Сегодня - 20.04.2019

Олимпиада НТИ: наука «по-взрослому»

26 марта 2019

В Новосибирске завершились финалы школьного трека Олимпиады Национальной технологической инициативы, включающие командные соревнования по трем направлениям: «Наносистемы и наноинженерия», «Инженерные биологические системы: геномное редактирование» и «Нейротехнологии». Финалисты овладели новыми практиками и получили колоссальный опыт в разных областях наук; задачи, стоящие перед участниками, выходили далеко за рамки школьной программы.

 

Олимпиада Национальной технологической инициативы — первая российская командная инженерная олимпиада для школьников и студентов. Она проводится с 2015 года Кружковым движением НТИ, Агентством стратегических инициатив (АСИ) и Российской венчурной компанией (РВК) в партнерстве с крупнейшими российскими университетами и ведущими технологическими компаниями. 

 
В этом году финалистами школьного трека ОНТИ стали более тысячи учащихся 8—11 классов. Участники проходили несколько отборочных туров в течение 3,5 месяцев и приобрели навыки и знания, необходимые для успешного преодоления дальнейших этапов. В этом году финалы по 19 различным направлениям (профилям) проводятся в Москве, Санкт-Петербурге, Владивостоке, Новосибирске, Иркутске, Томске и других городах России.
 
«Наносистемы и наноинженерия»
 
Финалы ОНТИ по профилю «Наносистемы и наноинженерия» проводились параллельно в Москве и Новосибирске. Все материалы профиля были разработаны при поддержке и непосредственном участии ФИОП «Роснано» — компании, реализующей государственную политику по развитию наноиндустрии.
 
Направление «Наносистемы и наноинженерия»
   Направление «Наносистемы и наноинженерия»
 
Перед школьниками стояла серьезная задача: создать фотонное светоизлучающее устройство на основе полупроводниковых квантовых точек. На протяжении трех дней ребята синтезировали зеленые, синие и красные квантовые точки и изготавливали на их основе RGB-матрицы.
 
«Синтез квантовых точек — это абсолютно не школьная программа. Разработчики хотели дать ребятам знания о перспективной технологии будущего, — прокомментировал организатор площадки профиля «Нанотехнологии» в Новосибирском государственном университете, научный сотрудник Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН кандидат биологических наук Сергей Евгеньевич Седых. — Перед ребятами стояла вполне решаемая задача, поскольку речь идет о самых простых квантовых точках, которые относительно легко можно синтезировать из доступных реактивов. Нужно смешать две соли в растворителе и нагреть. В результате реакции получается жидкость с желтоватым оттенком. После ее центрифугирования образуется осадок квантовых точек. При подсветке синим лазером они испускают зеленый свет. Далее из зеленых точек по похожей методике синтезируются точки красного и синего цвета». 
 
В разгар олимпиады лабораторию, в которой кипела практическая работа, посетил лауреат Нобелевской премии по физике 2014 года, профессор Нагойского университета и университета Мэйдзё, почетный профессор НГУ Хироси Амано. Ученый не скрыл своего восхищения результатами, полученными финалистами ОНТИ: «Впервые вижу, что ученики старших классов синтезируют квантовые точки. Это непросто. В Японии даже студенты зачастую не могут этого сделать». 
 
Профессор Амано отметил, что квантовые технологии — очень важное направление в современной науке, и удивительно, что сейчас подрастающее поколение имеет возможность прикоснуться к ним.
 
«У нас есть глобальная научная программа, которая позволяет наиболее талантливым ученикам старших классов съездить в зарубежные страны в хорошие научные центры. И я думаю, что стоит объединить нашу программу с возможностями Новосибирска, чтобы еще более активно обмениваться как студентами, так и школьниками», — добавил Нобелевский лауреат.
 
