ЗНАЧЕНИЕ НА БИОТЕХНОЛОГИИТЕ И ГЕНОМИКАТА,

НОВИТЕ ТЕХНОЛОГИИ ЗА БИОИКОНОМИКАТА В БЪЛГАРИЯ

СЪВМЕСТЕН ГЕНОМЕН ЦЕНТЪР

Акад. Атанас Атанасов

ПРЕДИЗВИКАТЕЛСТВАТА НА ЕПОХАТА

Предизвикателствата на епохата –

част от стратегията за устойчиво развитие

Дългосрочни глобални цели - за устойчиво развитие :

Премахване на крайната бедност и глада

Постигане на международно начално образование

Равенство на половете и включване на жените във

властта

Намаляване на детската смъртност

Подобрено здравословно състояние на майките

Борба с HIV/СПИН, маларията и други болести

Обезпечаване на устойчива природна среда

Глобално партньорство за развитие

В този взаимозависим свят трябва да мислим и

действаме и локално и глобално

От 1990 г. човешката популация се увеличава по-бързо отколкото

земеделското производство. Ако тази тенденция се запази през

2025 г. при 8 млрд население ще има 2 млрд гладуващи

През 2050 г. населението на земята ще възлиза на 11 млрд души. То

ще изисква 3 пъти повече храна, поради подобряващия се

стандарт на страни като Китай и Индия, чието население сега

наброява 40 % от населението в света

Обработваемата земя и водните ресурси през следващите 50 години

се очаква да намалеят няколко пъти (70% от H2O се използва за

земеделски цели)

Продължава усиленият процес на урбанизация

Загубите при производство на земеделска продукция в резултат на

засушаване, болести, неприятели, плевели и др. възлизат на 35-

50 % (200-250 млрд щатски долара ежегодно)

КОИ СА ПРОБЛЕМИТЕ,

КОИТО ТРЯБВА ДА РЕШАВАМЕ?

• 40% от населението на света има ежедневен приход от 1-1,5 USD. Как ще се реши противоречието лукс-недохранване?

• Глобализацията на големите транснационални корпорации постави дилемата за начина, по който ще се решават проблемите, които изникват пред Световната търговска организация (WTO).

• Ще се създаде ли взаимозависимост между богатия и бедния свят, между обществения и частния сектор?

• Ще се решат ли проблемите между Европа и Америка и кога?• Ще обслужва ли геномната информация обществения сектор?• Ще проработят ли принципите на Малтус?

Ще има ли социален и/или екологичен бум, ако проблемите, споменати по-горе не се решат?

ИКОНОМИЧЕСКИ ПРОБЛЕМИ

Очертават се следните кризи и конфликти, които в много отношения са свързани с развитието на земеделския сектор:

– Климатична криза;

– Криза в производството на храни и фуражи;

– Криза с енергийните източници;

– Конфликт храни и биоенергия

• Криза с природните ресурси;– Изчезващо биоразнообразие;

– Намаляващо плодородие на почвата;

– Намаляващи водни ресурси

• Криза с болести еднакви за човека и животните

КРИЗИ И КОНФЛИКТИ НА ДНЕВЕН РЕД

• ЗЕМЕДЕЛИЕ: Политическо и икономическо значение WTO & либерализация на търговията CAP (ОЗП) реформа Проблеми на здравето и обкръжаващата среда Промени в климата ОС/Биологично разнообразие Проблеми свързани с благосъстоянието на животните Потребност от нехранителни растения Идентифициране и определяне на ново появяващи се

заболявания

КОИ СА ДВИЖЕЩИТЕ СИЛИ?

• Индия и Китай

- 2015г. населението ще се увеличи с 50%

- Жизненият стандарт ще се повиши с 200%

- Продукцията на растения трябва да се повиши с 300%

- През 2015г. Храните и фуражите ще бъдат проблем №1

- Продукцията на зърно в Китай от 500 мил. тона се планира да се повиши на 750 мил. тона

СЪСТОЯНИЕ НА АГРОИНДУСТРИЯТА

• Америка

- 2013г.- 40-45% от царевицата на САЩ – за биоетанол

- 3 центъра за създаване на алтернативни култури за био –3, 5 млд. USD

- 2013г. 20-25% от соята на Бразилия и Аржентина – за биодизел

- Това означава, че нуждата от растителна продукция ще нараства в световен мащаб

- 2013 – Агроиндустрията ще бъде №1

СЪСТОЯНИЕ НА АГРОИНДУСТРИЯТА

BIO-ECONOMY

РАЗВИТИЕ НА БИОТЕХНОЛОГИИТЕ

Естествено

разнообразие

(естествен подбор )

повече от 10 хил.

