Газета "Пошук" №49 (тисячу двісті сімдесят дев'ять) від 6 грудня 2013 р
Практична спрямованість наук про життя сумнівів не викликає: хоч урожай підвищити, хоч ліки нове створити. Людство це розуміє: тільки на фінансування досліджень з молекулярної біології йде половина світових наукових витрат. Результати не змушують на себе чекати - останні років п'ять за дослідження з цієї дисципліни регулярно присуджують Нобелівські премії. На жаль, Росія, як водиться, йде своїм шляхом. Лише окремі прозорливі керівники віддають належне світовим тенденціям: у 2011 році з ініціативи Президії Сибірського відділення РАН був створений новий НДІ - Інститут молекулярної і клітинної біології СО РАН. Два минулі роки підтвердили правильність рішення: співробітники інституту випустили понад 100 наукових статей з дуже хорошим індексом цитування, зокрема, з 22 статей, опублікованих вченими СО РАН в Science, три належать перу співробітників ІМКБ.
Який породи давня собака?
- Чому Нобелівські премії за вивчення, наприклад, теломер (кінцеві ділянки хромосом) отримують американські, а не сибірські вчені? - задається питанням директор Інституту молекулярної і клітинної біології академік Ігор Жімулев. - У них немає такої заорганізованності і адміністрування в структурі науки, немає Федерального агентства наукових організацій і Міністерства освіти і науки. З 1991 року в російській науці постійно відбуваються радикальні перетворення, перестановки і перебудови, зміни статутів. Якщо порівнювати фінансування, то, наприклад, кожен грант в американській програмі ModEncode перевершував за розмірами всі гранти в сумі нашої передової георгіївською програми, яка фінансує практично всю молекулярну біологію країни. Російський академік Георгій Георгієв, легендарна особистість, один із творців сучасної молекулярної біології, запропонував дуже продуману і своєчасну програму, фінансовану РАН, - "Програму молекулярної і клітинної біології". Вона фактично дала початок нашому інституту.
Що вивчає інститут? Молекулярну організацію окремих генів, хромосом і геномів. Що таке хромосома? Ефективне "пристрій" для розташування генів, що забезпечує їх точну роботу, відтворення і транспортування під час клітинних поділів. Крім генів в хромосомах є дві структури - теломера для запечатування її кінців і забезпечення повного відтворення ДНК в геномі і центромера - структура для транспортування хромосом.
Наш відділ за останні два роки зробив дуже важливі узагальнення про те, як влаштована хромосома в той час, коли вона працює (так звана інтерфазна хромосома). Основний об'єкт для генетиків - плодова мушка дрозофіла, у неї приблизно 15 тисяч генів, у людини - близько 21 тисячі. Ми вперше встановили, що всі типи інтерфазних хромосом у дрозофіли організовані за єдиним планом. Друге досягнення - виявили спеціальні структури в хромосомах, в яких функціонують постійно працюють гени і гени, які включаються-вимикаються на різних етапах розвитку (регульовані гени). Питання, як ці два типи генів вбудовані в хромосому, довгий час хвилювало генетиків. Ми на нього відповіли.
Найсвіжіша - листопадова - публікація за участю співробітників ІМКБ в журналі Science носить назву "Повний мітохондріальний геном древніх вовчих передбачає європейське походження домашніх собак". У ній проаналізовано породи 150 вовків і собак, в тому числі 18 стародавніх.
- Давня собака - її череп був знайдений в алтайської печері Розбійницької новосибірським археологом Миколою Оводова, а повний мітохондріальний геном прочитаний в нашій лабораторії цитогенетики тварин - в цій публікації абсолютна зірка, - посміхається заступник директора ІМКБ з наукової роботи доктор біологічних наук Олександр Графодатскій. - Їй 34 тисячі років, але ДНК виділити вдалося. Дивно, що наша давня собака виявилася родичкою по материнській лінії вимерлим древнім вовкам Європи (останки двох знайшли в Швейцарії) і двом сучасним породам лайок зі Скандинавії. Нам вдалося довести, що перші приручені людиною собаки виникли набагато раніше, ніж передбачалося.
