полирепликонное строение хромосомы. "Фабрики" репликации ДНК в ядре. Клеточный цикл эукариотической клетки. Теломераза и репликация ДНК у эукариот.
 
Молекулярная диагностика.
Технологии, основанные на индикации нуклеиновых кислот: методы амплификации нуклеиновых кислот, компоненты и условия проведения полимеразной цепной реакции, методы анализа продуктов амплификации, микрочипы. Примеры решения конкретных диагностических задач. Технологии, основанные на индикации белков и других биомолекул. Иммуноферментный анализ.
 
Внутриклеточная сигнализация.
Пути передачи информации в эукариотических клетках. Рецепторы на поверхности эукариотических клеток. Краткая характеристика различных типов рецепторов. G-белки. Вторичные мессенджеры. Система протеинкиназ. Регуляция экспрессии генов. Иерархия регуляции. Факторы транскрипции. Протоонкогены (мембранные, ядерные и цитоплазматические). Роль протоонкогенов в развитии. Факторы роста, краткая характеристика. Молекулярная биология и функции фактора роста нервов в качестве примера. Регуляторные пептиды в качестве регуляторов функций эукариотических клеток.
 
Медицинская и этническая геномика.
Геном человека, основные черты организации. Полиморфные маркеры ДНК. Принципы картирования генов наследственных болезней. Прогрессирующая мышечная дистрофия – пример локализации гена на хромосоме. Другие формы миодистрофии. Молекулярная диагностика. Генная и клеточная терапии. Динамические мутации, экспансии триплетных повторов. Понятие антиципации. Хорея Гентингтона, миотоническая дистрофия. Этногеномика. Полиморфизм генов как инструмент изучения генофонда народонаселения во времени и пространстве.
 
Изотопно-меченые биологически активные соединения и биотехнология.
Основные преимущества метода меченых атомов перед традиционными химическими и физико-химическими методами детектирования. Биогенные элементы (азот, кислород, водород, углерод, сера, фосфор), их изотопы. Наиболее распространенные изотопы для получения меченых биологически важных соединений, их основные характеристики. Основные методы синтеза изотопно-меченых соединений и используемое для этого исходное изотопное сырье. Радиоактивные изотопы и основные характеристики меченого соединения (молярная радиоактивность, химическая и радиохимическая чистота). Соединения, меченные углеродом-14 и тритием. Соединения, меченные тритием и основные способы их синтеза. Анализ и устойчивость изотопно-меченых соединений. Особенности работы с радиоактивно-мечеными соединениями, их радиометрия, дозиметрия и основные меры безопасности.
 
Дрожжи как объект современной молекулярной биологии и биотехнологии.
Биология дрожжевой клетки. Структура генома дрожжей с точки зрения эукариотической организации наследственного аппарата и процессирования белков. Генная инженерия дрожжей: типы рекомбинантных векторов для клонирования и переноса генетический информации (эписомные, интегративные, репликативные). Перенос генов. Копийность генов в трансформантах, сегрегация, стабильность. Гетерологичная экспрессия. Искусственные хромосомы дрожжей. Роль дрожжей в проекте «Геном человека» (клонирование ДНК, физическое картирование и секвенирование). Значение дрожжей для современной биотехнологии.
 
Трансгенные животные в биотехнологии.
Общие понятия о трансгенах и трансгенных организмах. Методы получения трансгенных животных. Структура трансгенов. Механизмы трансгеноза. Фундаментальные задачи, решаемые с использованием трансгенных организмов: изучение регуляции экспрессии и функции генов, механизмы эмбрионального развития, получение продуцентов. Инсерционный мутагенез. Токсикогенетика. Эмбриональные стволовые клетки. Генный таргетинг: нокаут генов и генный нокин. Трансгеноз и клонирование животных. Трансгенные животные как биореакторы. Сельскохозяйственные трансгенные животные.
 