години

Модерни биотехнологии

(клетъчно и генно

инженерство)

От 50-те години на XX-

ти век насам

Класически

технологии

(изкуствен

подбор)

От няколко

хиляди години

Геномика

+

“Омикс”

(интегрален

подход

“системна

биология”)

От 1980 г.

насам

Класическа

биотехнология

(ферментация)

От няколко хиляди

години

Над 16 млн. вида

Здравеопазване

Храна и фуражи

Биогориво

Биопластмаси

Биофармацевтика

Текстилна промишленост ...

Екологичен баланс

Постгеномна ера

Да се осъществи пълна инвентаризация

на всички гени, протеини и метаболити.

Това изисква да се установи:

- секвенция не гените

- профили на експресия

- контрол и регулация

- взаимодействия помежду им

- функция и роля ...

КАКВА Е РАЗЛИКАТА И ВРЪЗКАТА МЕЖДУ

ТРАДИЦИОННАТА (КЛАСИЧЕСКАТА) СЕЛЕКЦИЯ, ГЕННОТО ИНЖЕНЕРСТВО

(ГМО) И ГЕНОМИКАТА (СИСТЕМНО БИОЛОГИЧНИЯ ПОДХОД)

Класическа селекцияОсъществява се само при родствени организми

Родител А Родител Б НОВ СОРТ

x ...............…..

Полово кръстосване

(смесват се хиляди гени на двата родителя)

Вирус

Бактерия

Животно

Растения

Животно

Човек

ДНК

Генно инженерствоВъзможно е да се осъществява между всички видове организми

отбор: 10-15 години

Избиране и

клониране

на един ген

Пренос в

растителната

клетка или

която и да е

друга

Нов генетично

подобрен сорт

2-3 год.

ГеномикаГеномиката е съвременно понятие за едновременно изследване (интегриран подход) потенциала

на живата клетка на равнище ген, белтък, метаболити, с помощта на високите модерни

технологии, включително и информационните (компютърни) технологии.

...

Клетъчно и молекуляно фермерство

мазнини

захари

О

к

о

л

н

а

с

р

е

д

а

ДНК (дезоксирибо-

нуклеинова киселина)

В нея се намират гените –

около 2-3%=25-50 хиляди

(ГЕНОМИКА)

Белтъци

(ПРОТЕОМИКА)

МЕТАБОЛИТИ

(Вторично активни

съединения ~300 хиляди)

•Феноли

•Витамини

•Алкалоиди

•Органични киселини и др.

БИОИНФОРМАТИКА

•Храна и фуражи

•Лекарства

•Тъкани и облекло

•Химия

•Биоенергия

•Биопластмаси

•Биооцветители и т.н.

•Как работят гените, белтъците, метаболитите

•Има ли разлика между тях при различните

организми; какъв е тяхния състав и структура

•Как те си взаимодействуват

•Кой и как ги регулира

•Защо белтъците и вторичните метаболити са

храна и лекарства, а ДНК не

Какво е ГЕНОМИКАТА (популярното име за системно биологичния подход)

Метаболити (ниска мол. маса)

Транскрипционни варианти

предвиждат >100,000 кодиран

протеин

Малки структурни промени могат

да променят функцията на

протеина

Сложността на протеина представлява

повсеместно включване на > 200

посттранслационна модификация,

включително фосфорилиране и

гликолизация

Генома на всеки човек

извършва около 250-300

т. нар. “загуба на

функция" мутации, които

изваждат от строя гена, в

които те се случват.

•Генетиката предоставя отпечатък/подробен и уникален план = какво може да се случи

•Транскриптите предоставят план за действие = това, което изглежда да се случи

•Протеините са това, което го предизвикват да се случи

•Метаболитите могат да разкажат историята = какво се е случило

•Функционални храни -пазара им през 2015г. се очаква да се повиши с 21%

СИСТЕМЕН ( ИНТЕГРАЛЕН ИЛИ ХОЛИСТИЧЕН ) ПОДХОД

НАЧАЛО

• Съвместният геномен център (СГЦ) е създаден като дружество с ограничена отговорност между Софийски университет „Св. Климент Охридски”, гр. София и Селскостопанска академия (ССА).

• От м. Февруари 2010г. СГЦ е преобразуван и принадлежи изцяло на Софийския университет “Св. Климент Охридски”.

