Грант Правительства РФ для государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих учёных

Путин возвращает ведущих мировых учёных в Россию.

Проект «Реконструкция генеалогии клеточных систем на основе анализа биоразнообразия Мирового Океана» под руководством МОРОЗА ЛЕОНИДА ЛЕОНИДОВИЧА, почетного профессора нейробиологии, генетики, биологии и химии, Университета Флориды (США).

Грант Правительства РФ для государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих учёных в российских образовательных организациях высшего образования, научных учреждениях, подведомственных Федеральному агентству научных организаций, и государственных научных центрах Российской Федерации.

 

Первый «мега-грант» в истории г. Севастополя получил Институт морских биологических исследований им. А.О. Ковалевского РАН.

moroz11 марта 2016 г. Министерство образования и науки России объявило о проведении очередного пятого конкурса на получение «мега-грантов» — грантов Правительства РФ для государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих учёных в российских образовательных организациях высшего образования, научных учреждениях, подведомственных Федеральному агентству научных организаций, и государственных научных центрах Российской Федерации. Помимо получения научных результатов мирового уровня, к основным задачам этого уже традиционного конкурса относятся привлечение ученых с мировым именем, в том числе и наших соотечественников, проживающих за рубежом, в российские вузы и научные организации, а также создание научных лабораторий, способных конкурировать с ведущими лабораториями мира.

В этом году гранты Правительства Российской Федерации выделяются в размере до 90 млн. рублей каждый на проведение научных исследований в 2017-2019 гг. с возможным продлением периода проведения научных исследований на 2 года. В конкурсе принимали участие 542 ведущих ученых из 45 стран мира совместно с почти 300 научными и образовательными организациями России: 428 заявок подано вузами, 114 – научными организациями

20 сентября 2016 года Совет по грантам назвал имена 40 ведущих учёных — победителей пятого конкурса на получение грантов Правительства Российской Федерации. В области науки «биология» определено три победителя конкурса в том числе МОРОЗ ЛЕОНИД ЛЕОНИДОВИЧ с проектом «Реконструкция генеалогии клеточных систем на основе анализа биоразнообразия Мирового Океана», принимающая организация  — федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт морских биологических исследований имени А.О. Ковалевского РАН»

Доктор Леонид Мороз 

— почетный профессор нейробиологии, генетики, биологии и химии, Университет Флориды, США (Отдел нейробиологии Department of Neuroscience, Лаборатория морской биологии The Whitney Laboratory for Marine Bioscience)

moroz_palau3Профессор Леонид Мороз является ведущим специалистом мирового уровня в области нейробиологии животных, методов молекулярно-генетического анализа и эволюции живых организмов. Он получил степень кандидата наук в области физиологии, эволюционной биологии и биологии развития под руководством проф. Д.А. Сахарова в Институте биологии развития РАН в Москве, Россия. После защиты диссертации он работал в Университете Лидса в Великобритании совместно с Dr. William Winlow, затем в Университете штата Иллинойс с Dr. Rhanor Gillette. В его научной деятельности также работа независимым исследователем международного класса в Howard Hughes Medical Institute (HHMI), в 1998 г. был принят на постоянную работу в Университет штата Флорида.

Основные результаты фундаментальных исследований Л. Мороза в области исследования механизмов формирования памяти, происхождения и геномной специализации в нейронных сетях опубликованы в таких журналах как Nature, Science, Cell, PNAS, Philosophical Transaction of the Royal Society, Current Biology. В его работах охарактеризованы новые механизмы передачи сигналов, лежащие в основе нейрональной идентичности и пластичности; представлены новые парадигмы изучения эволюции животных и их нервных систем.

Проект «Реконструкция генеалогии клеточных систем на основе анализа биоразнообразия Мирового Океана»

moroz_nautilus_6Для Российской Федерации, проблема глобального описания, инвентаризации и систематизации жизни Мирового океана и морей, омывающих ее территорию, имеет особо важное значение. Систематика – основа такого рода исследований, однако применение традиционных методов для этих целей ограничено отсутствием необходимой сравнительной физиологической и молекулярной информации о большинстве типов морских животных (по меньшей мере о 25 из ныне известных 35), а также отсутствием современных эффективных и экономичных технологий для адекватного анализа состояния как отдельных ключевых видов (которые практически невозможно изучать за пределами их естественной среды), так и морских экосистем. Решение этой проблемы предлагается реализовать на концептуально новом уровне путем интеграции традиционных подходов к изучению биоразнообразия с клеточной биологией, геномикой, нейробиологией, метаболомикой и новейшей инженерной техникой, которая позволит выполнять весь необходимый спектр исследований, включая геномное секвенирование прямо на борту научно-исследовательского судна (НИС).

