73

Сибирские быки "из пробирки"

У русского человека имеются пословицы на все случаи жизни. К примеру, эту: «За морем телушка — полушка, да рубль перевоз» можно с успехом применить к ситуации, когда сибирские животноводы-бизнесмены для разведения высокопроизводительного крупного рогатого скота едут за три моря, чтобы прикупить там две-три сотни породистых буренок, дающих молока в несколько раз больше, чем наши, отечественные.

«Клятые» капиталисты уже около полувека назад научились выращивать коров, дающих небывалые по нашим меркам надои. Этого они добились благодаря целенаправленной селекционно-племенной работе.

Можно ли и в России внедрить эту технологию? Несколько лет назад ученые Института цитологии и генетики СО РАН под руководством академика Николая Александровича Колчанова вплотную занялись проблемой получения элитных телят с помощью эмбриональных технологий.

Сибирские быки "из пробирки" Генетика, Животноводство, Академгородок, Копипаста, Длиннопост

«Ничего не изобретали. Взяли существующую технологию, — рассказал один из инициаторов проекта, заведующий лабораторией прикладных биотехнологий Института цитологии и генетики СО РАН, заведующий эмбриональным центром ОАО «Ваганово», профессор Илья Лукьянов. — Нашли инвестора в Кемеровской области. Это — компания «Сибирский Деловой Союз». Ее президент Михаил Федяев сразу же загорелся этой идеей, понял ее суть».

Эмбриональный центр создали в Кемеровской области на базе сельхозпредприятия «Ваганово». «Мы сделали то, чего нет у нас в России, нет ни у кого, — продолжил Илья Васильевич. — Получили быков-производителей с высокими генетическими параметрами, которые несут в себе мощный геномный потенциал».

На сегодняшний день в племенном хозяйстве «Ваганово» уже получили более 600 голов крупного рогатого скота с высоким генетическим потенциалом. Большая часть из них продана отечественным станциям искусственного осеменения.

Илья Васильевич пояснил, что при традиционном методе селекции продуктивность потомства следующего поколения животных увеличивается незначительно. А при использовании технологии пересадки эмбрионов всего лишь за одно поколение можно достичь небывалого результата, которого раньше добивались минимум за 20 лет.

«Главное то, что мы сегодня уже готовы отказаться от услуг заокеанских производителей элитного скота», — заявил Илья Лукьянов.

Заведующий лабораторией рассказал также о том, что эмбриональный центр «Ваганово» является полноправным членом американской Голштинской Ассоциации, на базе которой было проведено генотипирование первых животных, полученных по новой технологии. Американские специалисты дали подробный генетический прогноз по поводу молодняка. На их основе сибирские ученые сегодня продолжают совершенствовать свою работу.

Сибирские быки "из пробирки" Генетика, Животноводство, Академгородок, Копипаста, Длиннопост

По словам Ильи Васильевича, актуальность задачи освоения трансплантации эмбрионов для России состоит в том, что она значительно сокращает сроки селекции. Те же США, Канада, Голландия на создание своего высококачественного генофонда крупного рогатого скота потратили целое столетие. «У нас столько времени нет, да и не нужно, мы можем этот путь пройти за считанные годы», — уверен ученый.

Решая одну из главных задач, ученые-генетики столкнулись с другой, не менее важной проблемой, связанной с обеспечением животных сбалансированными кормами высокого качества. Как выяснилось, их в Сибири попросту нет.

«Все оказалось немного сложнее, чем мы полагали, — рассказал Лукьянов. — В кормах обязательно должны присутствовать зерна кукурузы, хорошо вызревшие, полноценные. Такую кукурузу сегодня в местных условиях мы пока не можем выращивать, а завозить ее издалека — довольно дорогое удовольствие».

Илья Васильевич считает, что необходимо самим производить полноценные корма. «Мы ищем такие растения, которые бы имели высокие питательные свойства и могли бы заменить зерна кукурузы. Если кто-то научится это делать, то это будет колоссальным рывком в кормлении животных, что, естественно, положительно отразится на качестве племенного скота. Ведь хороший корм является основой здорового молока».

Как известно, доступность различных высоких технологий, а также их низкая цена — это цель любого бизнеса. «Еще раз подчеркну: мы сегодня зависим от всего — от ввоза семени, от ввоза породистых коров, от тех же дорогих кормов и хотим добиться какого-то прорыва! Наверное, так не получится, — говорит ученый. — Нужно иметь все свое. Тогда можно будет говорить о продовольственной безопасности страны».