• През 2007 и 2008 г. три министерства - МЗХ, МОМН и МФ съвместно – финансират целево с 4,1 млн. лева създаването на СГЦ

• От 10.03.2010г. СГЦ започна практически своята работа като ВИСОКОТЕХНОЛОГИЧЕН ЦЕНТЪР.

МИСИЯ

Да служи като първия модел на високотехнологичен иновативен център в областта на БИОИКОНОМИКАТА като играе ролята на катализатор между науката и бизнеса.

Тази функция той ще осъществява чрез:

• Създаване на иновативни продукти с висока добавъчна и конкурентна способност и пазарна ниша,

• Предоставяне на висококачествени услуги, свързани с качеството на растителна и животинска продукция и безопасността на храните,

• Обучение на високотехнологични кадри,

• Предоставяне на консултантски услуги – ефективно партниране на бизнеса в областта на високите технологии.

СГЦ

СУ “Св.Кл.Охридски”

Геномика Протеомика Метаболомика

Биоинформатика

Високо-технологични продукти с

добавена стойност

Обслужване

Контрол на качеството и безопасността

на храните, включително и ГМО

Създаване на консорциуми

Биоресурси

Микроорганизми Растения Животни

Изс

лед

овате

лски

инсти

туц

ии

1 …………….. …………….. ……………..1 1

СГЦ

Академии

ВУ

Научни проекти

Научно познание

Стартиращи фирми

Нови продукти

Пазарна ниша

Инвеститори

Държавни интереси

•Целеви поръчки•Контролни анализи

Бизнес интереси

Общи интереси

между държава и

бизнеса

Прототип

Високи технологии

Геномика

СГЦ

Метаболомика

Протеомика

Би

ои

нф

ор

мати

ка

ОСНОВНИ ПРИНЦИПИ НА РАБОТА

• Проектите с цел създаване на конкурентноспособен продукт и ноу-хау да се изграждат на базата на:– Уникалното българско био разнообразие и традиционни продукти

– Да не дублира западни проекти и намерения

– Да се обединяват интересите на академиите и университетите с тези на бизнеса

– Ефективно прилагане на високотехнологични методи и съоръжения

– Да се прилага принципа на интердисциплинарен и високоекспертен състав

– Ефективно международно коопериране

– Ефективен технологичен пренос

– Защита на интелектуалната собственост

– Ясен пазар и маркетинг

– Инвестиционен интерес

– Създаване на стартиращи фирми

СГЦ – ТЕКУЩИ ПРОЕКТИ ЗА

СЕЛСКОТО СТОПАНСТВО, ХРАНИТЕЛНАТА

И ФАРМАЦЕВТИЧНА ПРОМИШЛЕНОСТ

Воден дефицит (засушаване)

– пшеница и царевица

Нутригеномика (здравословно хранене):

•Пшеница, слънчоглед (с диетични и засилващи

имунната система качества);

•Лоза (десертни сортове) and вино (Мавруд)

•Млечнокисели бактерии – кисело мляко

•Мед и пчелни продукти (манов мед)

•Горски плодове – боровинки, диви ягоди;

•Медицински растения – блатно кокиче

•Маслодайна роза

•Билки – стара традиционна рецепта

•Местни породи овце

Бъдещи проекти:

•Риби и аквакултури

•Горски видове

•Биогорива

•Други – гъби и др.

МЕТАБОЛИТИ

•Функционални храни

(Хранителни добавки)

•Вкус

•Аромат

•Лекарствени

компоненти

•Биомаркери

•Биоциди

•Консерванти

•Оцветители

ИЗГРАЖДАНЕ НА ТЕХНОЛОГИЧНИ

ПЛАТФОРМИ НА ПРИНЦИПА НА

КОНСОРЦИУМИТЕ

Технологичните платформи (консорциуми) се очаква да се формират на базата на интердисциплинарно участие на мобилни функционални групи от Академии и Университети, с активното участие на бизнеса.

Какви технологични платформи (консорциуми) се очаква да се формират: чрез участие на мобилни функционални групи от катедри на БФ и сътрудници на АБИ по отделните направления (биоразнообразие; геномика; протеомика; метаболомика; биоинформатика).

• Примери:

• Зърно

– Воден дефицит

– Нутригеномика – ново направление в науката за здравословно хранене –

• Пшеница, слънчоглед с диетични и засилващи имунната система качества;

• Лоза и вино• Лоза - десертни сортове

• Вино – Мавруд

• Млечнокисели бактерии – кисело мляко

• Мед и пчелни продукти

• Горски плодове – боровинки, диви ягоди;

• Медицински растения – блатно кокиче

• Маслодайна роза

• Билки – сивирляк, мурсалски чай

• Аборигенни породи овце

• Риби и аквакултури

• Горски видове

• Биогорива

Изграждане на технологични платформиБизнес (МСП)

Лоза• Сорт, клон

• Регион – почва, климат

Вино- Биол.активни съставки за:

•сърдечно-съдови заболявания

• туморни заболявания

-Други – за отслабване,

козметика и т.н.

