Фёдор Ш.

Тесты LAMP/qPCR, иллюстрации

Владею полным циклом разработки быстрых тест-систем с нуля на основе методов петлевой изотермической амплификации (LAMP) и полимеразной цепной реакции (qPCR). Первым разработал технологию создания тест-систем на основе метода LAMP, позволяющую определять десятки копий генов-мишеней всего за 15 минут — с уверенностью можно сказать, что в период 2000–2023 гг. и по крайней мере в России таких показателей не удавалось достигнуть ни одному другому научному коллективу, институту или компании.

Так, например, количественная тест-система LAMP на этиологический агент туберкулёза, названная мной ТБ-ИЗАТЕСТ, оказалась быстрее тест-системы от создателей метода LAMP — японской компании Eiken Chemical, — она работает за 40 минут и позволяет проводить лишь качественный анализ, являясь единственным примером тест-систем на основе LAMP, одобренным Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) для идентификации микобактерий туберкулёза. Более того, эксперты ВОЗ по туберкулёзу ещё в 2018 г. заявляли о необходимости проведения анализа за 20 минут — очевидно, что с длительностью стадии амплификации 40 минут успеть провести весь анализ, включая выделение ДНК, нельзя, а за 15 минут уже стоит попробовать. При этом 15 минут уходит лишь на самые малые концентрации гена-мишени в образце.

В своей работе использую реагенты New England Biolabs, о чём написано в интервью для портала по молекулярной диагностике PCR.news, собравшем уже более 3600 просмотров.

Есть опыт работы по различным проектам в университете, академии и индустрии.

Готов в свободное время провести консультацию по разработке тест-систем на базе LAMP/qPCR, а также сделать иллюстрацию молекул — как в виде структурных формул низкомолекулярных веществ, так и трёхмерных моделей белков, нуклеиновых кислот, мембран и полисахаридов:

Аспирантура в ИБХ РАН

Решение задач по диагностике патогенных для картофеля бактерий потребовало уточнения систематического положения российских штаммов. Анализ их полных геномов позволил мне найти новый вид фитопатогенов, который официально принят Международным комитетом по систематике бактерий с названием Pectobacterium versatile. Новый вид стал первым видом пектолитических бактерий, обнаруженным на территории России. Сегодня он уже включён в зарубежные монографии по фитопатологии, изданных Springer и Academic Press, а также в диагностический стандарт Европейско-средиземноморской организации по защите растений (EPPO) — межправительственной организации в области карантина и защиты растений. Новый вид является наиболее распространённым в мире представителем рода Pectobacterium. Уникальность этого вида бактерий ещё и в том, что большинство известных штаммов способны к симбиозу с плодовыми мушками дрозофилами, причём достаточно давно был обнаружен необходимый для этого взаимодействия ген — evf. Оказалось, что этот ген кодирует первый известный бактериальный белок с пострансляционной модификацией остатком жирной кислоты. Биохимическая функция белка Evf до сих пор не ясна, но известно, что он помогает персистенции бактерий, оказавшихся в кишечнике дрозофил.

Усовершенствовал и формализовал в виде компьютерного алгоритма способ поиска генов-мишеней и дизайна праймеров для LAMP и ПЦР, обладающих повышенным скоплением видоспецифичных нуклеотидных полиморфизмов. Собрал команду программистов, вместе с которой мы создали на основе этого алгоритма программу и веб-сервис MorphoCatcher. Статья о принципе работы веб-сервиса опубликована в международном журнале PeerJ (Q1). На сайте сервиса можно работать не только с множественными выравниваниями отдельных генов, но и с целыми вирусными геномами консервативной архитектуры. Программа MorphoCatcher была внесена в список программного обеспечения, рекомендованного Глобальным консорциумом LAMP в качестве инструмента для подбора генов-мишеней и дизайна специфических праймеров в методе LAMP.

