Московский   физико-   технический   институтПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКОЙ               БИОЛОГИИ  В ДОЛГОСРОЧНЫ...
Мечты                                                     Человечество не останется вечно на Земле, но в погоне           ...
Синтетическая биологияСинтетическая биология - новейшее направлениепромышленной технологии на стыке информатики,электроник...
О направлении          4
> From: "Jackson, Alicia" <Alicia.Jackson at darpa            > Date: June 3, 2011 2:05:26 PM PDT            > To: Undiscl...
Живые фабрики                                                            Полимеры                     Инструкции          ...
Мы только прикасаемся к границам возможного     Инженерная биология сегодня - это вопрос исключительно времени и денег    ...
Новый подход: отделение разработки от производстваSOA (сервис-ориентированная архитектура): узкоспециальный, экспериментал...
Направления программы «Живые фабрики»(1) Средства проектирования, которые охватывают процессы от    высокоуровневого описа...
Цикл проектирования, моделирования и разработки                                  Синтез ДНК и                             ...
Программное обеспечениеDNA Tools• Пакеты BBOCUS, Biopolymer calculator, Clipboard,DNAWorks, GeneDesign, GeneDesigner, Geno...
Программа TASBE: Инструментарий развития синтетической биоинженерии              Существует необходимость в инструментах а...
Перспективное применениеОсновными перспективными направлениями синтетическойбиологии в долгосрочных космических миссиях яв...
Взгляд в будущее
Планируемый результат        Материалы, системы, устройства и комплексы, созданные на основеновейших life-принципов клеточ...
Сумма технологий                                                                                       КлеткаРакеты-носите...
Важнейшие технологииУправление регуляцией геновУправление регенерациейБиоинженерия органов человекаКриоконсервацияМалоинва...
Направления использования биотехнологий
Тематические направления экспериментов1. Биоконструкционные материалыБиопринтинг, использование 3D-биопринтеровдля формова...
Источники вдохновенияMade In Space      SpaceX           100-YearStarShip
Московский      Программа   физико-         «Индустрия   технический     человека»   институтВсе, что можно представить,  ...
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ В ДОЛГОСРОЧНЫХ КОСМИЧЕСКИХ МИССИЯХ

504 views

Published on

Доклад на конференции по астробиологии в Пущино, сентябрь 2012 года.

Published in: Education
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
504
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
8
Actions
Shares
0
Downloads
14
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ В ДОЛГОСРОЧНЫХ КОСМИЧЕСКИХ МИССИЯХ