Новости•Нова технология

•Нови качества на виното и

нови медицински съставки

•Добавъчна стойност

•Нова цена

•Нов пазар

Отпадъчни продукти от

лозя и винопроизводство•Компост

•Биоенергия

Социално-

икономическа и

екологична оценка

Геномика

Селекционери

Пипиниери

Почвоведи

Физиолози

Метаболомика

Винопроизводители

Фармацевти

Еколози

Значително подобряване на

пазарната ниша и печалбата

Международно коопериране - Държавен сектор - Частен сектор- Фондации

Медици

Аграрикономисти

Генетици

Метеоролози

К О Н С О Р Ц И У М П Р И Л О З А И В И Н О О Т С О Р ТА М АВ Р УД

ОБУЧЕНИЕ И ОБРАЗОВАНИЕ

СГЦ ще организира и провежда национални и международни

курсове, школи и семинари за обучение на студенти,

магистранти, докторанти и др. минимум два пъти в годината.

Курсовете могат да бъдат част от образователната програма на

Биологическия факултет на СУ и ще включват, както

теоретична част, така и демонстрация на работа с наличната

високотехнологична апаратура.

В тях ще могат да участват и студенти и от други университети

в България и чужбина.

Пример:

• ETNA летен курс – първия обучителен семинар на тема

“-омика” технологии – 11-19.09.2010г.

• QIAGEN курс – 15-16.10.2010г.

СЕРВИЗНИ УСЛУГИ

• Геномика – качество на посевен и посадъчен материал, породния състав и тяхната чистота и други

• Метаболомика – качество и безопасност на храните, включително ГМО и други

• Биоинформатика

• ISO 17025 – в процес на акредитация

УСЛУГИ

МЕТАБОЛОМИКА

• Целеви анализ на съединения;- Количествено определяне на специфични метаболити.

• Метаболитен профил; - Качествено и количествено определяне на група сродни

съединения или на съединения от специфичен метаболитен път.

• Метаболомика;- Качествено и количествено определяне на всички метаболити.

• Метаболитен отпечатък (fingerprint);- Класификация на пробата чрез бърз и глобален анализ без

разширена идентификация на съединенията.

УСЛУГИ

МЕТАБОЛОМИКА

• Съвети по отношение на дизайна на метаболомния анализ;

• Съвети по отношение на протоколите за екстракция;

• Екстрахиране на пробата (зависи от вида на пробата);

• Мас спектрален анализ;

• Представяне на получените резултати.

• Извършваме качествен и количествен метаболитен

анализ по познати методи и разработваме нови

методи посредством газов хроматограф с

масселективен детектор (троен квадрупол)

Agilent Technologies 7000A.

УСЛУГИ

АНАЛИЗИ НА:– пестициди– алкохоли и диоли– мастни киселини– стероли– терпени– аминокиселини– фенолни съединения– първични амини– биологично активни съединения– моно- ди- три захариди (във вина, сокове, плодове и

зеленчуци) и др.

УСЛУГИ

ГЕНОМИКА• ДНК секвениране

- Aнализиране на ДНК последователностите на проби с различни степен на пробоподготовка и формат.

• ДНК фрагментен анализ

- Прецизен ДНК фрагментен анализ, осигуряващ широк спектър на приложения на молекулни маркери при генотипиране, оценка на биоразнообразието, картиране и др.

• Генетичен анализ посредством секвениране в реално време на PCR продукти – пиросеквениране:

- SNP и анализ на мутации

- Количествен анализ на CpG метилиране

УСЛУГИ

ГЕНОМИКА

• Идентификация на микроорганизми на основата на секвениране на къси специфични участъци.

• Специализирани анализи фокусирани върху ключови за индустрията, земеделието и обществото проблеми, (анализ на произхода на земеделски и хранителни продукти, оценка на микробиално биоразнообразие и др.).

ОБЛАСТИ НА ПРИЛОЖЕНИЕ НА

ГЕНОМИКАТА И МЕТАБОЛОМИКАТА

• ДНК идентификация на култури и породи за произход и чистота;

• Диагностика и оценка на генетичния и фитосанитарен статус на растения и семена за производителите на семена и разсад;

• Защита на интелектуалната собственост върху различни биопродукти на метаболомно и ДНК ниво;

• Детекция на генетично модифицирани организми (ГМО);

• Аналитичен контрол върху качествата и безопастността на различни растителни и животински продукти, базирано на ДНК и метаболомен анализ.