«Ребятам очень повезло, прежде всего — с темой, которая сейчас находится на острие науки. Буду рада, если кто-то из них свяжет свою жизнь с этим направлением», — сказала организатор профиля, аспирантка МГУ, сотрудница компании «STEM-игры» Наталья Ходыкина. Она отметила, что командная работа на результат в максимально сжатые сроки и трезвая оценка своих сил и времени — очень полезный опыт для старшеклассников. 
 
Бренд-амбассадор ОНТИ, победитель командного этапа прошлого года Юрий Алёхин из Санкт-Петербурга признался, что у ребят далеко не всё получалось с первого раза: «Вчера мы синтезировали просто умопомрачительные квантовые точки, а сегодня у нас совсем не получились синие. Порой возникала необходимость что-то переделывать, чтобы нагнать расписание прошлых дней. Было трудно сосредоточиться, приходилось постоянно переключаться с одной задачи на другую».
 
Что полезного дала олимпиада? «Прежде всего — опыт работы, особенно с такими химическими реактивами, которые по определению не достать в школе. Да и вообще, всегда интересно создавать что-то новое. То, чего нельзя получить в обычной повседневной практике», — сказал Юрий.
 
«ИБС: геномное редактирование»
 
Финалисты профиля — биохимики и биоинформатики — смогли познакомиться на практике с современными технологиями геномного редактирования CRISPR/Cas9 и секвенирования, которые сегодня широко используются в научных лабораториях. Участники самостоятельно выполнили все этапы работ, необходимые для описания результата направленного редактирования ДНК клеток человека.
 
Направление «Инженерные биологические системы: геномное редактирование»
   Направление «Инженерные биологические системы: геномное редактирование»
 
«Сама задача для площадки нашего профиля была взята из реальной научной работы современной лаборатории. Ребята на олимпиаде выполняли те же этапы, что и научные сотрудники, изучающие результаты редактирования вновь созданных клеточных линий. Это технологии, которые актуальны не только сегодня, но и будут востребованы ближайшие несколько лет во всём мире», — рассказал разработчик профиля, заведующий лабораторией геномного редактирования ИХБФМ СО РАН кандидат химических наук Григорий Александрович Степанов.
 
Биохимики в первый день выделяли ДНК, измеряли ее концентрацию на спектрофотометре, во второй — ставили полимеразную цепную реакцию с этой ДНК, получали ПЦР-продукт и анализировали его в геле. В третий — выделяли ДНК из полученной реакционной смеси и определяли ее концентрацию. Затем участникам были предоставлены результаты секвенирования анализируемых областей генома клеток человека. В заключительный день ребята при помощи биоинформатических инструментов анализировали секвенограмму и пытались понять, какая мутация произошла в результате действия инструментов редактирования генома на выделенной ДНК. 
 
Биоинформатики учились работать с последовательностью ДНК на компьютере. Ребята анализировали результаты секвенирования целевого гена с помощью программы Mega. «Нам дали готовые данные секвенирования, мы уже нашли название гена и пытаемся понять, какие мутации несут аллели полученной клеточной линии», — прокомментировали участники свое задание в заключительный день финала.
 
Старшекласснице из Новосибирска Алине Джаго наиболее интересной показалась работа в лаборатории. «Мы проводили полимеразную цепную реакцию с целью увеличения количества ДНК, а также электрофорез. Мне очень нравится работать с ДНК, с пробирками. В дальнейшем я хочу связать свою жизнь с медициной», — поделилась Алина.
 
«Стоит отметить, что для реализации подготовительных этапов и проведения самого финала профиля на двух площадках в НГУ и МФТИ использовали реагенты, которые были предоставлены местными партнерами — биотехнологическими компаниями “Биолабмикс”, “Сибэнзим”, “МБС — детям”. Важно понимать, что научные исследования с применением геномного редактирования возможно реализовывать в России. Для этого есть не только научная, но и формируется реагентная база», — добавил Григорий Степанов.
 