Ми займаємося не тільки древніми видами - матеріал для досліджень у нас багатий. У нашій лабораторії зібрана одна з найбільших в світі і найбільша у Росії колекція клітинних культур, де можна знайти і кита, і слона, і бегемота, і жирафа, і більш екзотичних представників сучасної фауни.
Ще одне цікаве дослідження: виявлені активні гени на додаткових По-хромосомах доместіцірованних лисиць, виведених в Інституті цитології і генетики. Це важливо для подальшого розвитку ген-спрямованої терапії, основна проблема якої полягає в тому, що гени вбудовуються в геном довільно і часто викликають потім онкологію. А додаткові хромосоми в геном не вбудовуються, їх можна використовувати без ризику.
Інший напрямок, що має безпосереднє відношення до медицини, - вивчення фундаментальних проблем канцерогенезу.
- Фундаментальні дослідження дають безпосередні виходи на рішення вузлових проблем клінічної онкології, зокрема на нові методи ранньої діагностики раку, - розповідає доктор біологічних наук Микола Колесников. - Наші дослідження пов'язані з новим класом регуляторних молекул, виявлених в геномі людини, - мікроРНК. Дерегуляція синтезу мікроРНК веде до патологічних процесів - онкології, запалень, серцево-судинних захворювань. Відповідно, мікроРНК можуть бути молекулярними біомаркерами всіх процесів, які відбуваються в канцерогенезі.
Ми співпрацюємо з колегами з фірми "Вектор-Бест", що виробляє діагностикуми, з новосибірськими клініцистами, з інститутами СО РАМН. Уже зроблена діагностична панель тіроідов-1, яка дозволяє - на відміну від морфологічних методів, застосовуваних в гістології, - швидко і надійно провести аналіз тканини, зареєструвати кількість онкомікроРНК і відрізнити таким чином з високою точністю злоякісну пухлину від доброякісної. Як будь-яка методика, ця повинна пройти етапи недовіри, довіри, рутинного використання. І тут заважає відсутність кваліфікованих кадрів. Медики і молекулярні біологи повинні говорити на одній мові, і ця мова ще належить сформувати.
- Думаю, проблему вирішити в наших силах, - додає академік Жімулев. - Я вже рік "пробиваю" створення в Новосибірському державному університеті кафедри молекулярної генетики. І якщо ми хочемо, щоб наших генетиків перестали вчити на завданнях 1920-х років, - відкриття такої спеціальності необхідно.
Дійсно, експерименти, що проводяться в інституті, вражають: лабораторія геноміки (завідувач - молодий кандидат наук Степан Белякін) використовує нові технології, що дозволяють досліджувати функціональний стан всіх генів в одному експерименті. Модельним об'єктом є знову ж дрозофіла. На ній вивчаються регуляторні генетичні процеси, які супроводжують спеціалізацію клітин організму, як на рівні дії окремих регуляторів, так і на рівні складно організованих хромосомних доменів.
Лабораторія хромосомної інженерії (завідувач - доктор біологічних наук Сергій Демаков) - одна з найкращих лабораторій в Росії, роблять вектори (переносники генетичного матеріалу) для експериментів. Такий вектор - свого роду конструктор, у якого є ціла серія вирізаних з різних організмів деталей: активатори транскрипції - з дріжджів, ділянки хромосом - з мобільних елементів дрозофіли, сам ген - людини або миші.
Наприклад, в лабораторії зайнялися слабо вивченими междіскамі - морфологічними структурами хромосом. Для їх вивчення використовували метод спрямованого моделювання структур хромосом in vivo за допомогою штучного залучення конкретних білків або інтеграції фрагментів ДНК в певний район хромосоми. Крім того, розробили оригінальний підхід, який вирішує проблему точної прив'язки і дозволяє встановити, яку ділянку генома входить до складу междіска, і досліджувати його властивості.