  1. 1. Московский физико- технический институтПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ В ДОЛГОСРОЧНЫХ КОСМИЧЕСКИХ МИССИЯХ Клабуков Илья Дмитриевич с.н.с. Лаборатории суперкомпьютерных технологий Iscalare МФТИ 2012 г.
  2. 2. Мечты Человечество не останется вечно на Земле, но в погоне за светом и пространством сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет себе все околосолнечное пространство.Планета есть колыбель разума, но нельзя вечно жить в колыбели. Герои и смельчаки проложат первые воздушные тропы трасс: Земля — орбита Луны, Земля — орбита Марса и еще далее: Москва — Луна, Калуга — Марс
  3. 3. Синтетическая биологияСинтетическая биология - новейшее направлениепромышленной технологии на стыке информатики,электроники и биологии, которое объединяетпередовые области исследований с целью анализа,проектирования и синтеза уникальных живыхсистем с набором новых, в том числе и несуществующих в природе, функций.В 2010 году американский биолог Крейг Вентерсоздал первую клетку с искусственносинтезированным геномом, смоделированным insilico. С тех пор крупнейшими заказчикамиисследований в этой области являютсяМинистерство обороны США, Министерствоэнергетики США, компании оборонно-промышленного комплекса (Raytheon, Lockheed-Martin и др.). 3
  4. 4. О направлении 4
  5. 5. > From: "Jackson, Alicia" <Alicia.Jackson at darpa > Date: June 3, 2011 2:05:26 PM PDT > To: Undisclosed recipients:; > Subject: DARPA Living Foundries Industry Day J > > Colleagues, > > I want to bring to your attention the Special No Living > releasing today announcing the Living Foundrie > 28, 2011, in anticipation of a forthcoming BAA: https://www.fbo.gov/spg/ODA/DARPA/CMO/DARFoundries > /listing.html > > The goal of the Living Foundries program is to a > framework to biology to harness its use as a tec > its advance as a manufacturing platform. In turn > production into an engineering space where the > creativity of the designer, Living Foundries aims > demand production of new and high-value mate > capabilities for the Department of Defense and > manufacturing capability for the United States. > > Registration and information for the Living Foun > on June 28, 2011 (less than 4 weeks away) in Arl
  6. 6. Живые фабрики Полимеры Инструкции ия Катализаторы л роен и команды ДНК Целлюлоза иа тер ого ст Ма жн Электронные / Природный сло оптические материалы газ Реактивы Молекулы Сахар Топлива ЛекарстваПолиэтиленте Сис рефталат тем ы Мультиклеточные объекты Уголь «клеточноподобная» Самовосстанавлива фабрика ющиеся системы Бесклеточные Серийное производство в нужном месте, в нужное системы время, и с необходимыми характеристиками.
  7. 7. Мы только прикасаемся к границам возможного Инженерная биология сегодня - это вопрос исключительно времени и денег наименьшая дрожжи бактерия Достижения (всего $ * годы до разработки) [$*время] Годовой бюджет DARPA SOA (сервис- ориентированная архитектура) Область «живых фабрик» метаболическая редактированный инженерия совокупность (подбор путей обмена геном генетических циклов веществ у генетически измененного организма) Сложность генома* (количество подсаженных / модифицированных генов)* Сложность генома - суммарная длина различных присутствующих в геноме последовательностей, оцениваемая по их реассоциации в процессе ренатурации ДНК: как правило, С. г.выражается в парах нуклеотидов или в любых единицах массы (Дальтонах и др).; при ренатурации ДНК величина Cot1/2 пропорциональна С.
  8. 8. Новый подход: отделение разработки от производстваSOA (сервис-ориентированная архитектура): узкоспециальный, экспериментальный, Цель: иерархическая инженерия дорогостоящий процесс Большие системы Унификация и модульный принцип представления участков генов Выделение функциональных генов и управление их регуляцией Много итераций Малые системы Нет Разделение разработки и синтез итераций Применение Применение Пример такого подхода Совместная разработка и Программирование клеток на высокоуровневом >20х итераций синтез языке программирования и сборка генома Средства проектирования 4 мес. Унифицированные хорошо изученные блоки и Блоки и устройства устройства, то есть удобные для CAD-средств проектирования ~10⁵ попыток Синтез Автоматизированный синтез участков и сборка 7 лет ДНК (SOA) Оперативная проверка и количественная оценка Испытания и отладка результатов SOA Совместная разработка и ДН Трансформация +20х производство Идентификация/модификация потенциальных генов К Сборка возможным каскадом реакций New Трансформация (3 Синтез ДНК Трансфектирование в клеточный каркас нед.) Испытания Отладка Время (мес.)
