MultiTechBattle — челлендж для будущих ученых, спасающих мир

Конкурс биотехнологов MultiTechBattle, объединяющий молекулярно-генетические методы и биотехнологию с прикладной робототехникой и техническим зрением, организован бюро любителей естественных наук Biowalks при поддержке Кружкового движения НТИ и Фонда целевого капитала МФТИ.  В этом году MultiTechBattle посвящен использованию водорослей для борьбы с парниковыми газами. К решению этой острой проблемы привлечены школьники 5–11 классов, студенты колледжей и 1–2 курсов вузов.

Этапы MultiTechBattle

Соревнование проходило со 2 сентября по 30 октября на базе Физтеха. На первом этапе участники прослушали лекции и мастер-классы, а затем, вооружившись теоретическими знаниями, приступили к практическому решению реальных кейсов с привлечением информационных технологий и онлайн-трансляции хода эксперимента.  

«К нам в лабораторию очень часто приходят школьники и студенты для реализации научных проектов под нашим наставничеством. Видя живой интерес к научной работе, мы решили сделать масштабный конкурс и дать ребятам шанс применить свои знания в практической деятельности. Надеюсь, что это будет не единичный опыт, а регулярный биотехнологический хакатон.

Биотехнология давно стала мультидисциплиной на стыке естественных и технических наук, и это делает наши задачи масштабными и интересными. В этом году  ребята решают последовательные задачи от создания установки и выращивания нескольких видов водорослей до расшифровки неизвестного вида по сиквенсу. Тематика этого года посвящена экологии и борьбе с загрязнением воздуха. Это один из случаев, когда мы ищем оптимальных редуцентов, а не продуцентов, как в стандартных биотехнологических задачах. Мы использовали в работе различные виды водорослей, в том числе малоизученные. Образцы водорослей, прошедших тестирование, показавших наилучшие результаты по выживаемости при повышенном содержании углекислого газа, могут быть  потенциальными кандидатами для использования в установках улавливания углекислого газа, что поможет уменьшать загрязнение окружающей среды», — рассказала о проекте Елена Петерсен, заведующая лабораторией Центра внедрения геномных технологий МФТИ.

Участников MultiTechBattle ждало практическое испытание — удаленно, с помощью автоматизированной установки, собранной операторами и наставниками по чертежам команд-участников, определить в ходе биологического скрининга, какие из образцов неизвестных видов водорослей обладают наилучшей жизнеспособностью при высоких концентрациях углекислого газа. Сложное задание не отпугнуло юных ученых, и в итоге в конкурсе приняли участие более чем 230 человек, а в финальный этап вышло 100 ребят из 24 городов России и зарубежья. Участники спроектировали и прислали чертежи своих установок, прописали дизайн эксперимента, написали программы управления сенсорами, распознавали процент растущих микроводорослей по фотографиям и расшифровывали сиквенсы.

«Особенностью  проекта было то, что мы добавили приборостроение и автоматизацию в биологический контур. Мы изначально планировали использовать интернет для регистрации показаний наших датчиков, стриминговое видео и автоматизированную съемку растущих клеток в определенном режиме. В режиме самоизоляции эти условия нам пригодились. Ребята могли использовать инструменты для подсчета количества клеток в чашечках, наблюдали, как происходило их нарастание, могли поменять режим концентрации газа, освещенности, температуры.  

Многих из нас одолевало сомнение, смогут ли молодые участники сделать проект удаленно, но итоговая статистика по результату исследовательских работ оказалась даже лучше, чем мы предполагали, учитывая, что это наш первый подобный опыт, и формат мероприятия», — резюмировала Елена Петерсен.

 

Недетская задача

Анализ данных проводился по многим показателям. Изменение освещенности, температуры и спектра излучения можно было менять и варьировать (и по времени, и по спектру). В итоге участники проекта получали Big Data, которую они могли соотносить с процентом нарастания клеточной массы и определять образцы водорослей, лидирующих при тех или иных условиях. Таким образом, участники смоделировали реальную экспериментальную задачу со множеством переменных.

Эдуард Петренко, эксперт конкурса, руководитель клуба спортивной робототехники МФТИ, рассказал: «Разработка и сборка автоматизированной установки — сама по себе достаточно сложная задача, но вынужденный онлайн-формат сделал ее сложнее в несколько раз. Чтобы участники могли от чего-то оттолкнуться, мы спроектировали несколько концептов, под которые были приготовлены наборы запчастей. Остальное детали по запросу участников нам пришлось в срочном порядке докупать или печатать на 3D-принтере.  Детям нужно было придумать установку, глядя на список деталей. Для меня это, честно говоря, за гранью, но три команды успешно справились.

Задачи в конкурсе MultiTechBattle сложные и многогранные. Например, у нас было две команды с хорошими биологами, но без программистов. Некоторые знают техническое зрение, знают биологию, но не знают робототехнику. В результате смешения команд выяснилось: даже дети, которые решали задачи и тесты, на уровне конкретной практической задачи с трудом могли планировать эксперимент». 

 

От разработки к производству

Организаторы решили не ограничиваться этапом лабораторных работ, ведь будущих ученых ждет не только научная, но и прикладная работа. Исследование  должно нести практическую пользу, и об этом ребятам рассказал на своей лекции Илья Манухов, эксперт конкурса, руководитель лаборатории молекулярной генетики МФТИ:

«В рамках MultiTechBattle я провел для ребят лекцию, посвященную переводу лабораторной технологии создания полезных веществ путем биологического синтеза в промышленную технологию. Любой научный проект — это не только исследовательская работа, но и создание продукта, который должен выйти в серийное производство. Именно к этому мы стремимся подвести ребят, будущих ученых. Любая разработка должна быть прикладной, полезной и востребованной».

 

Итог

В итоге сложной борьбы молодых умов определились лучшие — выиграла команда «Мокрые Технологи&Водоросли» с проектом, получившим наивысший балл по сложности установки, расшифровке генома и постановке биологического эксперимента.

Шесть команд-финалистов получили сертификаты. Лучшим участникам представилась возможность прохождения сертификационных курсов и стажировок в ведущих биотехнологических лабораториях МФТИ и партнеров проектов.