Дипломная работа в КФУ

В рамках дипломной работы исследовал физико-химические свойства и структуру противоопухолевых РНКаз. Методами молекулярного моделирования предсказал новый функциональный элемент структуры микробной «биназы» — α-спиральный гидрофобный сегмент. Описал две возможные функции гидрофобного сегмента: участие в димеризации белковых молекул и взаимодействие с липидным бислоем. Оба эффекта были позднее подтверждены экспериментально. Гидрофобный сегмент стал основой новой модели цитозольной интернализации и механизма действия противоопухолевых РНКаз.

Последнее обновление резюме 04.12.2023
Адрес Москва, Russian Federation
Электронная почта Заблокировано
Телефон Заблокировано
Соцсеть или сайт Заблокировано

Опыт

ФГБУ ФНКЦ ФХМ ФМБА России
Младший научный сотрудник
Фев 2021 - Текущий
Разработал тест-систему ТБ-ИЗАТЕСТ на основе метода LAMP для дифференциальной диагностики микобактерий туберкулёза. Предел детекции составляет 40 геном-эквивалентов на реакцию, а длительность стадии амплификации — всего 15 минут. Адаптировал ТБ-ИЗАТЕСТ для классического термоциклера CFX96 Touch (Bio-Rad, США). По совокупности технических характеристик данная тест-система превосходит все известные аналоги в мире.
ООО «Система-БиоТех»
Научный сотрудник
Авг 2020 - Янв 2021
Занимался полногеномным анализом, подбором генов-мишеней, дизайном праймеров для изотермической амплификации LAMP. Отдельным большим разделом моей работы являлась экспериментальная оптимизация условий амплификации и валидация теста LAMP для диагностики коронавируса SARS-CoV-2.
ООО «Иннова Плюс»
Ведущий научный сотрудник
Янв 2019 - Авг 2019
Руководил научной группой по разработке тест-систем на основе технологии изотермической амплификации LAMP. Занимался планированием экспериментов, оптимизацией условий амплификации, составлением отчётности.
ООО «Исследовательский Центр "ФитоИнженерия"»
Младший научный сотрудник
Авг 2015 - Май 2018
Являлся сотрудником коммерческой диагностической лаборатории в составе подмосковного агропарка Рогачёво. Разработал тест-систему для визуальной экспресс-детекции бактериальных патогенов картофеля на основе изотермической амплификации LAMP. Тест работает за 20 минут и адаптирован для детекции до 40 копий гена-мишени на реакцию в режиме реального времени. Разработка запатентована, а я являюсь одним из двух авторов патента на изобретение. Нашёл новый вид пектобактерий, способных к симбиозу с дрозофилой.

Образование

РХТУ им. Д. И. Менделеева
Аспирантура
Сен 2021 - Текущий
Работаю над темой кандидатской диссертации «Разработка тест-систем для молекулярно-генетической диагностики бактериальных и вирусных патогенов». Специальность: 1.5.3 — Молекулярная биология. Сдал кандидатский минимум и дополнительный кандидатский экзамен по «Биотехнологии».
Институт биоорганической химии РАН
Лаборатория молекулярной биоинженерии
Окт 2015 - Авг 2016
Занимался разработкой способов диагностики бактериальных патогенов картофеля методом LAMP (руководитель проекта: Мирошников К. А., д. х. н., чл.-корр. РАН). Придумал новый способ подбора генов-мишеней и дизайна праймеров в методе LAMP, а позже реализовал его в виде веб-сервиса. Программное обеспечение зарегистрировано в Роспатенте и опубликовано в виде научной статьи.
Институт биоорганической химии РАН
Лаборатория моделирования биомолекулярных систем
Окт 2013 - Окт 2015
Занимался поиском и моделированием фармакофора пептидных токсинов из яда скорпионов. Научился молекулярному моделированию и некоторым расчётам структуры белков.
Казанский федеральный университет
Кафедра микробиологии
Авг 2007 - Май 2012
Учился в Институте фундаментальной медицины и биологии. Занимался структурой микробной РНКазы с противоопухолевой активностью. Обнаружил в структуре микробной РНКазы биназы новый функционально-активный элемент структуры — α-спиральный гидрофобный сегмент, необходимый при димеризации и взаимодействии с мембранами опухолевой клетки.

