1.2. Системная биология и биоинформатика

Анализ и структурирование информации, получаемой на всех уровнях организации живых организмов. Создание методических подходов, алгоритмов и программных средств для анализа и сопоставления биологической информации. Установление количественных взаимоотношений между биологическими процессами, протекающими в живых системах на всех уровнях их организации. Моделирование in silico процессов, происходящих в живых системах.

1.3. Структурная биология

Получение информации о структуре и функциях основных элементов живых систем - макромолекул и их комплексов, внутриклеточных наномашин, элементов цитоскелета, органелл, клеток, межклеточных взаимодействий и сетей, многоклеточных организмов, органов и тканей. Разработка методологии моделирования структуры биомолекул и живых систем in silico. Прижизненная визуализация биологических процессов в живых системах, системы молекулярного имиджинга.

Выяснение механизмов самоорганизации биологических систем, процессов фолдинга (белковых) структур, процессов каталитической трансформации, узнавания, транспорта, передачи сигналов и т.п.

1.4. Синтетическая биология, метаболическая и биоинженерия

Исследование молекулярных механизмов и генетического контроля базовых процессов клетки - репликации, транскрипции и трансляции. Регуляция активности генов. Малые РНК и их роль в регуляции экспрессии. Молекулярные механизмы, обеспечивающие стабильность и изменчивость геномов.

Разработка методологии метаболической инженерии, конструирование новых и модификация существующих метаболических путей клетки.

Биоинженерия, как инструмент создания de novo и/или изменения свойств биомакромолекул, компонентов клетки, органов и тканей. Создание искусственных живых организмов.

1.5. Биоразнообразие

Исследование природного биоразнообразия. Эволюция видов. Разработка методов изучения некультивируемых организмов. Сравнительная геномика и протеомика. Разработка методов молекулярной идентификации и таксономии.

2. Тематическая область «Промышленная биотехнология»

Данное направление определяет создание научной и технологической базы современной промышленной биотехнологии. Биологический синтез позволяет создавать огромное разнообразие новых продуктов с заданными свойствами. Речь идет как о традиционных областях (например, продукты питания для человека, корма для животных и так далее), так и принципиально новых областях (таких как производство биополимеров, продуктов тонкого и основного органического синтеза, биоразлагаемых пластиков). Сектор «Промышленной биотехнологии» является в настоящий момент мощным двигателем развития биоэкономики. Усовершенствование технологий производства биополимеров и продукции тонкой химии из возобновляемого сырья позволяет перейти к крупнотоннажному массовому производству с использованием различных видов биомассы (в первую очередь целлюлозосодержащего и крахмалосодержащего сырья)

2.1. Биосинтетические процессы получения биологически активных соединений

В рамках данного направления планируется создание высокоэффективных технологий получения незаменимых аминокислот, антибиотиков, биопестицидов, белковых и пептидных препаратов, антиоксидантов и других биологически активных соединений, а так же формирование опытно-промышленной и экспериментальной базы, необходимой для отработки технологий производства и применения полученных биопродуктов в различных областях экономики.

Поисковые исследования направлены на секвенирование и аннотацию геномов микроорганизмов, в первую очередь имеющих промышленное значение. Скрининг и исследование микроорганизмов с заданными свойствами. Исследование регуляции метаболических путей, включая измерение потоков углерода и активность ключевых ферментных систем. Изучение общих систем регуляции микробной клетки (молекулярная физиология) на основе исследования транскриптома, протеома и метаболома. Математическое моделирование метаболизма. Метаболические пути in silico. Развитие методологии метаболической инженерии, системной и синтетической биологии.

Проблемно-ориентированные и прикладные исследования направлены на развитие генетики промышленных микроорганизмов-продуцентов аминокислот, витаминов, токсинов, антибиотиков и других биологически активных соединений, создание научно-методической базы, обеспечивающей направленное изменение метаболизма микроорганизмов с целью достижения сверхсинтеза клеточных метаболитов, обладающих высоким рыночным потенциалом (создание так называемых клеточных фабрик). Разработка методологии интеграции генетического материала в геномы микроорганизмов. Создание кассет, обеспечивающих регулируемую экспрессию генов на различных уровнях. Развитие научно-технологического задела по способам биосинтеза клеточных метаболитов, обладающих биологической активностью.

Опытно-технологические и опытно-конструкторские исследования. Предусматриваются опытно-конструкторские и опытно-технологические работы по созданию опытно-промышленных технологий получения биологически активных соединений, включая создание соответствующих штаммов-продуцентов нового поколения, развитие методов управляемого культивирования штаммов-продуцентов, выделения, очистки продуктов и получения товарных форм, востребованных на рынке.

Инфраструктурные решения. Создание центров прототипирования для масштабирования процессов биосинтеза и наработки опытных партий целевых продуктов. Создание демонстрационных и пилотных производств.