Фундаментальная задача проекта заключается в том, чтобы реконструировать генеалогию клеточных типов и их предковые линии у морских эукариот на основе получения и анализа информации о генетическом и клеточном разнообразии биоты Мирового океана. Решение этой задачи  позволит концептуально интегрировать многоуровневую информацию о биоразнообразии и разработать естественную классификацию нейронов, нейронных сетей и других клеток для большинства типов животных. Предполагается разработка Геномной системы клеточных линий, которая будет представлять собой аналог периодической системы химических элементов, обладать прогностическими возможностями, позволяющими выделить и предсказать основные клеточные фенотипы, а также фундаментальные ограничения в происхождении и параллельной эволюции нейронной и других интегративных систем.

Основной организационной целью проекта является создание современной высокотехнологичной «Лаборатории биоразнообразия и функциональной геномики Мирового океана», функционирующей как международный геномный центр, способный обеспечить:

(i) проведение транскриптомных анализов с производительностью не менее 1000000 индивидуальных транскриптом морских организмов (включая транскриптомы протистов) в течение 3-5-летнего периода;

(ii) секвенирование и документирование геномов многоклеточных и одноклеточных морских эукариот с акцентом на массовые для экосистем виды;

(iii) интеграцию результатов геномных и транскриптомных анализов с физиолого-биохимическими данными в режиме реального времени.

%d1%81%d1%83%d0%b4%d0%bd%d0%be-%d0%bf%d1%80%d0%be%d1%84-%d0%b2%d0%be%d0%b4%d1%8f%d0%bd%d0%b8%d1%86%d0%ba%d0%b8%d0%b9При этом наряду со стационарной лабораторией, размещенной на территории ИМБИ, планируется создать мобильную геномную лабораторию на борту НИС «Профессор Водяницкий», способную функционировать в условиях местных (Черное и Средиземное моря) и в перспективе кругосветных экспедиций.

Стратегия исследования основана на новейшей революционной микропроточной технологии (Drop-Seq-технологии), которая обеспечивает возможность одновременного захвата и секвенирования до 50000 клеток/нейронов любого размера (3-200 мкм) с сохранением транскриптов с помощью уникальной системы баркодинга, разработанной для массового параллельного транскриптомного анализа клеточных типов, включая клетки нервной системы. Для работы в полевых условиях реализуется мобильная версия такой микропроточной системы, которая может быть быстро смонтирована на НИС и функционировать в сложных условиях океанских экспедиций в широком диапазоне температур, влажности и вибраций.

Предполагается, что установленная на борту НИС «Профессор Водяницкий» «Drop-seq»-система будет использована в серии морских экспедиций (первоначально в Черноморском регионе и позднее в Средиземном и Красном морях, а также ряде районов Индийского океана) для анализа клеточных и молекулярных компонентов нервной системы 20-25 типов морских животных, которые никогда ранее в этом аспекте не исследовались.

Для обработки, хранения и анализа огромного количества получаемой информации потребуется наличие высокопроизводительных параллельных компьютеров с большой оперативной памятью, значительным объёмом хранилища данных и специальным программным обеспечением. Реализация этой части проекта будет обеспечено участием сотрудников Института Цитологии и Генетики (Новосибирск) под руководством профессора РАН Орлова Ю.Л., которые имеют доступ к вычислительным ресурсам Новосибирского Научного Центра (ССКЦ СО РАН). Также выполнение проекта предполагает разработку, тестирование и внедрения концептуально новых вычислительно-информационных систем для геномного анализа в режиме реального времени, которые будут выполняться под руководством известного специалиста в этой области Dr. Андрея Птицына, имеющего огромный опыт выполнения подобного рода исследований. Предполагается, что такой объединенный анализ экспериментальных данных о различных клеточных типах и системах будет концептуально наиболее эффективным подходом для достижения желаемой интеграции и сокращения существующего разрыва между полевыми морскими исследованиями и клеточной /геномной биологией.