В чем вы сильны?

Основные навыки

Владею необходимыми методами для разработки и оптимизации тест-систем на основе ПЦР и LAMP, включая все этапы биоинформатики, «мокрую» биологию и анализ данных при валидации. Микробиологическое образование помогает при уточнении систематического положения видов, получении чистых культур бактерий и молекулярном клонировании. Английский язык уровня Intermediate позволяет читать и писать научные тексты, а также общаться и вести переписку с зарубежными коллегами.

Метод LAMP был использован, например, при создании одной из наиболее быстрых российских тест-систем на коронавирус. С пресс-релизом компании «Система-БиоТех» можно ознакомиться здесь. У меня есть практический опыт разработки тест-систем такого типа.

Имеется удостоверение о повышении квалификации по программе «Клиническая лабораторная диагностика» (492 часа; включая ПЦР-исследования инфекционных заболеваний, в том числе COVID-19).

Опыт в биоинформатике:

  • Скрининг мишеней в геноме для дизайна праймеров;
  • Поиск видоспецифичных нуклеотидных полиморфизмов;
  • Филогенетический анализ: MLSA и гены 16S рРНК;
  • Суммарные индексы родства: AAI, ANI и dDDH;
  • Моделирование структур нуклеиновых кислот и белков;
  • Работа в командной строке, владение языками Python и R.

Опыт экспериментальной работы:

  • Экспериментальная оптимизация амплификации и клиническая валидация тест-систем на основе ПЦР и LAMP для обнаружения РНК- и ДНК-мишеней;
  • Работал на термоциклерах CFX96 Touch, QuantStudio 5, Gentier 96E, SimpliAmp и StepOnePlus;
  • Разработка LAMP: реал-тайм, цветные тесты, тест-полоски, сухие реакционные смеси;
  • Использование стандарта MIQE;
  • Дизайн мультиплексной ПЦР;
  • Получение и депонирование чистых культур бактерий;
  • Молекулярное клонирование, подбор рестриктаз, вставки до килобазы;
  • Выделение и очистка нуклеиновых кислот наборами;
  • Электрофорез и кластерный анализ фингерпринтов ДНК.

Организационные навыки:

  • Планирование задач исследовательского проекта;
  • Работа с электронной системой для учёта расходных материалов лаборатории и графика работы на оборудовании;
  • Составление отчётности и конкурсной документации по научным грантам;
  • Оформление заявок на патентование праймеров и регистрацию программ в Роспатенте;
  • Опыт руководства научной группой из 4 человек;
  • Навыки делового общения, презентации и переписки.

Графический дизайн:

Создал логотип для Центра молекулярной медицины и диагностики ФГБУ ФНКЦ ФХМ ФМБА России, который используется при оформлении конференций, документов и презентаций:

Расскажите о себе что-нибудь еще: публикации, конференции, хобби

Экспериментальные статьи

  1. Ширшиков Ф. В. с соавт., 2023. ТБ-ИЗАТЕСТ: способ дифференциальной диагностики Mycobacterium tuberculosis методом LAMP. Биоорганическая химия, T. 49 (6): 627–640. — перечень ВАК
  2. Shirshikov F. V. et al., 2023. TB-ISATEST: a Diagnostic LAMP Assay for Differentiation of Mycobacterium tuberculosis. Russian Journal of Bioorganic Chemistry, V. 49 (6): 1279–1292. — Q4 / IF 1.254 / Scopus
  3. Shirshikov F. V. et al., 2019. MorphoCatcher: a multiple-alignment based web tool for target selection and designing taxon-specific primers in the loop-mediated isothermal amplification method. PeerJ, V. 7: e6801. — Q1 / IF 3.060 / Scopus
  4. Shirshikov F. V. et al., 2018. Draft genome sequences of new genomospecies "Candidatus Pectobacterium maceratum" strains, which cause soft rot in plants. Genome Announcements, V. 6 (15): e00260–18. — Q3 / IF 0.886 / Scopus
  5. Shirshikov F. V. et al., 2013. A hydrophobic segment of some cytotoxic ribonucleases. Medical Hypotheses, V. 81 (2): 328–334. — Q2 / IF 3.726 / Scopus
  6. Коновалова О. А., Калачёва Н. В., Ширшиков Ф. В., Салахов М. Х., 2011. Изучение особенностей электростатического взаимодействия РНКаз с поверхностью слюды методом атомно-силовой микроскопии. Российские нанотехнологии. Т. 6 (7–8): 122–125. — перечень ВАК
  7. Konovalova O. A., Kalacheva N. V., Shirshikov F. V., Salakhov M. K., 2011. Study of characteristics of electrostatic interaction between RNases and mica surface using atomic force microscopy. Nanotechnologies in Russia. V. 6 (7–8): 510–515. — Q4 / IF 0.626 / Scopus

Обзорные статьи

  1. Ширшиков Ф. В. с соавт., 2022. Петлевая изотермическая амплификация: от теории к практике. Биоорганическая химия. Т. 48 (6): 677–693. — перечень ВАК
  2. Shirshikov F. V. et al., 2022. Loop-Mediated Isothermal Amplification: From Theory to Practice. Russian Journal of Bioorganic Chemistry. V. 48 (6): 1159–1174. — Q4 / IF 1.254 / Scopus

Педагогическая практика

  1. Полимеразная цепная реакция: история метода, разновидности и применение (07.11.2022). Лекция для студентов магистратуры РХТУ им. Д. И. Менделеева;
  2. Иммуноферментный анализ: принцип метода и применение в лабораторной диагностике (12.12.2022). Лекция для студентов магистратуры РХТУ им. Д. И. Менделеева;
  3. Полимеразная цепная реакция и петлевая изотермическая амплификация: основные принципы методов амплификации ДНК (02.05.2023). Лекция для студентов бакалавриата РХТУ им. Д. И. Менделеева.

Научно-популярные статьи

  1. Моё интервью для портала о молекулярной диагностике PCR.news о практическом опыте в методе LAMP с реагентами New England Biolabs;
  2. Полнотекстовая статья о научной работе в ИБХ РАН, методе LAMP и открытии нового вида бактерий специально для журнала Минобрнауки РФ и Фестиваля Науки «Кот Шрёдингера»;
  3. Небольшой монолог для проекта о молодых учёных "Картина мира в черепной коробке" для журнала Минобрнауки РФ и Фестиваля Науки «Кот Шрёдингера»;
  4. Новостная заметка о противоопухолевых РНКазах из дипломной работы в журнале «Кот Шрёдингера»;
  5. Публицистический текст о дипломном проекте в Казанском университете для сайта «Теории и практики Москвы» и их проекта «Молодые учёные».

Трудоустройство по грантам

  • Грант РНФ № 20-75-10144 по теме «Создание новых микрофлюидных биосенсоров для диагностики и типирования туберкулезной инфекции»;
  • Грант РНФ № 16-16-00073 по теме «Молекулярно-биологические основы защиты картофеля от пектолитических бактерий с помощью бактериофагов»;
  • Мегагрант Правительства РФ № 14.W03.31.0003 по теме «Новые функции клеточного ядра и комплексная устойчивость растений картофеля к болезням и физиологическим стрессам»;
  • Грант Фонда содействия инновациям по договору № 142АГР/19245 от 08.12.2015.