Большую роль в этом важном государственном деле играет последовательное развитие отечественного животноводства. «У нас для этого есть все возможности: люди, идеи, мозги. Но вот все это связать воедино пока не научились: мозги где-то там, идеи где-то там, практика где-то там, а связующих звеньев нет», — констатирует ученый.

Именно эмбриональный центр «Ваганово», по убеждению Лукьянова, может стать таким связующим звеном. «Вот поэтому мы совместно с академической наукой решили на базе «Ваганово», которое является хорошей основой для практического животноводства, сделать научный центр, — сообщил ученый. — К сожалению, Новосибирской области пока не удалось создать такую структуру».

Как считает Илья Лукьянов, на сегодняшний день актуальной задачей для практического животноводства является создание на уровне Сибирского федерального округа соответствующей структуры, куда бы вошли все области, а также хозяйства с разным генетическим разнообразием крупного рогатого скота.

Впору задаться вопросом: и вправду, почему так получается, что самой прогрессивной в вопросах внедрения в сельское хозяйство передовых мировых технологий оказалась не Новосибирская область, где сосредоточены все силы и умы ученых, а соседний, чисто промышленный регион?

В правительстве Новосибирской области идет разработка инвестиционной Стратегии развития до 2030 года. Было бы хорошо, если бы в ней нашла отражение тема, связанная с таким направлением в животноводстве, как геномно-эмбриональная технология. Ведь ее внедрение может стать настоящим революционным прорывом в области получения животных с высокими генетическими параметрами.

Не стоять на месте, двигаться дальше

Сегодня эмбриональный центр совместно с Институтом цитологии и генетики СО РАН готовы все академические силы бросить на решение самых прорывных и актуальных проблем, которые стоят в животноводстве. И здесь их снова поддержал город Кемерово. Ученых выслушал руководитель области Сергей Цивилев, который «из огромного количества плевел выделил главное зерно, уверенно заявив, что наша эмбриональная технология будет настоящим прорывом». «Этому быть, этим идеям — существовать, — твердо заверил он. — Я буду всемерно способствовать созданию селекционно-генетических центров, а Кемеровская область должна стать прообразом развития эмбриональных программ в Сибирском регионе и на Алтае».

На днях, побывав в «Ваганово», руководитель Кемеровской области так прокомментировал увиденное: «Предприятие добилось высоких результатов. Здесь применяются лучшие научные разработки России и зарубежных стран. Главный результат деятельности хозяйства — успешное объединение практики и науки».

Илья Лукьянов с уверенностью отметил, что поддержка главы Кемеровской области Сергея Цивилева внушает оптимизм, веру в то, что развитие геномно-эмбриональной технологии в Сибири наконец-то получит должное внимание и станет тем локомотивом, который потянет за собой всю животноводческую отрасль страны.

Эмбриональная технология — это новый шаг вперед в развитии отечественного животноводства, одной из самых затратных сегодня отраслей сельского хозяйства. «То, что мы уже научились делать, это всего лишь малая толика из того, чему мы должны еще научиться, — признается ученый. — А хотим мы одного — сделать эмбриональную технологию еще и дешевой, доступной для любого фермера, любого хозяйства».

Дорогу осилит идущий

Геномная селекция — это самый современный способ оценки племенных качеств животных, основанный на установлении очень точной взаимосвязи между структурой ДНК животного, его экстерьером и практическими преимуществами при разведении.

«Мы планируем делать не только методики, которые позволят быстро получать много эмбрионов, мы собираемся вести и геномное редактирование, — рассказал о планах центра эмбриологии Илья Лукьянов. — Если сказать упрощенно, то это замена части ДНК малопродуктивного животного на ДНК животного с высокими геномными параметрами для получения потомства с заранее заложенными характеристиками».

Илья Васильевич, говоря о перспективах, рассказал, что принято решение о том, что на сегодняшний момент основная технологическая база, на которой будут готовиться эмбрионы для подсадки коровам, будет создана в новосибирском Институте цитологии и генетики СО РАН.

«Для того чтобы система правильно работала, необходимо создать несколько таких селекционно-генетический центров, — уточнил ученый. — Центральная база будет — ИЦиГ СО РАН, а геномные центры будут находиться в Ваганово и в Новосибирской области. В Ваганово мы будем делать забор эмбрионов, доставлять их в институт и уже здесь выращивать эмбрионы в пробирке. Эта технология называется In Vitro Fertilization. Сегодня она является самым современным, инновационным методом селекционно-генетической работы».

