Биобезопасный мир: эффективный ответ на существующие и новые биологические угрозы

3. Стратегические проекты, направленные на достижение целевой модели.


3.1. Биобезопасный мир: эффективный ответ на существующие и новые биологические угрозы


3.1.1. Название стратегического проекта

Биобезопасный мир: эффективный ответ на существующие и новые биологические угрозы


3.1.2. Цель стратегического проекта

Создание в Российской Федерации передового центра комплексного противодействия биологическим угрозам, в том числе ранее не известным, и объединяющего исследовательскую, образовательную, аналитическую и организационно-производственную компоненты.


3.1.3. Задачи стратегического проекта

Проект предполагает единство методов для противодействия биологическим угрозам человека, животных и растений с первоначальной отработкой технологий на растениях, беспозвоночных животных в качестве модельных организмов.

Технологические задачи проекта:

1. Интеграция институциональной и «гражданской» науки (citizen science/biosafety) для масштабирования сбора данных о биологических угрозах и формирования кадровой базы обеспечения биобезопасности.
2. Поиск новых средств преодоления резистентности микроорганизмов: от мониторинга патогенов на наличие конкретных механизмов резистентности и их подавления до разработки новых антибиотиков и средств доставки. 
3. Разработка биологических систем защиты растений, основанных на поиске и введении в культуру новых видов энтомо- и акарифагов, в том числе с целью обеспечения импортозамещения.  
4. Разработка методов количественной оценки рисков, затрат и исследование биоэтических вопросов в отношении как биологических угроз, так и потенциальных методов противодействия:   
математическое моделирование распространение эпидемий, эпизоотий и эпифитотий, а также экономических последствий, вызванных ими, и прогноз возникновения новых биологических угроз; 
- разработка интеллектуальных систем для детекции биологических угроз на ранних этапах их возникновения;
- развитие исследований в области производства научного знания по биобезопасности, а также биоэтических принципов организации работы с живыми модельными организмами;
- изучение правовых аспектов обеспечения биобезопасности.
5. Подготовка кадров, в том числе высшей квалификации, совместно с ИБМХ и ВИЗР. Реализация новых профилей подготовки аспирантов: «Математическая биология, биоинформатика» (совместно с ИБМХ), «Генетика», «Микробиология».

3.1.4. Ожидаемые результаты стратегических проектов

1. ТюмГУ – научно-исследовательский и технологический центр национального масштаба в области биобезопасности, объединяющий вокруг себя профильные учреждения науки и образования региона (ФИЦ «Тюменский научный центр СО РАН», включающий обособленные подразделения Всероссийский НИИ ветеринарной энтомологии и арахнологии, НИИ сельского хозяйства Северного Зауралья, Ямальская опытная станция; Государственный аграрный университет Северного Зауралья, Тюменский государственный медицинский университет). Центр разработок новейших средств контроля и ликвидации биологических угроз.
2. ТюмГУ – ведущий центр подготовки кадров в области биобезопасности, обладающих современными компетенциями, в том числе кадров высшей квалификации.
3. Университет – методический центр и координатор проектов научного волонтерства (citizen science) в макрорегионе.
4. ТюмГУ входит топ-100 предметного рейтинга ARWU Agricultural Sciences, топ – 200 рейтинга U.S.News & World Report в предметной области Plant and Animal Sciences, топ – 350 предметного рейтинга QS Agriculture & Forestry и топ – 400 предметного рейтинга THE Life Sciences.

3.1.5. Описание стратегического проекта

Биобезопасный мир: эффективный ответ на существующие и новые биологические угрозы 

Значимость биологических угроз для современного общества, биотехнологических производств и агросектора нашла отражение в Федеральном законе от 30 декабря 2020 года № 492-ФЗ «О биологической безопасности в Российской Федерации». Президент Российской Федерации в Послании Федеральному Собранию Российской Федерации 21 апреля 2021 года отметил, что при возникновении серьёзной биологической угрозы Россия должна быть готова в течение четырех дней разработать собственные тест-системы. Жизненно важно сформировать необходимые компетенции для обеспечения биологической безопасности, включая идентификацию угроз, оценки рисков и затрат, юридическую, организационную и особенно технологическую базу противодействия биологическим угрозам. 

По тематике стратегического проекта ТюмГУ имеет существенный задел:  от многолетнего мирового лидерства в изучении векторов переноса патогенов – клещей, вредителей и фитопатогенов, разработки систем доставки антимикробных средств, поиска новых антибиотиков и борьбы с резистентностью патогенов в сотрудничестве с НИИНА РАН до созданной в последние годы в сотрудничестве с ИМБ РАН и ИБМХ РАН инженерно-технологической базы разработки диагностических систем, включающей инструменты микро- и нанофабрикации и характеризации лабораторий-на-чипе, уникальные микропоточные и микрокапельные технологии, оптоэлектронные, плазмонные и магнитные технологии для лабораторий-на-чипе и ДНК-матриц, CRISPR-Cas  системы детекции. В университете используются новейшие методы детекции, идентификации, контроля и ликвидации биологических угроз на основе генетических технологий (экологическая метагеномика, CRISPR-Cas), искусственного интеллекта (машинное зрение, роботизированные сенсорные системы, распознавание образов) и биоинформатики (обработка больших данных). Сквозные технологии смежного стратегического проекта «Природовдохновленной инженерии» дополнительно усиливают инженерно-технологическую базу проекта. 

Эксперты ТюмГУ в области права и биоэтики обеспечат формирование регуляторной системы противодействия биологическим угрозам, экономисты – систему оценки экономических затрат и рисков, что позволит университету занять лидирующие позиции в области разработки современных подходов и интеллектуальных продуктов в сфере биополитики.