В программу были включены и творческие задания. Биохимикам дали возможность пофантазировать на тему того, как отредактировать геном реально существующего организма, чтобы получить подобие вымышленного персонажа — Человека-паука, Халка, морячка Папая, вампиров, смурфиков и других. «К примеру, чтобы сделать из женщины Русалочку, необходимо изменить структуру позвоночника, чтобы вместо нижней конечности получился хвост, как у рыбы. Ребята должны были определить, в какие именно области генов надо вносить мутации», — рассказал разработчик и организатор профиля Сергей Седых.
 
У биоинформатиков была более сложная, но очень интересная задача: построить филогенетическое дерево по секвенограммам двух генов норовирусов (РНК-содержащие микробы, вызывающие заболевания желудочно-кишечного тракта. — Прим. ред.). «Иными словами, нужно было определить, какой вирус от какого произошел, насколько они друг другу “родственники”», — прокомментировал автор задачи, научный сотрудник ИХБФМ СО РАН Артём Тикунов.
 
«Творческими эти задания называются потому, что не имеют однозначного правильного ответа. Здесь возможны разные варианты решений, — пояснил Сергей Седых. — Нам был интересен скорее ход мыслей, степень вникания в проблематику, а не научная работа как таковая». 
 
Он добавил, что творческое задание было предусмотрено не только на новосибирской площадке. Ребята получили за него не баллы в командный тур, а отдельные призы от партнера профиля олимпиады — биотехнологической компании BIOCAD. «Мы очень хотели, чтобы биоинформатики выполнили эту сложную задачу, потому что они три дня к ней готовились. Не оценить их старания было бы неправильно», — подчеркнул Сергей Седых.
 
В промежутке между экспериментами научные сотрудники ИХБФМ СО РАН доктор биологических наук Дмитрий Олегович Жарков и аспирант Иван Вохтанцев познакомили ребят с инструментами редактирования генома, Григорий Степанов рассказал о реализации научного проекта с применением технологии геномного редактирования в научно-технологической компании «Биолабмикс». Вечером на базе детского оздоровительно-образовательного лагеря имени Олега Кошевого школьники слушали научно-популярные лекции молодых ученых: Даниила Гладких, Татьяны Кургиной и Дарьи Петровой из ИХБФМ СО РАН и Татьяны Шнайдер из ФИЦ ИЦиГ СО РАН. 
 
На закрытии финала в Академпарке участников поприветствовал научный руководитель ИХБФМ СО РАН и профиля «ИБС: геномное редактирование» академик Валентин Викторович Власов и рассказал об актуальности изучения системы редактирования генома. Академик Власов отметил лидирующее положение НГУ в подготовке специалистов по молекулярной биологии и генетике в России и призвал участников финала продолжить заниматься научными исследованиями в области биотехнологий.
 
«Нейротехнологии»
 
Финалы по профилю «Нейротехнологии» одновременно с Новосибирском проводились в Москве, Великом Новгороде и Владивостоке. Участники исследовали и реализовывали систему мониторинга психофизиологического состояния водителя грузового автомобиля. Раннее выявление сонливости и потери внимания водителем — задача, над которой в настоящее время работают многие лидеры автомобильной отрасли. Она крайне важна для обеспечения безопасности всех участников дорожного движения. 
 
Направление «Нейротехнологии»
 
«Речь идет о создании рабочего прототипа устройства, которое следит за состоянием водителя, и издает громкий пронзительный сигнал, если тот вдруг заснет. Также ребята учились распознавать разные биологические сигналы и реакции человека с помощью “компьютерного зрения”», — рассказал организатор площадки профиля «Нейротехнологии» в НГУ, научный сотрудник Института систематики и экологии животных СО РАН, заведующий лабораторией ФИТ НГУ «Инжевика» кандидат биологических наук Иван Андреевич Поликарпов. 
 
В распоряжении финалистов был набор-конструктор «Юный нейромоделист», веб-камера и комплектующие для создания системы сбора данных, а также необходимое программное обеспечение. Ребята разрабатывали систему сбора данных, осуществляли их обработку, а также выполняли физиологическую интерпретацию полученных данных. 
 