Ученый считает, что когда система заработает, она сама все вопросы отрегулирует, нужно только быть рядом и корректировать ее.

И все же для решения сложнейших задач генетики нужны прогрессивные руководители, люди, которые стремятся сегодня увидеть завтра, — считает Илья Лукьянов.

И такие люди в Сибири есть. Много высокорентабельных хозяйств, хороших руководителей. Один из них — Сергей Ляхов — возглавляет компанию «Сибирская нива». «Он очень прогрессивный, думающий, грамотный человек. С ним мы разговариваем на одном языке, мы друг друга абсолютно понимаем, — говорит Лукьянов. — Это нас радует. Если таким молодым руководителям оказать помощь, дать им в руки соответствующие технологии и полномочия, то, уверен, они свернут горы, совершат революционный прорыв в племенном животноводстве, сделают в сто раз больше того, чего они достигли сегодня».

Безусловно, сибирские ученые замахнулись на решение такой задачи, которую без участия государства осуществить будет сложно.

«Конечно, в целом, это задача достаточно масштабная и дорогостоящая, которую не решить силами одиночек-энтузиастов, — убежден Илья Васильевич. — Вопрос в том, что на уровне государства должна быть сформулирована концепция ускоренного создания в Сибирском регионе элитного маточного поголовья. Первые серьезные шаги в этом направлении мы уже сделали. Если все вопросы будут решены, мы будем иметь племенных животных, которые будут доступны по цене для отечественных племенных хозяйств и фермеров, можем также их продавать за рубеж, кстати, на тамошних аукционах цена за один экземпляр элитного животного колеблется в пределах 30—100 тысяч долларов».

Василий Матвеюк

Источник

Дубликаты не найдены

+7

>Если сказать упрощенно, то это замена части ДНК малопродуктивного животного на ДНК животного с высокими геномными параметрами для получения потомства с заранее заложенными характеристиками».


Если сказать совсем упрощенно, это получение ГМО. Наши мудаки это запретили, так что, как они собрались работать, пока не очень понятно.

раскрыть ветку 17
+4

Нет. Вы не правы. Не все манипуляции с генами попадают под закон о ГМО.

раскрыть ветку 12
+1

Не все. В научных целях хоть обманипулируйся, а в "промышленных" нельзя. Но ребята явно не чистой наукой заниматься собрались.

раскрыть ветку 11
0
Комментарий удален. Причина: данный аккаунт был удалён
0

Главное же деньги отбить бюджетные, пока нефть в цене и казна в профите, а то что от этого толку не будет - вы об этом и не узнаете - СМИ не напишут и всё )


Уже сколько таких идей быльем заросло

-4

Кстати, крайне интересно. Закон-то научные исследования не запрещал, а вот использования для производства продуктов - очень даже. Статья, по сути, на всю страну рассказывает как эмбриональный центр «Ваганово» нарушает закон.

После более внимательного ознакомления вижу, что они растят бычков-оплодотворителей, которые в пищу не поступают, судя по всему. Очень интересно. Т.е. детки от ГМ-родителя поступят в продажу в качестве еды и будут эту еду производить и всё вроде как ок :D Ведь в них те же самые гены попали не в лаборатории, а со старой доброй спермой.... Ещё раз подчеркивает тупость и бессмысленность закона. Фейспалмище.

раскрыть ветку 1
0

Ну и в чём критика? Они именно этим и занимаются. Формально никак не нарушая закон, используют ГМО.

+2

Одно непонятно - причём здесь Колчанов? Будучи директором ИЦиГ, он ликвидировал несколько экспериментальных лабораторий, поскольку редко публикуют статьи. То ли дело его собственная лаборатория компьютерного моделирования, где не нужно ждать, пока животное вырастет и даст потомство.

раскрыть ветку 4
+2

Ваши претензии (независимо от их обоснованности) не отменяют тот факт, что академик Колчанов возглавлял ИЦиГ в те годы, когда стартовал проект сотрудничества с Ваганово. Он, как руководитель, подписывал и согласовывал соответствующие документы со стороны Института. Поэтому в фразе

Несколько лет назад ученые Института цитологии и генетики СО РАН под руководством академика Николая Александровича Колчанова вплотную занялись проблемой получения элитных телят с помощью эмбриональных технологий.