Патенты и программы для ЭВМ

  • Ширшиков Ф. В. с соавт., 2023. Заявка в Роспатент № 2022133809 на изобретение: «Способ идентификации бактерий вида Mycobacterium tuberculosis с помощью метода петлевой изотермической амплификации». Проведена экспертиза по существу, вынесено решение о выдаче патента.
  • Ширшиков Ф. В. с соавт., 2019. Программный комплекс для иерархического кластерного анализа суммарных индексов родства геномов в таксономических исследованиях. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ — RU 2019663549 от 18.10.2019.
  • Ширшиков Ф. В. с соавт., 2018. Программа поиска специфичных нуклеотидных полиморфизмов в гомологичных участках генома при разработке праймеров для петлевой изотермической амплификации. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ — RU 2018616252 от 25.05.2018.
  • Мирошников К. А., Ширшиков Ф. В. 2018. Набор праймеров и способ определения бактерии вида Dickeya solani. Патент на изобретение — RU 2642313 C1 от 24.01.2018.

Библиографические базы

  • Список публикаций в PubMed;
  • Профиль в базе CoLab;
  • Публикации в eLIBRARY.

Конкурсы молодых учёных

  • Третье место и диплом в конкурсе молодых учёных на XXXIV Зимней молодёжной научной школы «Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии» с устным докладом на тему «Высокопроизводительный скрининг мишеней и дизайн праймеров при создании тест-систем для генотипирования вирусов человека». — ИБХ РАН, 8–11 февраля 2022 г., Москва, Россия.

Научные школы

  • Участник летних школ SmartAgro BRICKS+ и «Патентная школа» Открытого университета Сколково;
  • Вместе с командой занял второе место на «АгроХакатоне 4», проводимом совместно МИСиС и Сколтехом;
  • Участник проекта "Летняя школа" на секции "Научная журналистика";
  • Закончил стартап-школу ГБУ «Малый бизнес Москвы»;
  • Участвовал в проекте Научного парка МГУ «Формула БИОТЕХ 2018»;
  • Выступал на научно-практическом семинаре «День NEB», организованном компаниями SkyGen и New England Biolabs, с докладом на тему «Метод LAMP: перспективы лабораторной и полевой экспресс-диагностики».

Стипендии

  • Государственная стипендия Республики Татарстан, 2014;
  • Стипендия Правительства Российской Федерации, 2011–2012;
  • Стипендия им. профессора Беляевой М. И. для микробиологов.

Членство в научных обществах

  • Межрегиональное микробиологическое общество (с 2022 г.);
  • Американское фитопатологическое общество (с 2022 г.);
  • Федерация европейских биохимических обществ (с 2013 г.);
  • Российское общество биохимиков и молекулярных биологов РАН (с 2013 г.).