ОРАНЖЕРИИ• Секцията за контролирано отглеждане на растителни

материали осигурява високо технологични оранжерии и растежни камери;

• Модерни съоръжения и професионален екип от специалисти гарантират успешното провеждане на изследователската работа;

• Безопасна среда за отглеждане на растителен материал чрез използване на интензивна програма за защита от насекоми и болести.

ОРАНЖЕРИИ

Разполагаме с 5 самостоятелни клетки с размер (17-22m2)

Осигуряваме: – Температури: 18-27oC

– Влажност: 40-90%

– Допълнително осветление: 3 kLux (589.3 nm)

Скоро:

• Интегрирано управление на вредители (IPM)

• Система за управление на информация (LIMS).

Общо събрание

Управители

Национален

консултативен съвет

Международен

консултативен съвет

Администрация

Научно-

изследователска и

развойна дейност

ПроектиМаркетинг

Технологичен

пренос

Геномика Метаболомика

Биоинформатика

Оранжерия Генна банка

Протеомика

Акад. Атанас Атанасов Управител на СГЦДоц. Мария Шишиньова Управител на СГЦ

Доц. Божидар Галуцов СУ, Биологически факултетПроф. Райчо Димков СУ, Биологически факултетПроф. Севдалин Георгиев СУ, Биологически факултетПроф. Тони Спасов СУ, Химически факултет Доц. д-р Георги Чобанов СУ, Стопански факултет Доц. д-р Любомир Спасов СУ, Медицински факултет Проф. д-р Върбан Ганев СУ, Медицински факултет Доц. д-р Мария Нишева СУ, Факултет по математика и информатика Проф. Тенчо Колев СУ, Юридически факултет Ст.н.с.I ст. дсн Росица Бъчварова АБИ, ССАСт.н.с II ст. Мариана Влахова АБИ, ССАСт.н.с II ст Иван Атанасов АБИ, ССАСт.н.с II ст. д-р инж. Мартин Банов Институтът по почвознание Н. Пушкаров, ССААкад. Цено Хинковски БАНАкад. Цветан Цветков БАНПроф. Мила Власковска БАНПроф. Никола Яръмов МУ, Университетска катедра по хирургия Ст.н.с. д-р Стефка Петрова, дм НЦООЗПроф. д.ик.н. Пламен Мишев УНССГ-н Христофор Бунарджиев Булагро АД Г-н Димитър Петков KWS Семена БългарияД-р Олег Георгиев Institute of Molecular Life Sciences, UZH, ШвейцарияД-р Милена Узунова KWS SAAT AG, ГерманияПроф. Румяна Цанкова Kobe University, Япония

Списък на членовете на Националния консултативен съвет на СГЦ:

Проф. Дирк Инзе Ghent University, Белгия

Проф. Лотар Вилмицер Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology, Германия

Д-р Мария-Кирси Оксман VTT, Espoo , Финландия

Д-р Робърт Хол Plant Research International, Вагенинген, Холандия

Проф. Карлс Кодина University of Barcelona, Испания

Акад. Константин Скрябин Центр Биоинженерия, РАН, Москва, Русия

Проф. Роджър Бийчи National Institute of Food and Agriculture (NIFA), USDA, САЩ

Д-р Иля Раскин Biotechnology Center for Agriculture and the Environment , САЩ

Д-р Макс Ротшилд Iowa State University, DAS, САЩ

Проф. Ричард Диксън Samuel Roberts Noble Foundation, САЩ

Д-р Гийс Клетер RIKILT, Вагенинген, Холандия

Проф. Занг-Лианг Чен Заместник-председател на провинция Гуанси Зуанг автономен район, CAU, Китай

Д-р Гий ван ден Ееде IHCP, JRC, EC, Италия

Проф. Чихару Накамура Kobe University, Япония

Проф. Еберхард Хаунхорст LAVES, Германия

Д-р Хесус Пурой Parc Científic Barcelona, Испания

Д-р Джон Пауър LSC International, Inc. , САЩ

Д-р Крис Харис Argentix Ltd., Англия

Д-р Патрик Креън CKA Белгия

Д-р Андреас Ренц BASF, Германия

Списък на членовете на Международния консултативен съвет на СГЦ:

Благодаря за вниманието!

акад. Атанас Атанасов

Web: www.jgc-bg.org

Email: jgc@jgc-bg.org