все верно.

раскрыть ветку 3
+1

Слова "под руководством" обычно означают, что данный человек лично руководил работами в данном направлении. Если бы Вы написали "ученые Института цитологии и генетики СО РАН, возглавляемого академиком Николаем Александровичем Колчановым, вплотную занялись..." всё было бы правильно. А так Вы приписали Колчанову заслуги в деле, которому, по моему мнению, он принёс больше вреда, чем пользы.

раскрыть ветку 2
+3

Десант противников ГМО и прочих поехавших уже высадился?

раскрыть ветку 2
0
Они пока с вакцинацией не закончили. Им не до ГМО.
-1
Ща проснутся и начнут набеги)
+1

Короче все заипись, только кукурузы не хватает, вот кукурузу завезём и заживем, сразу догоним и перегоним америку. Стоп где-то мы это уже слышали. Никита Сергеевич, перелогиньтесь.

раскрыть ветку 1
0
Ну, а на крайний случай, если с кукурузой не выгорит, можно засеять все поля борщевиком, хорошая вещь, растет быстро.
0

Пост про Сибирских мышей куда интереснее

0

Если честно, такие технологии как пересадка эмбрионов у нас были ещё ближе к 90-м годам. Всё получилось апробировать, но с внедрение мне зашло, т.к. отсутствовала адекватная племенная база. В настоящее время даже без использования генных модификаций это может решить проблему отсутствия племенного скота (высокопродуктивных пород) в РФ. Ибо сейчас мы полностью зависим , в этом плане, от заграницы. И проблемы не только с КРС (хотя у нас его не так уж и много), а в большей степени с птицей и свиньями. К тому же, как было отмечено автором, существуют проблемы и в кормовой базе. И это не только отсутствие  необходимых посевных культур (хотя на мой взгляд именно с этой проблемой нам бы ГМО очень помогло), но не возможность производить высокотехнологичные добавки. А, так же не стоит сбрасывать со счетов потребность СХ в ветеринарных препаратах (вакцины, антибиотики и пр.). В настоящее время всё это решаемо , требуется только время и деньги. Но нашему правительству экономически целесообразней закупать говядину в Аргентине и Индии чем обеспечивать продовольственную безопасность страны.

-5

Вроде весь мир сейчас работает над мясом из пробирок. Технология развивается и быстро, почему у нас только сейчас занимаются тем, что было известно  100 дет как прости хоспаде.

раскрыть ветку 6
+3

Ну, положим, не 100 и даже не 50, если говорить об этих технологиях... Ну а в целом, лучше поздно, чем никогда

раскрыть ветку 5
0

Да конечно , здорово что они хоть за что то взялись. Но как бе сейчас актуально другое. Почему бы не попробовать идти в ногу со временем и разрабатывать мясо из пробирок как все. И попытаться конкурировать на этом рынке.

раскрыть ветку 4
ещё комментарии
-1

Отлично, когда возьмутся за людей?

раскрыть ветку 6
+3

На днях исполнилось 40 лет первому человеку, зачатому методом ЭКО. Так что, уже взялись)))

раскрыть ветку 2
+1

ЭКО к генной инженерии не имеет отношения.

раскрыть ветку 1
+1

Когда эволюционируют, поймут что на этих фермах их просто эксплуатируют и найдётся харизматичный лидер, способный повести за собой остальных.

0

Недавно была новость, что в Англии работают над законодательством в этой части.

0
Комментарий удален. Причина: данный аккаунт был удалён
-2
Перенести центр поближе к кормам не проще?
-5

Хозяйство "Веганово"? Заебись. Норм шутейка.

раскрыть ветку 1
+4

ВАганово

ещё комментарии
Похожие посты
98

Как укладка ДНК в клетке может вызывать наследственные болезни

В последние годы в генетике сформировался новый взгляд на геном: не просто цепочка генов, а трехмерная сеть, архитектура которой играет важную роль в реализации информации, заложенной в ДНК. Изучением и моделированием того, как молекула ДНК располагается внутри клеточного ядра и как это влияет на вероятность развития ряда наследственных заболеваний, занимаются сотрудники сектора геномных механизмов онтогенеза ФИЦ ИЦиГ СО РАН. Ряд результатов их работы был представлен на XII международной мультиконференции «Биоинформатика и системная биология» (BGRS/SB-2020). Подробности об этой работе в нашем интервью с руководителем сектора, к.б.н. Вениамином Фишманом.