В заключительный день финала ОНТИ на столах многих команд лежали приборы, представляющие собой проводки с датчиками. С их помощью ребята могли проанализировать свое состояние в реальном времени: с помощью компьютерной программы определить электрокардиограмму, электроэнцефалограмму, кожно-гальваническую реакцию.
 
«За три дня мы узнали о разработках, которые контролируют состояние водителя за рулем, и сами поучаствовали в написании программ для таких систем», — рассказала участница из Новосибирска Владислава Мортишова.
 
Можно ли использовать эти приборы в реальных условиях? Ричард Кауров из Иннополиса (Республика Татарстан) утверждает, что в принципе да, если доработать программный код, отвечающий за работу датчиков. «Наши датчики очень чувствительны к движению. Даже малейший взмах руки будет создавать помехи, поэтому при снятии ЭКГ нельзя будет достоверно определить частоту сердечных сокращений. Если разработать более точные датчики, то, подключив к анализирующей системе (компьютеру), можно будет использовать их достаточно эффективно», — сказал участник.
 
Организатор площадки профиля «Нейротехнологии» от компании-разработчика BiTronics Lab (Москва) Вячеслав Индерякин отметил: «Перед финалистами стояло несколько задач, которые они могли решать в произвольном порядке. Все задачи были комплексными. Уверен, что благодаря их решению навыки в программировании у ребят существенно возросли», — сказал эксперт.
 
Организатор площадки профиля «Нейротехнологии» от лаборатории ФИТ НГУ «Инжевика» Дарья Соседкина подчеркнула важность совместной работы: «Во время отборочных этапов, даже командных, участники сотрудничали в основном удаленно. А встретиться лично, пообщаться, поработать вместе ребята смогли только в финале».
 
В перерывах между заданиями для детей были организованы встречи-лекции. Разработчик профиля «Нейротехнологии», заведующий лабораторией прикладных кибернетических систем МФТИ, директор компании BiTronics Lab, автор набора-конструктора «Юный нейромоделист» Тимур Бергалиев рассказал про задачи, которые стоят в настоящее время перед разработчиками нейроинтерфейсов. Заместитель директора по научной и лечебной работе Научно-исследовательского института физиологии и фундаментальной медицины доктор медицинских наук Константин Васильевич Даниленко поведал ребятам о современных методах стимуляции головного мозга для терапии различных заболеваний, а также про правильную диагностику психических расстройств.
 
Подведение итогов профиля «Нанотехнологии» состоялось 15 марта, профилей «ИБС: геномное редактирование» и «Нейротехнологии» — 22 марта. Суперфинал пройдет в Москве с 10 по 22 июля, в нем должны принять участие 120 человек. Победители и призеры Олимпиады НТИ смогут поступить в вузы-организаторы без экзаменов или получить дополнительные баллы при поступлении.
 
Несколько школ Новосибирска уже несколько лет являются лидерами по числу зарегистрированных участников, победителей и призеров Олимпиады НТИ, распределенный финал этого года не стал исключением. Призером профиля «Нанотехнологии» стал ученик СУНЦ НГУ Егор Ан. Лучшая команда профиля «Геномное редактирование» на площадке НГУ — «Тимидинки» из лицея № 22 Новосибирска, призеры олимпиады — участницы этой команды Ксения Борисова, Маргарита Сулима и Полина Карицкая. Лучшая команда профиля «Нейротехнологии» — «Электромиограмма», участники которой, новосибирцы Илья Прищепа, Тимур Шарафутдинов, Алиса Киркинская, также стали победителями олимпиады.
 
Юлия Клюшникова
 
Фото автора
 
Ваша оценка: Нет Средняя: 5 (5 votes)
Поделись с друзьями: 
 

comments powered by HyperComments

Система Orphus