В настоящее время ТюмГУ имеет следующие заделы в данной области:

1. В 2017 г. создан Институт X-BIO – технологическое ядро проекта, включающее научные коллективы в направлениях антибиотикорезистентности, геномики и метагеномики, биологических инвазий, паразитологии, акарологии, биоаналитического приборостроения, микрофлюидики, микро- и нанофабрикации и характеризации. 
2. В 2021 году, по данным InCites, ТюмГУ занимает первое место среди университетов России по числу публикаций в WoS CC по энтомологии, второе – по почвоведению, третье – по наукам о растениях и животных.
3. ТюмГУ отличает высокий уровень кооперации с ведущими научными центрами. В России – с Институтом молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта, НИИ биомедицинской химии им. В. Н. Ореховича, Всероссийским институтом защиты растений и Институтом изыскания новых антибиотиков им. Г. Ф. Гаузе. За рубежом – с Университетом Северной Аризоны (США), с которым организован Центр биобезопасности лесов, Университетом ветеринарных и фармацевтических наук Брно (Чехия), Институтом защиты растений Венгрии и другими центрами.
4. В Институте X-BIO совместно с ведущими профильными НИИ реализуются две магистерские программы на английском языке «Биобезопасность растений», «Математическая биология и биоинформатика», а также профили аспирантуры «Энтомология», «Почвоведение» и «Микология». К преподаванию привлечены выпускники университетов Оксфорда, Кембриджа, Миннесоты, Миссисипи, Мюнхенского технологического университета и многих других ведущих университетов. Среди обучающихся и выпускников – граждане США, Ирана, Казахстана, Таджикистана и Узбекистана. 

Проекты стратегического проекта 

1. Детекция и идентификация биологических угроз

Цель проекта – разработка методов детекции и идентификации возбудителей заболеваний.

Задачи проекта: 

1. Создание программно-аппаратных средств для обнаружения вредоносных биологических агентов во внешней среде.
2. Применение методов геномного и метагеномного анализа для ранней диагностики инфекций, ДНК-штрихкодирования для идентификации источника биологических угроз.
3. Создание биоресурсных коллекций для малоизученных и таксономически сложных групп вредоносных агентов и организмов, используемых в биологическом контроле вредителей сельского и лесного хозяйства (протистов, круглых червей-нематод, растительноядных клещей, клещей-энтомофагов, жесткокрылых насекомых и других). 

2. Контроль и ликвидация биологических угроз

Цель проекта – проведение научных исследований по поиску эффективных способов контроля и полной эрадикации источников биологической угрозы. 

Задачи проекта: 

1. Разработка таргетных биорациональных и молекулярных средств защиты растений нового поколения с использованием рекомбинантных антимикробных пептидов, ранее не изученных метаболитов растений, грибов и бактерий, а также диатомита.
2. Поиск новых штаммов микроорганизмов-антагонистов для разработки препаратов, эффективных в отношении вредоносных организмов.
3. Поиск и введение в культуру новых перспективных видов энтомо- и акарифагов для защиты культурных растений в открытом и защищенном грунте, в том числе для обеспечения импортозамещения.

3. Математическое моделирование распространения эпидемий, эпизоотий и эпифитотий, а также экономических последствий, вызванных ими

Цель проекта – разработка и применение математических моделей и методов для изучения сложных взаимодействий в био- и экосистемах.

Задачи проекта:

1. Разработка автоматизированной системы контроля вредителей в промышленных тепличных системах, предоставляющей инструкции по таргетированным мерам защиты агропродукции для поддержания оптимального состояния экосистем теплиц.
2. Оптимизации практики оленеводства в северных регионах (на примерах ЯНАО и Лапландии). Получение аналитической базы для выработки комплекса обоснованных управленческих мероприятий, имеющих целью оптимизацию работы оленеводческого сельскохозяйственного сектора ЯНАО, для построения рекомендаций, направленных на устойчивое развитие северных территорий.

4) Подготовка новых кадров в области биобезопасности

Цель проекта – формирование новых кадров для обеспечения биобезопасности.

Задачи проекта: 

1. Пересборка контента магистерских программ «Математическая биология и биоинформатика» и «Биобезопаность растений» с целью актуализации формируемых компетенций, практических навыков.
2. Создание «зеркальных» лабораторий и программ с партнерскими организациями для проведения научных исследований и апробации инновационных технологий. 
3. Запуск новых профилей программ аспирантуры: «Генетика», «Микробиология». Создание билатеральных программ по подготовке аспирантов с ведущими центрами России (профиль «Математическая биология, биоинформатика», ИБМХ).

5) Создание распределенного Центра геномной аналитики

Цель – создание аналитического сервиса по применению геномных технологий с последующим внедрением его в агротехнологическую практику.

Задачи проекта:

1. Создать сервис метагеномного скрининга окружающей среды – информативного инструментария оценки качества окружающей среды и биоразнообразия.
2. Оптимизировать комплекс биоинформатических методов сборки и анализа геномов и транскриптомов.
3. Масштабировать баркодирование (генетическое штрих-кодирование) клещей, насекомых и микроорганизмов макрорегиона для скрининга окружающей среды.
4. Будут созданы две новые исследовательские лаборатории под руководством молодых ученых в области экологической генетики и филогенетики. Будет создан центр компетенций в области функциональных исследований почвенной биоты – «зеркальная лаборатория» в ТюмГУ с лабораторией почвенной зоологии и общей энтомологии ИПЭЭ РАН.