Как укладка ДНК в клетке может вызывать наследственные болезни Академгородок, ДНК, Генетика, Наследственные болезни, Копипаста, Длиннопост

– Расскажите, в чем заключается цель проводимых Вашей группой исследований 3D-моделей генома человека?

– Когда в геноме возникает какая-то поломка, мутация, которая ведет к развитию патологии, возникает вопрос – по какому пути протекает этот процесс. Если мутация затрагивает какие-то кодирующие участки ДНК, отвечающие за синтез белка, то все, в принципе, очевидно: вот причина, а вот – ее следствие. Но когда мы имеем дело с какими-то крупными перестройками, которые не затронули белок-кодирующие гены, все становится намного сложнее. Потому что не ясно, если все белки остались те же самые, то что вызвало болезнь? Так родилась гипотеза, которая потом была подтверждена в ряде работ разных исследователей, что само изменение 3D-организации генома (то, как цепочка ДНК укладывается в ядре клетки) влияет на работу генов и количество того или иного белка, который синтезируется в клетке. Отсюда и вытекает наша цель – смоделировать, как уложен геном в известных случаях хромосомных перестроек и, следующий шаг, понять, как это влияет на работу генов и синтез белка.

– Как Вы строите эти модели?

– Есть два класса моделей. Физические модели удобны тем, что в них можно заложить какие-то биофизические параметры. Например, в такой модели ДНК может гнуться, протягиваться. Причем, все это обусловлено довольно простыми физическими законами, которые изучают в рамках школьной программы. Проблема в том, что есть очень много биофизических параметров, которые надо учитывать при создании модели: насколько легко изгибать ДНК, насколько сильно воздействие электростатического отталкивания и так далее. Но их очень сложно измерить, поскольку сама ДНК находится глубоко в ядре клетки, там все организовано не так, как мы можем воссоздать, условно говоря, «в пробирке». Поэтому физические модели замечательны с точки зрения понимания каких-то механизмов, но часто неприменимы для реальных задач, поскольку мы не можем создать полную картину для какого-то конкретного варианта мутаций, только описать общие принципы связи архитектуры генома и его работы.

– Есть какой-то выход?

– Конечно. В своей работе мы чаще используем второй тип моделей, построенных методом «черного ящика». В его основе лежит машинное обучение: мы измеряем в эксперименте те свойства ДНК, которые можем, и загружаем их в компьютер. А дальше машина сама находит взаимосвязи между известными нам параметрами и разными вариантами укладки ДНК, которых тоже известно немало. Конечно, мы не можем таким образом понять, как именно последовательности на разных участках генома связаны с физическими свойствами ДНК. Физики их тестируют, но у них в среднем на одну такую взаимосвязь уходит года три, а их существует множество. То есть, это работа на века, по крайней мере, при нынешних темпах развития науки. Поэтому пока мы просто ищем такие взаимосвязи, фиксируем результат, пусть даже не понимая до конца, почему он получился именно таким. И для этого метод «черного ящика» очень хорошо подходит, потому что он выдает очень точные ответы с точки зрения практики.

– То есть, Вы видите, что получилось, пусть не всегда понимая, почему именно так, а не иначе?

– Можно сказать и так, хотя есть и какие-то взаимосвязи, которые мы можем понять. Например, поменять одну букву в последовательности ДНК и посмотреть, как наш черный ящик в ответ изменит укладку. Да, полная цепочка событий нам по-прежнему неизвестна, но мы можем с уверенностью говорить, какие участки ДНК более важны, какие – менее в данном сценарии. А потом, рассмотрев биологические функции этих участков, сформулировать гипотезу о том, как они вовлечены в этот сценарий. И уже на основе этого – переходить к созданию физической модели. Но все же, мне кажется, основная прелесть моделей второго типа как раз в том, что они дают достаточно точный результат, даже когда мы не изучили сам механизм его получения.

– Вы сейчас говорите о прогнозе развития у человека какой-то конкретной наследственной патологии?

