Больше жизни! В Сибирском отделении РАН видят перспективы биологических наук

Газета "Поиск" №49 (1279) от 6 декабря 2013 г.

Практическая направленность наук о жизни сомнений не вызывает: хоть урожай повысить, хоть лекарство новое создать. Человечество это понимает: только на финансирование исследований по молекулярной биологии идет половина мировых научных расходов. Результаты не заставляют себя ждать - последние лет пять за исследования по этой дисциплине регулярно присуждают Нобелевские премии. Увы, Россия, как водится, идет своим путем. Лишь отдельные прозорливые руководители отдают должное мировым тенденциям: в 2011 году по инициативе Президиума Сибирского отделения РАН был создан новый НИИ - Институт молекулярной и клеточной биологии СО РАН. Два прошедших года подтвердили правильность решения: сотрудники института выпустили более 100 научных статей с очень хорошим индексом цитирования, в частности, из 22 статей, опубликованных учеными СО РАН в Science, три принадлежат перу сотрудников ИМКБ.

Какой породы древняя собака?

- Почему Нобелевские премии за изучение, например, теломер (концевые участки хромосом) получают американские, а не сибирские ученые? - задается вопросом директор Института молекулярной и клеточной биологии академик Игорь Жимулев. - У них нет такой заорганизованности и администрирования в структуре науки, нет Федерального агентства научных организаций и Министерства образования и науки. С 1991 года в российской науке постоянно происходят радикальные преобразования, перестановки и перестройки, изменения уставов. Если сравнивать финансирование, то, например, каждый грант в американской программе ModEncode превосходил по размерам все гранты в сумме нашей передовой георгиевской программы, финансирующей практически всю молекулярную биологию страны. Российский академик Георгий Георгиев, легендарная личность, один из творцов современной молекулярной биологии, предложил очень продуманную и своевременную программу, финансируемую РАН, - "Программу молекулярной и клеточной биологии". Она фактически дала начало нашему институту.

Что изучает институт? Молекулярную организацию отдельных генов, хромосом и геномов. Что такое хромосома? Эффективное "устройство" для расположения генов, обеспечивающее их точную работу, воспроизводство и транспортировку во время клеточных делений. Кроме генов в хромосомах есть две структуры - теломера для запечатывания ее концов и обеспечения полного воспроизводства ДНК в геноме и центромера - структура для транспортировки хромосом.

Наш отдел за последние два года сделал очень важные обобщения о том, как устроена хромосома в то время, когда она работает (так называемая интерфазная хромосома). Основной объект для генетиков - плодовая мушка дрозофила, у нее примерно 15 тысяч генов, у человека - около 21 тысячи. Мы впервые установили, что все типы интерфазных хромосом у дрозофилы организованы по единому плану. Второе достижение - выявили специальные структуры в хромосомах, в которых функционируют постоянно работающие гены и гены, которые включаются-выключаются на разных этапах развития (регулируемые гены). Вопрос, как эти два типа генов встроены в хромосому, долгое время волновал генетиков. Мы на него ответили.

Самая свежая - ноябрьская - публикация с участием сотрудников ИМКБ в журнале Science носит название "Полный митохондриальный геном древних волчьих предполагает европейское происхождение домашних собак". В ней проанализированы породы 150 волков и собак, в том числе 18 древних.

- Древняя собака - ее череп был найден в алтайской пещере Разбойничьей новосибирским археологом Николаем Оводовым, а полный митохондриальный геном прочитан в нашей лаборатории цитогенетики животных - в этой публикации абсолютная звезда, - улыбается заместитель директора ИМКБ по научной работе доктор биологических наук Александр Графодатский. - Ей 34 тысячи лет, но ДНК выделить удалось. Удивительно, что наша древняя собака оказалась родственницей по материнской линии вымершим древним волкам Европы (останки двух нашли в Швейцарии) и двум современным породам лаек из Скандинавии. Нам удалось доказать, что первые прирученные человеком собаки возникли гораздо раньше, чем предполагалось.

Мы занимаемся не только древними видами - материал для исследований у нас богатый. В нашей лаборатории собрана одна из крупнейших в мире и крупнейшая в России коллекция клеточных культур, где можно найти и кита, и слона, и бегемота, и жирафа, и более экзотических представителей современной фауны.

Еще одно интересное исследование: обнаружены активные гены на добавочных В-хромосомах доместицированных лисиц, выведенных в Институте цитологии и генетики. Это важно для дальнейшего развития ген-направленной терапии, основная проблема которой состоит в том, что гены встраиваются в геном произвольно и часто вызывают потом онкологию. А добавочные хромосомы в геном не встраиваются, их можно использовать без риска.

Другое направление, имеющее непосредственное отношение к медицине, - изучение фундаментальных проблем канцерогенеза.

- Фундаментальные исследования дают непосредственные выходы на решение узловых проблем клинической онкологии, в частности на новые методы ранней диагностики рака, - рассказывает доктор биологических наук Николай Колесников. - Наши исследования связаны с новым классом регуляторных молекул, выявленных в геноме человека, - микроРНК. Дерегуляция синтеза микроРНК ведет к патологическим процессам - онкологии, воспалениям, сердечно-сосудистым заболеваниям. Соответственно, микроРНК могут быть молекулярными биомаркерами всех процессов, которые происходят в канцерогенезе.