Тезисы конференций

  • Ширшиков Ф. В. с соавт., 2023. ТБ-ИЗАТЕСТ: перспективы point-of-care диагностики возбудителя туберкулёза методом LAMP. — Международная научно-практическая конференция «Молекулярная диагностика-2023». — Гостиница «Космос», 14–16 ноября 2023 г., Москва, Россия.
  • Ширшиков Ф. В. с соавт., 2023. Динамика изменчивости нуклеотидной последовательности генов SARS-CoV-2, используемых в качестве мишеней для диагностики. — Сборник тезисов XXXV Зимней молодёжной научной школы «Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии». — ИБХ РАН, 8–11 февраля 2023 г., Москва, Россия.
  • Ширшиков Ф. В., 2023. ТБ-ИЗАТЕСТ: быстрый и чувствительный способ молекулярной диагностики Mycobacterium tuberculosis для количественного анализа эффективности применяемой схемы антибактериальной химиотерапии. — Материалы Международного молодёжного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2023». — МГУ, 10–21 апреля 2023 г., Москва, Россия.
  • Shirshikov F. V., 2022. Genome-based taxonomic analyses of plant pathogenic genera Pectobacterium and Dickeya suggests a larger inter- and intraspecific diversity. — Материалы Международного молодёжного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2022». — МГУ, 11–12 апреля 2022 г., Москва, Россия. — ISBN 978-5-317-06824-0.
  • Ширшиков Ф. В. с соавт., 2022. Высокопроизводительный скрининг мишеней и дизайн праймеров при создании тест-систем для генотипирования вирусов человека. — Сборник тезисов XXXIV Зимней молодёжной научной школы «Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии». — ИБХ РАН, 8–11 февраля 2022 г., Москва, Россия. — С. 162.
  • Ширшиков Ф. В., 2019. MorphoCatcher: веб-сервис для скрининга ортологичных генов-мишеней, поиска нуклеотидных полиморфизмов и дизайна таксон-специфичных праймеров в методе петлевой изотермической амплификации. — Материалы Международного молодёжного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2019». — МГУ, 8–12 апреля 2019 г., Москва, Россия. — ISBN 978-5-317-06100-5.
  • Ширшиков Ф. В., 2018. Сравнительная геномика и систематическое положение нового фитопатогена "Candidatus Pectobacterium maceratum", вызывающего мокрую гниль. — Материалы Международного молодёжного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2018». — МГУ, 9–13 апреля 2018 г., Москва, Россия. — ISBN 978-5-317-05800-5.
  • Shirshikov F. V. et al., 2018. On the new genomospecies "Candidatus Pectobacterium maceratum", a necrotrophic bacterium with own insect vector. — 3rd Conference on Ecology of Soil Microorganisms, June 17–21, 2018. — Helsinki, Finland. — ISBN 978-952-326-584-4. — P. 183.
  • Ширшиков Ф. В. с соавт., 2018. Лабораторная диагностика бактериального патогена картофеля Dickeya solani методом петлевой изотермической амплификации. — Сборник тезисов XXX Зимней молодёжной научной школы «Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии». — ИБХ РАН, 12–15 февраля 2018 г., Москва, Россия. — С. 35.
  • Ширшиков Ф. В. с соавт., 2015. Фармакофорные модели полипептидных нейротоксинов яда скорпионов. — Сборник тезисов XXVII Зимней молодёжной научной школы «Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии». — ИБХ РАН, 9–12 февраля 2015 г., Москва, Россия. — С. 49.
  • Shirshikov F. V., 2013. On the molecular basis of the onconase and barnase cytotoxicity. — Abstracts of the 38th FEBS (Federation of European Biochemical Societies) Congress, July 6–11, 2013. — Saint Petersburg, Russia. — FEBS Journal. V. 280 (Suppl. 1), 545. — PubMed ID: 23815733. — DOI: 10.1111/febs.12339.
  • Shirshikov F. V. et al., 2013. Hydrophobic segment: an essential domain for cytotoxicity of dimeric ribonucleases? — Abstracts of the 38th FEBS (Federation of European Biochemical Societies) Congress, July 6–11, 2013. — Saint Petersburg, Russia. — FEBS Journal. V. 280 (Suppl. 1), 537. — PubMed ID: 23815733. — DOI: 10.1111/febs.12339.
  • Shirshikov F. V., 2013. Evolutionary role of the hydrophobic segment of bacillar ribonucleases. — Abstracts of the Kazan Summer School on Chemoinformatics, August 26–29, 2013. — Kazan, Russia. — P. 31.
  • Shirshikov F. V., 2013. Physicochemical properties of the antitumor ribonucleases. — Abstracts of the Kazan Summer School on Chemoinformatics, August 26–29, 2013. — Kazan, Russia. — P. 32.
  • Ширшиков Ф. В., 2013. Гидрофобный сегмент цитотоксичной биназы. — Материалы Международного молодёжного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2013». — МГУ, 8–12 апреля 2013 г., Москва, Россия. — ISBN 978-5-317-04429-9.