Співробітники лабораторії генетики клітинного циклу відкрили новий ген MAST. Крім того, разом з американськими колегами з дитячого госпіталю Коламбуса і Університету Огайо досліджували пухлинний супресор Merlin (у людини таке захворювання називається "нейрофіброматоз-2" - розростання вушного нерва). Завідувач лабораторією генетики клітинного циклу доктор біологічних наук Леонід Омельянчук вважає, що такі роботи можна проводити і безпосередньо на дрозофілі, так як гени пухлинних супресорів у людини і у цій мушки високо гомологічних.
Мітохондріальний геном людини (мтДНК), в силу його малого розміру, консервативної організації, успадкування по материнській лінії за відсутності рекомбінації і високій швидкості мутації, виявився ідеальним інструментом для вивчення еволюційної історії людини. В лабораторії молекулярної генетики людини (завідувач - доктор біологічних наук Рем Сукернік) прочитано близько 400 повних мтДНК-геномів корінних жителів Сибіру. В результаті вдалося з'ясувати генетичну історію корінних жителів Чукотки, Камчатки, Командорських островів, Нижньої Обі і Єнісею, Таймиру, Алтаї-Саянського нагір'я, Нижнього Амура, оцінити внесок протоевразійскіх популяцій в генетичну різноманітність корінного населення Сибіру, разом з американськими колегами запропонувати і обгрунтувати модель неодноразової міграції сибірських предків перших американців до Нового Світу в кінці льодовикового періоду.
Значна частина досліджень присвячена селекції рослин. В лабораторії молекулярної генетики намагаються відповісти на ряд важливих питань: які генетичні чинники визначають здатність до схрещування різних видів злаків? чому схрещування різних видів пшениці і жита виявилося більш успішним, ніж гібридизація величезної кількості видів рослин і тварин з точки зору отримання відтвореного потомства? Основне завдання досліджень, за словами завідувача лабораторією доктора біологічних наук Олександра Вершиніна, - аналіз молекулярної структури центромерних районів хромосом пшениці і жита. Її рішення дозволить зрозуміти генетичні фактори і механізми, які контролюють процеси спаровування і розбіжності хромосом, сприятиме більш усвідомленого підбору батьківських форм для схрещувань і більш обгрунтованого прогнозування можливостей використання одержуваних гібридів з заданими властивостями в селекції.
У лабораторії цитології і апоміксиса (апоміксис - бесполосеменное розмноження рослин, фактично створена природою технологія клонування) працюють з гібридними лініями кукурудзи і її дикого родича тріпсакума, виведеними ще учнями Миколи Вавилова. Апоміктичних гібриди кукурудзи здатні рости на солончаках і обводнених ґрунтах. Дають майже в три рази більше зеленої маси з гектара, мають унікальну фуражної цінністю і можуть, на думку завідувача лабораторією доктора біологічних наук Віктора Соколова, зробити другу "зелену революцію" (перша була здійснена нобеліатом американцем Норманом Борлаугом, який вивів напівкарликові, невилягаючим сорти пшениці) . Для здійснення революції необхідно створити стійкий апоміктичних культурний сорт, здатний формувати фертильних пилок. Істотний заділ у сибірських вчених є, але фінансування явно не вистачає.
Чи дадуть молекулярним біологам продовжувати їх дивовижні досліди, або вони стануть жертвою чиновницьких експериментів, покаже найближче майбутнє.
Ольга Колесова
PDF-файл статті, стор 8
PDF-файл статті, стор 9
Чому Нобелівські премії за вивчення, наприклад, теломер (кінцеві ділянки хромосом) отримують американські, а не сибірські вчені?
Що вивчає інститут?
Що таке хромосома?
В лабораторії молекулярної генетики намагаються відповісти на ряд важливих питань: які генетичні чинники визначають здатність до схрещування різних видів злаків?
Ому схрещування різних видів пшениці і жита виявилося більш успішним, ніж гібридизація величезної кількості видів рослин і тварин з точки зору отримання відтвореного потомства?