Залогом успешного выполнения проекта, направленного на расширение границ и создание концептуально нового направления в исследовании биоразнообразия и геномики Мирового океана является объединение усилий ведущих российских и зарубежных специалистов в области морских наук и океанографии.  привлечь Предполагается также привлечь к работе группу профессора Gustav Pauley Музея естественной истории при Университете Флориды (Florida Museum of Natural History), и Смитсоновского института (Smithsonian Institute), который имеет более чем 30-летний практический опыт в сфере исследований планетарного биоразнообразия. Группу профессора Kenneth Halanych, являющегося одним из мировых лидеров в области филогенетики животных. Профессора Weihong Tan (Distinguished Prof of Chemistry, University of Florida) – ведущего специалиста в области микрохимического анализа отдельных клеток и разработке новых нано-зондов для визуализации анатомии клетки. В рамках проекта также предполагается развивать сотрудничество с Московским государственным университетом им. М.В. Ломоносова, в частности в области молекулярных и филогенетических исследований прокариот.

В результате выполнения проекта будет создан мобильный и экономичный инструмент для захвата и последующего масштабного геномного анализа сотен и тысяч клеточных образцов в день для: (i) проведения исследований в различных областях биологии и экологии и экспресс-диагностики геномного биоразнообразия в любой точке мира; (ii) получения геномной панорамы для всех основных типов нейронных систем, что в свою очередь, приведет к открытию множества новых сигнальных молекул, факторов транскрипции и других регуляторных элементов геномов ключевых для установления нейрональной/клеточной идентичности, организации нейронных цепей и поведенческих реакций организмов; (iii) обеспечения научного сообщества бесценными ресурсами и справочными базами данных о биоразнообразии, на основании которых, возможно, будут пересмотрены основы многих биологических дисциплин.

Результаты проекта будут иметь большое значение для развития других биологических наук, что будет заключаться в следующем:

  • выявлении молекулярных механизмов видообразования и конвергентной эволюции нейронных и других сложных клеточных систем, сопряженных с идентификацией десятков тысяч новых биологически активных соединений, обладающих свойствами потенциальных нейротрансмиттеров и сигнальных молекул, и выявлением путей их биосинтеза от основания до вершины эволюционного древа, включая симбиотические организмы.
  • создании геномной карты Мирового океана, охватывающей более 20 000 никогда ранее не анализировавшихся видов и сотен уникальных эволюционных линий, включающей (а) объективный каталог молекулярных, сенсорных и нейронных инноваций; (б) схему родственных и эволюционных отношений между всеми основными морскими группами.
  • создании концептуально обоснованной платформы с мобильным и компактным инструментом для полевого геномного мониторинга здоровья Мирового океана и создания геномной базы данных, необходимой для сохранения биоразнообразия нашей планеты для будущих поколений. Приборы для геномных исследований с возможностью параллельного захвата и секвенирования 30,000-50,000 клеток в режиме реального времени могут быть применены для масштабных исследований планктонных пико — и наноэукариот и открытия новых видов.
  • продвижении новых технологий и распространении знаний по всему миру путем использования новейшей аппаратуры и документальных видео нетронутых человеком уголков природы. Мы представляем новую образовательную платформу с инновационными возможностями для дистанционного обучения и продвижения кибер-инфраструктуры для широкой подготовки сотен студентов по всему земному шару на всех уровнях.

Внедрение новых наук, в том числе и геномики, в изучение глобального разнообразия позволит расшифровать основные механизмы, лежащие в основе функциональной адаптации в сенсорных и интегративных системах, в том числе путей, ведущих к регенерации и образованию новых нейронных цепей и моделей.

Проект имеет высокую информационную и социальную значимость. В ходе его выполнения будут разработаны, протестированы и внедрены новые концептуальные и вычислительные программы для дистанционного обучения теоретическим и практическим основам геномики в режиме реального времени в любой точке мира, а также программы интеграции и визуализации молекулярной информации о большинстве клеточных типов (включая клетки мозга) в контексте биоразнообразия, филогении животных и передовых методов микроаналитического анализа.

Глобальной задачей проекта является создание условий для организации серии экспедиций (или, в идеале, целевой кругосветной экспедиции) в ключевые центры мирового биоразнообразия, где в режиме реального времени предполагается выполнить полномасштабный молекулярный и геномный анализ океанских экосистем. В результате, используя нанотехнологии, позволяющие проводить исследования на уровне отдельных клеток, возможно будет охватить до 80% представителей  морской фауны и флоры. Это позволит осуществить генетический мониторинг Мирового океана и создать фундаментальную основу для прогнозирования последствий изменения  климата в планетарном масштабе, включая возможности сохранения исчезающих видов и экосистем, а также новую материальную базу для понимания процессов видообразования, решения задач синтетической биологии и развития биомедицины, открывая возможности идентификации огромного числа новых биологически активных веществ.

Презентация мега-грант ФГБУН ИМБИ

 

Координатор проекта

ученый секретарь ФГБУН ИМБИ

к.б.н. Кривенко Ольга Валериевна