Трансгенные растения в биотехнологии.
Задачи и проблемы генетической инженерии растений. Плазмиды агробактерий и перенос Т-ДНК растений (неоплазия у растений, структуры Ti-плазмид). Ri -плазмиды A. rhizogenes (характеритика опухолей, образование дифференцированной ткани). Опины Ri-плазмид (регенерация растений, Т-ДНК Ri-плазмид как вектор). Модели транспозиции Т-ДНК. Векторы генетической инженерии растений: векторы на основе Ti-плазмид, векторы на основе хлоропластной и митохондриальной ДНК, транспозируемых элементов растений, вирусов растений, вирионной РНК. Прямой перенос генов в растения. Экспрессия генов в растениях. Процессинг мРНК, проблемы гетерологичной экспрессии. Методы регенерации. Маркеры генетической инженерии и ее достижения.
 
Биоинформатика в молекулярной генетике и биотехнологии.
Понятие биоинформатики. Роль биоинформатики в современной молекулярной генетике и биотехнологии. Биологические системы с точки зрения биоинформатики. Кодирование наследственной информации. Базы данных по молекулярной биологии и генетике. Информационный анализ последовательностей нуклеиновых кислот и белков.
 
Участие молодежи в ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» 2012-2013 гг.
 
1. Г/К № 02.740.11.0771 от 12.04. 2010 г. - 01.11.2012 г. «Разработка методики поиска, получение и тестирование активности новых ингибиторов бактериальной РНК-полимеразы на основе низкомолекулярных соединений, пептидов, белков и  некодирующих нуклеиновых кислот».
2. Г/К  № П 1166 от 03.06.2010 г. - 30.11.2012 г. «Регуляция транскрипции генов у бактериофагов Escherichia coli T5 и phiE co 32».
3. Г/К № П 1055 от 31.05.2010 г. - 31.10.2012 г. «Молекулярно-генетические подходы к оценке индивидуального генетического риска и доклинической диагностики болезни Паркинсона».
4. Г/К № П 419 от 12.05.2010 г. - 19.11.2012 г. «Анализ  транскриптома в изучении механизма действия фармакологических препаратов на основе природных пептидов».
5. Г/К № П 335 от 07.05.2010 г. - 23.10.2012 г. «Изучение механизмов узнавания поврежденных участков ДНК ферментами транскрипции и репликации (РНК-и ДНК-полимеразами)».
6. Г/К № П 317 от 07.05.2010 г. - 23.10.2012 г. «Исследование роли взаимодействия и диф-ференциальной экспрессии генов, определяющих развитие нервной системы, в контроле продолжи-тельности жизни Drosophila melanogaster».
7. Г/К № П 1068 от 31.05.2010 г. - 26.11.2012 г. «Разработка новых эффективных антибактериальных препаратов на основе ингибиторов ДНК-гиразы микроцина В».
8. Г/К №П 14.740.11.0179 от 15.09.2010 г.- 15.10.2012 г. «Разработка концепции создания  новых ноотропных лекарственных препаратов».
9. Г/К №П 14.740.11.0171 от 15.09.2010 г. - 15.10.2012 г. «Разработка подходов к направленной дифференцировке эмбриональных стволовых клеток и методического комплекса для контроля за их состоянием с целью использования в заместительной клеточной терапии».
10. Г/К №П 14.740.11.0121 от 08.09.2010 г. - 15.11.2012 г. «Комплексный анализ состояния ооцитов и клеток гранулезы в яичниковой ткани млекопитающих до и после криоконсервации с целью совершенствования технологий по сохранению исчезающих видов и пород сельскохозяйственных, лабораторных и диких животных».
11. Г/К № 16.740.11.0170 от 02.09.2010 г.- 19.11.2012 г. «Кворум-сенсинг регуляция и коммуникация бактерий: молекулярно-генетические и функциональные исследования».
12. Г/К № 16.740.11.0002 от 01.09.2010 г. - 19.11.2012 г. «Геномный анализ наследственных факторов предрасположенности к развитию острого инсульта и оценка работы генов в условиях ишемии мозга на модельных системах с использованием технологий ДНК-микрочипов».
13. Г/К № 16.740.11.0630 от 02.06.2011 г. - 25.10.2013 г. «Поиск молекулярно-генетических маркеров риска развития  спорадической формы болезни Паркинсона:  геномные и транскриптомные исследования».
14. Соглашение №8593 от 01.10.2012 г. по 15.11.2013 г. «Роль транскрипционной активности нейрональных генов в контроле продолжительности жизни Drosophilamelanogaster».
 
Награды и премии в 2012 г.
 