– Совершенно верно, но не только об этом. Есть еще одно направление, я называю его методическим. Мы говорим о довольно сложных вещах: 3D-укладка генома, белки садятся, ДНК гнется, все это имеет сложную систему связей. Но есть очень простой вывод, когда случается хромосомная перестройка, меняется укладка, и по этим изменениям можно предсказывать риск развития наследственного заболевания. Причем, это недавняя история, еще несколько лет назад никто не смотрел на организацию ДНК у таких людей, просто искали изменения в линейной последовательности. Теперь же, в силу прогресса способов исследования ДНК, подход вообще можно кардинально развернуть: предсказать эти линейные перестройки на основе информации о том, как ДНК уложена в ядре. Это, по сути, новый метод изучения наследственных заболеваний, который мы сейчас тоже развиваем. Конечно, мы не одни, и даже – не первые, такие идеи бродят года с 2012-го. Но, обычно, стараются предсказывать на основе укладки крупные перестройки, а мы разрабатываем метод, который, при определенных изменениях протокола, позволит посмотреть и на точечные полиморфизмы. А это совсем другой диагностический подход. Раньше совместить оба подхода в рамках одного метода никому особо не удавалось, изучали либо крупные перестройки, либо искали точечные мутации. Это проблема, потому что пациенту надо, по-хорошему, делать два дорогостоящих анализа. И часто, если во время первого анализа что-то находили, то второй просто не делали, а может, основная причина была как раз там. Если у нас получится совместить оба подхода в рамках одного анализа, это будет очень важно. Предварительные результаты, которые мы представили на конференции BGRS/SB-2020, внушают оптимизм.

– А с точки зрения пациента, какая от этого польза? Ведь если причина болезни в мутации ДНК, то современная медицина все равно не сможет ее вылечить.

– Для пациента есть два важных нюанса. Первый – дать родителям возможность понять, какой из вариантов генома приводит или может привести к появлению заболевания у их детей. Можно определит, от кого из родителей ребенку достался этот вариант. И если родители прибегнут к процедуре ЭКО, можно, используя наш метод, выбрать эмбрион без «плохой» мутации в геноме. Проще говоря, родить здорового ребенка. Второй нюанс относится к людям, которые уже родились с каким-то наследственным заболеванием. К сожалению, такие болезни пока не поддаются полноценному лечению, но, зная на раннем этапе о мутации, которая вызывает заболевание, в ряде случаев можно предложить стратегии его сдерживания, поддержания более комфортного уровня жизни. А там, где это пока невозможно, даже сам точный прогноз, как и в какие сроки все будет протекать – как мне кажется, нужная для родителей вещь. Потому что такое случается, и родителям важно понимать, что их ждет и что дальше делать.

Источник

Показать полностью
133

«Похоже на компьютерные игрушки»: над чем работают генетики новосибирского Академгородка

Новосибирские генетики разрабатывают мобильные приложения для сельского хозяйства, создают пивоварные сорта ячменя, устойчивую к заболеваниям пшеницу и расшифровывают геномы растений. Тайга.инфо рассказывает о работе Института цитологии и генетики СО РАН (ИЦиГ) в новосибирском Академгородке.

Геномный центр мирового уровня

Институт цитологии и генетики СО РАН вошел в состав Курчатовского геномного центра осенью 2019 года. Это консорциум организаций во главе с национальным исследовательским центром «Курчатовский институт».

«Похоже на компьютерные игрушки»: над чем работают генетики новосибирского Академгородка Генетика, Академгородок, Биоинформатика, Копипаста, Длиннопост

«В России открыли несколько геномных центров мирового уровня по разным направлениям. Чтобы друг другу не перекрывать пути, центрам даны несколько разные задачи. У нашего центра основной приоритет — решение задач агротехнологий и биотехнологии с применением современных генетических методов», — рассказал Тайге.инфо ведущий научный сотрудник Курчатовского геномного центра ИЦиГ Сергей Лашин.

«Похоже на компьютерные игрушки»: над чем работают генетики новосибирского Академгородка Генетика, Академгородок, Биоинформатика, Копипаста, Длиннопост

По словам ученого, объединение институтов в консорциум позволило исследователям делиться приборной базой и компетенциями. Помимо этого, они получили финансирование на более масштабные исследования.

«Теперь мы можем эти технологии развивать не по остаточному принципу, как у нас было раньше, а создать необходимую материально-техническую базу, чтобы эти работы можно было масштабировать. Применять технологии в том масштабе, которого требует сельское хозяйство», — рассказала Тайге.инфо руководитель Курчатовского геномного центра ИЦиГ Елена Салина.