  9. 9. Направления программы «Живые фабрики»(1) Средства проектирования, которые охватывают процессы от высокоуровневого описания живых систем до синтеза, в том числе средства автоматизированной разработки (CAD) клеток.(2) Модульные генетические блоки и регуляторные участки (а также новые методы их разработки (поиск) и усовершенствования), комбинируя которые возможно разрабатывать живые системы с новыми свойствами.(3) Быстрая разработка, модификация и манипуляция с генетическими данными, включая простые методы синтеза и сборки ДНК, трансфекцию генов в клетку, а также модификацию регуляторных участков для возможности использования в различных культурах клеток.(4) Точные клеточные тест-системы, способные к количественному измерению параметров единичной клетки.(5) Анализ системных характеристик и процессы отладки синтетических генных сетей, результаты которого могут быть вновь использованы на стадии проектирования.
  10. 10. Цикл проектирования, моделирования и разработки Синтез ДНК и трансфекция в клетку Результат – клеточная культура 10
  11. 11. Программное обеспечениеDNA Tools• Пакеты BBOCUS, Biopolymer calculator, Clipboard,DNAWorks, GeneDesign, GeneDesigner, GenoCAD, NEBCutter, Synthetic Gene Designer, Vector NTI, j5 andDeviceEditor BioCADRNA Tools• Appendix (Ambion, Inc.), mFoldProtein Tools• Cn3D (NCBI), DeepView, ExPASy Proteomics server,Modeller, Zinc Finger ToolsCAD Tools• TinkerCell, SynBIOSS, GEC, ClothoGeneral Tools• Базы данных Colibri, Registry of Standard BiologicalParts, JBEI Registry 11
  12. 12. Программа TASBE: Инструментарий развития синтетической биоинженерии Существует необходимость в инструментах автоматизации проектирования синтетических биологических систем. По сравнению с электронными схемами, обработка клеточной информации имеет более сложную совокупность элементарных компонентов с гораздо большей сложностью взаимодействий между ними. Кроме того, химические процессы в клетке сильно зависят как от процессов, происходящих в клетке ,так и от ее внешнего окружения. В рамках программы TASBE ведется разработка инструментов для подходов к декомпозиции задач проектирования и сборки из доступных фрагментов ДНК. Использование подобного инструментария позволит проектировать организмы, используя высокоуровневый язык описания, который позволит автоматически компилировать в сложные генетические конструкции, а затем синтезировать соответствующие участки ДНК, способные функционировать в условиях живой клетки.
  13. 13. Перспективное применениеОсновными перспективными направлениями синтетическойбиологии в долгосрочных космических миссиях являются:1.автономное получение биоконструкционных материалов итоплива;2.новые биосенсоры жизни и астробиологические эксперименты;3.замкнутые системы жизнеобеспечения и энергетические системы;4.сохранение здоровья экипажа в условиях долгосрочныхкосмических полетов.
  14. 14. Взгляд в будущее
  15. 15. Планируемый результат Материалы, системы, устройства и комплексы, созданные на основеновейших life-принципов клеточных технологий и синтетической биологиибудут обладать уникальным программируемым функционалом. Не вызывает сомнения, что в ближайшем будущем использованиепередовых достижений нанобиотехнологий для создания функциональныхживых систем станет ключевым фактором успеха при реализации длительныхкосмических миссий. Вопрос лишь только в том, как скоро мы сможем это осуществить.
  16. 16. Сумма технологий КлеткаРакеты-носителиАнгара, Атлас и др. Геном Жизнеобеспечение долгосрочных миссий 100YSS Беспилотные аппараты Voyager, New Horizons Curiosity Материалы и оборудование Made In Space Пилотируемые аппараты Союз, SpaceX
  17. 17. Важнейшие технологииУправление регуляцией геновУправление регенерациейБиоинженерия органов человекаКриоконсервацияМалоинвазивная диагностика и системаизмерения параметров единичной клеткиСинтетическая биологияПроизводство материалов по требованиюСпецхимия РДТТ
  18. 18. Направления использования биотехнологий
  19. 19. Тематические направления экспериментов1. Биоконструкционные материалыБиопринтинг, использование 3D-биопринтеровдля формования конструкций и сред и другогооборудования в формате CubeSat 2. Биосенсоры жизни Биодатчики; Экстремофилы и пределы выживания естественных и синтетических форм жизни в условиях космоса 5. Синтетические приборы Логические схемы, реализованные в клетке; новая компонентная база (biobricks). 3. Жизнеобеспечение Живая солнечная батарея, фотосинтез и т.д.; Производство биотоплива и биоматериалов; 4. Здоровье экипажа Переработка отходов жизнедеятельности. Биоинженерия органов и тканей; Бескаркасное формование сложных органов; Радиопротекторы и генетика стрессоустойчивости
  20. 20. Источники вдохновенияMade In Space SpaceX 100-YearStarShip
  21. 21. Московский Программа физико- «Индустрия технический человека» институтВсе, что можно представить, — можно осуществить. www.living-aerospace.ru

×