Победители конкурса У.М.Н.И.К.: Миропольская Н.А., Лахин А.В.
Премия Европейской академии для молодых ученых, Миропольская Н.А.
1-ое место на Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2012», Попова А.А.
 
Справка об основных результатах работ по сотрудничеству с ВУЗами с целью привлечения талантливой молодежи к научной работе в системе РАН.
 
В настоящее время в ИМГ РАН работает 50 молодых ученых. В аспирантуре ИМГ РАН в настоящее время обучается 15 чел. В 2012 г. 4 молодых ученых защитили кандидатские диссертации, 1 чел. – докторскую.
В 2012 г. практически все молодые ученые Института участвовали в выполнение различных научных программ и грантов, многие из них прошли дополнительное обучение в Научно-образовательном центре (НОЦ) ИМГ РАН, а также в Центре коллективного пользования.
 
В Центре коллективного пользования (ЦКП) «Клеточных и генных технологий» (рук. к.б.н. А.Г. Кобылянский) проходят обучение и осуществляют совместные работы по разным направлениями молодые ученые многих ВУЗов Москвы, Казани, Вологды, Ростова-на-Дону, Калининграда. ЦКП в осуществление деятельности ФЦП проводит большую работу. Уникальное оборудование ЦКП (конфокальный микроскоп, микродисектор, автоматическая система для клонирования эмбриональных стволовых клеток – Clone Pix Fl и др.) осваивают и применяют для совместных исследований выпускники РХТУ им. Д.И. Менделеева, МГУ им. Ломоносова и др. университетов, а также молодые ученые Институтов РАН и РАМН.
 
В отчетном году был проведен традиционный «День открытых лабораторий» для  студентов 3-х курсов РХТУ и МИТХТ с целью привлечения их к выполнению курсовых и дипломных работ в ИМГ РАН.
В 2012 г. проведена 6-ая Международная школа молодых ученых по молекулярной генетики. Начата плановая подготовка организации 7-ой школы, которая запланирована на2014 г. (проводится по четным годам начиная с 2004 г.).
 
В июне 2012 г. в ИМГ РАН был проведен 11-ой ежегодный конкурс молодых ученых, в котором участвовало 10 человек, в форме докладов соискателей (по своей экспериментальной работе), который финансируется частным благотворительным Фондом «Будущее молекулярной генетики»). По результатам конкурса 5 соискателям установлены годовые годичные стипендии в размере 500 долларов США.
По инициативе молодых сотрудников ИМГ РАН с декабря 2011 г. создан и постоянно действует Совет молодых ученых.
 
Ранее полученные для поддержки и развития НОЦ государственные средства использованы на оплату работы лекторов и обеспечение материально-технической базы НОЦ. Благодаря использованию средств, направленных на интеграцию науки и образования, удалось расширить число привлеченных лекторов, организовать более эффективное проведение практических занятий, расширить их тематику.
Большинство лекторов, работающих в НОЦ, ведут также преподавательскую деятельность (лекционные курсы, семинары) в лучших вузах Москвы: МГУ им. М.В. Ломоносова, РХТУ им. Д.И. Менделеева, РГМУ им. Н.И. Пирогова, МГПУ, МИТХТ им. М.В. Ломоносова: академики РАН В.А. Гвоздев, Н.Ф. Мясоедов, Е.Д. Свердлов, чл.-корр. РАН С.В. Костров, доктора наук В.З. Тарантул, И А. Гривенников, А.В. Кульбачинский, С.А. Лимборская, К.В. Северинов, П.А. Сломинский и др. Помимо лекционных курсов студенты РХТУ им. Д.И. Менделеева имеют возможность ознакомиться с тематикой исследований ИМГ непосредственно в лабораториях института.
 
В каждом учебном году помимо студентов РХТУ возможностью прослушать спецкурсы НОЦ используют аспиранты и молодые сотрудники ИМГ РАН, а также студенты других ВУЗов Москвы, которые выполняют дипломные работы в ИМГ РАН (в 2012 г. 23 студента).
 
Работа со школьниками
 
В прошедшем году по просьбам общеобразовательной школы был проведен 1 урок, на котором рассказывалось о молекулярной гнетике. Причина отсутствия остальных форм работы со школьниками в ИМГ РАН – соблюдение правил техники безопасности в Институте и отсутствие какого-либо дополнительного финансирования на эту работу.