Ученые ИЦиГ работают по трем направлениям: сельское хозяйство промышленная микробиология и биоинформатика. Внутри них есть разные команды, которые взаимодействуют друг с другом, но решают разные задачи.

Библиотека моделей геномов микроорганизмов

Сергей Лашин возглавляет одну из команд биоинформатиков. Основная задача, над которой работают ученые, это создание электронной библиотеки с максимально полным описанием микроорганизмов (собирательное название живых организмов, которые слишком малы для того, чтобы быть видимыми невооруженным глазом — прим. Тайги.инфо) из коллекций институтов-участников консорциума.

Ученые рассчитывают, что эта библиотека поможет синтезировать полезные вещества для решения биотехнологических задач сельского хозяйства и экологии. Например, можно будет создать аминокислоты для подкормок и корм для крупного рогатого скота, который сейчас приходится покупать за границей. Доступ к информации из базы данных пока имеют только участники Курчатовского геномного центра.

«Для начала необходимо очень хорошо и качественно описать те коллекции микроорганизмов, которые есть в России. Они описаны, как правило, по-старинке, без учета геномной информации, и в целом количество указанных там параметров относительно небольшое. В лучшем случае просто приведён секвенированный геном, но зачастую нет и его», — рассказал Лашин.

Такой информации недостаточно, чтобы говорить о метаболическом потенциале микроорганизмов. Поэтому ученые конструируют новую библиотеку, где все описания геномов (совокупность наследственного материала, заключенного в клетке организма — прим. Тайги.инфо) и их моделей будут более подробными.

Для этого необходимо секвенировать (установить последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК — прим. Тайги.инфо) все геномы микроорганизмов, которые есть в коллекциях. А также описать их и составить сначала структурную модель, в виде карты процессов, протекающих в клетке конкретного микроорганизма, а потом и математическую модель.

«Когда получается математическая модель, можно проигрывать с ней различные сценарии. Например, добавлять или убирать гены (наследственный фактор, который несет информацию об определенном признаке или функции организма, структурная и функциональная единица наследственности — прим. Тайги.инфо), или изменять их активность и смотреть, как при этом изменяется поведение клетки. Если клетка начинает производить больше нужного вещества, тогда мы считаем, что это то воздействие, которое нам нужно, — рассказал Лашин. — Это чем-то похоже на компьютерные игрушки, только с тем, что пришло из реального мира, что природа выдумала».

Сама библиотека уже создана, но в ней есть информация только о 227 геномах. По словам ученого, они уже сейчас ждут поступления еще 300 геномов, а к концу года в коллекции их может быть около 750. Они должны были прийти к ученым раньше, но пандемия коронавируса внесла свои коррективы в графики работы.

Главным своим результатом сейчас ученые называют создание базы данных. Лашин также отметил, что они работают над задачами центра меньше года и для такого срока налаженная работа и успешное взаимодействие экспериментаторов с теоретиками — уже достижение.

«Другой важный момент, это то, что растет компетенция команды. У нас много молодежи, и то, как их профессиональный уровень вырос за этот неполный год, это очень радует. Они даже близко не могли решать такие задачи тогда, а сейчас уже могут», — поделился ученый.

Он уточнил, что если центру удастся за 5 лет создать 5−10 штаммов для решения биотехнологических и сельскохозяйственных задач, это будет очень хороший результат.

Автоматизация описания геномов

Изначально проводить описание геномов для заполнения библиотеки надо было вручную, что занимало много времени. Для решения этой проблемы ученые ИЦиГ работают над созданием специальной программы, которая помогает автоматизировать этот процесс.

«Мы хотим, чтобы она работала так: приходит новый геном с прибора, загружается в систему, мы нажимаем одну кнопочку и все стадии делаются автоматически», — поделился Лашин.

Ученые уже создали рабочий прототип этой платформы, но часть этапов им еще приходится делать вручную. По мнению Сергея Лашина, им нужно вручную испробовать систему примерно на 2 тысячах геномов, чтобы все отладить и полностью автоматизировать.

Геномы сибирской пшеницы, картофеля и ячменя

Вторая команда биоинформатиков Курчатовского геномного центра работает вместе с генетиками. Они выводят сорта сельскохозяйственных растений, которые будут более устойчивы к заболеваниям, погоде и другим условиям.