Мы сотрудничаем с коллегами из фирмы "Вектор-Бест", производящей диагностикумы, с новосибирскими клиницистами, с институтами СО РАМН. Уже сделана диагностическая панель ТИРОИД-1, которая позволяет - в отличие от морфологических методов, применяемых в гистологии, - быстро и надежно произвести анализ ткани, зарегистрировать количество онкомикроРНК и отличить таким образом с высокой точностью злокачественную опухоль от доброкачественной. Как любая методика, эта должна пройти этапы недоверия, доверия, рутинного использования. И здесь мешает отсутствие квалифицированных кадров. Медики и молекулярные биологи должны говорить на одном языке, и этот язык еще предстоит сформировать.

- Думаю, проблему решить в наших силах, - добавляет академик Жимулев. - Я уже год "пробиваю" создание в Новосибирском государственном университете кафедры молекулярной генетики. И если мы хотим, чтобы наших генетиков перестали учить на задачах 1920-х годов, - открытие такой специальности необходимо.

Действительно, эксперименты, проводимые в институте, впечатляют: лаборатория геномики (заведующий - молодой кандидат наук Степан Белякин) использует новые технологии, позволяющие исследовать функциональное состояние всех генов в одном эксперименте. Модельным объектом является опять же дрозофила. На ней изучаются регуляторные генетические процессы, сопровождающие специализацию клеток организма, как на уровне действия отдельных регуляторов, так и на уровне сложно организованных хромосомных доменов.

Лаборатория хромосомной инженерии (заведующий - доктор биологических наук Сергей Демаков) - одна из лучших лабораторий в России, делающих векторы (переносчики генетического материала) для экспериментов. Такой вектор - своего рода конструктор, у которого есть целая серия вырезанных из разных организмов деталей: активаторы транскрипции - из дрожжей, участки хромосом - из мобильных элементов дрозофилы, сам ген - человека или мыши.

Например, в лаборатории занялись слабо изученными междисками - морфологическими структурами хромосом. Для их изучения использовали метод направленного моделирования структур хромосом in vivo с помощью искусственного привлечения конкретных белков или интеграции фрагментов ДНК в определенный район хромосомы. Кроме того, разработали оригинальный подход, который решает проблему точной привязки и позволяет установить, какой участок генома входит в состав междиска, и исследовать его свойства.

Сотрудники лаборатории генетики клеточного цикла открыли новый ген MAST. Кроме того, вместе с американскими коллегами из детского госпиталя Коламбуса и Университета Огайо исследовали опухолевый супрессор Merlin (у человека такое заболевание называется "нейрофиброматоз-2" - разрастание ушного нерва). Заведующий лабораторией генетики клеточного цикла доктор биологических наук Леонид Омельянчук считает, что такие работы можно проводить и непосредственно на дрозофиле, так как гены опухолевых супрессоров у человека и у этой мушки высоко гомологичны.

Митохондриальный геном человека (мтДНК), в силу его малого размера, консервативной организации, наследования по материнской линии в отсутствие рекомбинации и высокой скорости мутирования, оказался идеальным инструментом для изучения эволюционной истории человека. В лаборатории молекулярной генетики человека (заведующий - доктор биологических наук Рем Сукерник) прочитано около 400 полных мтДНК-геномов коренных жителей Сибири. В итоге удалось выяснить генетическую историю коренных жителей Чукотки, Камчатки, Командорских островов, Нижней Оби и Енисея, Таймыра, Алтае-Саянского нагорья, Нижнего Амура, оценить вклад протоевразийских популяций в генетическое разнообразие коренного населения Сибири, вместе с американскими коллегами предложить и обосновать модель неоднократной миграции сибирских предков первых американцев в Новый Свет в конце ледникового периода.

Значительная часть исследований посвящена селекции растений. В лаборатории молекулярной генетики пытаются ответить на ряд важных вопросов: какие генетические факторы определяют способность к скрещиванию различных видов злаков? почему скрещивание различных видов пшеницы и ржи оказалось более успешным, нежели гибридизация огромного множества видов растений и животных с точки зрения получения воспроизводимого потомства? Основная задача исследований, по словам заведующего лабораторией доктора биологических наук Александра Вершинина, - анализ молекулярной структуры центромерных районов хромосом пшеницы и ржи. Ее решение позволит понять генетические факторы и механизмы, контролирующие процессы спаривания и расхождения хромосом, будет способствовать более осознанному подбору родительских форм для скрещиваний и более обоснованному прогнозированию возможностей использования получаемых гибридов с заданными свойствами в селекции.

В лаборатории цитологии и апомиксиса (апомиксис - бесполосеменное размножение растений, фактически созданная природой технология клонирования) работают с гибридными линиями кукурузы и ее дикого родственника трипсакума, выведенными еще учениками Николая Вавилова. Апомиктичные гибриды кукурузы способны расти на солончаках и обводненных почвах. Дают почти в три раза больше зеленой массы с гектара, обладают уникальной фуражной ценностью и могут, по мнению заведующего лабораторией доктора биологических наук Виктора Соколова, произвести вторую "зеленую революцию" (первая была совершена нобелиатом американцем Норманом Борлаугом, выведшим полукарликовые, неполегающие сорта пшеницы). Для совершения революции необходимо создать устойчивый апомиктичный культурный сорт, способный формировать фертильную пыльцу. Существенный задел у сибирских ученых есть, но финансирования явно не хватает.

Дадут ли молекулярным биологам продолжать их удивительные опыты, или они станут жертвой чиновничьих экспериментов, покажет ближайшее будущее.

Ольга КОЛЕСОВА

PDF-файл статьи, стр 8
PDF-файл статьи, стр 9