Одна из больших задач в этом направлении — секвенирование и расшифровка геномов растений. Ученые собираются расшифровать цепочки ДНК нескольких сортов пшеницы, около пяти ячменя и десятки сортов картофеля.

Исследователи будут разрабатывать методы и подходы для расшифровки, чтобы затем оценить генетическое разнообразие растений сибирских линий. Это облегчит генетикам поиск более выгодных мутаций и характеристик. Например, они смогут обнаружить линию растений, устойчивую к заболеваниям, потом найти гены, которые этим управляют и перенести эти свойства на другие сорта. Это ускорит работу селекционеров.

«Похоже на компьютерные игрушки»: над чем работают генетики новосибирского Академгородка Генетика, Академгородок, Биоинформатика, Копипаста, Длиннопост

«Чтобы закрепить гены в сорте, нужно провести очень много скрещиваний. Селекционер отбирает по какому-то признаку — он скрещивает, отбраковывает, затем снова скрещивает. Этот процесс очень длительный. На самом деле все эти гены устойчивости присутствуют в диких сородичах растений, поскольку они живут в условиях, где человек их не обхаживает, где им приходится бороться со стрессом», — рассказал Тайге.инфо ведущий научный сотрудник Курчатовского геномного центра ИЦиГ Дмитрий Афонников.

Биоинформатики находят необходимые гены, а затем с ними работают генетики. Сейчас ученые уже получили геномные последовательности по сортам пшеницы, их тестируют и проверяют на качество.

«Наши практические задачи в области пшеницы — это ускорение процессов селекции с применением генетических технологий и создание сортов по заказу селекционеров — например, раннеспелых или позднеспелых, устойчивых к заболеваниям», — говорит руководитель центра Елена Салина.

Например, генетики работают над разработкой пивоварных ячменей на основе российских сортов. По словам Салиной, сейчас в производстве пива используются в основном импортные сорта.

Как уточнил Дмитрий Афонников, есть гены, которые представлены во всех растениях одного вида, а есть те, которые отличаются в разных сортах. И именно те гены, которые варьируются, обычно отвечают за устойчивость к заболеваниям и прочие полезные характеристики.

В ИЦиГ ученые выделяют ДНК, затем материал отправляют почтой в Курчатовский институт в Москве, где его секвенируют на специальном оборудовании. После этого данные по секвенированию пересылают онлайн новосибирским ученым и они их обрабатывают.

Мобильные приложения для изучения растений

Вторая важная задача ученых — фенотипирование растений. Это изучение взаимосвязи между характеристиками растения и его поведением в природе.

«Похоже на компьютерные игрушки»: над чем работают генетики новосибирского Академгородка Генетика, Академгородок, Биоинформатика, Копипаста, Длиннопост

«Основным способом для изучения этих связей является статистика. Берут большое количество растений и сравнивают связь мутации со свойством — урожайностью, устойчивостью к болезням, размером колоса. Чтобы сопоставить 90 тыс мутаций, нужно проанализировать сотни или даже тысячи растений. Линейкой померить у каждого растения рост или посчитать колоски — это очень сложно. Сейчас развиваются технологии компьютерного фенотипирования, когда большую часть измерений можно сделать автоматически, не привлекая человека», — объяснил Дмитрий Афонников.

Ученые ИЦиГ СО РАН разрабатывают программы, которые позволяют с помощью фотографии делать необходимые измерения — форму, размер, цвет колосьев. Несколько лет назад они выпустили в свободный доступ мобильное приложение «SeedCounter». Оно определяет по фотографии растения количество зерен и их размер. Эти данные автоматически переносятся в таблицы, чтобы их затем их можно было использовать в исследованиях.

Приложение уже активно используется селекционерами, его скачали более тысячи раз. С помощью него провели исследования, которые опубликованы как в российских, так и в зарубежных журналах.

По словам Афонникова, такие программы уже активно используются во всем мире, но есть методики, которые разработали именно в ИЦиГ.

«Мы впервые разработали метод, который позволяет очень точно характеризовать форму и размер колосьев. Также планируется, что у нас будут методы полевого наблюдения — когда можно будет с коптера фотографировать поле растений и по изображению определять их состояния. В мире так все работают, но мы действуем на передовой», — поделился ученый.

Ученый также рассказал, что в будущем они планируют развивать программы для мобильных устройств, так как их удобно использовать. Сейчас в разработке программа, которая сможет определять типы заболевания пшеницы по фотографии.

Их приложения разрабатываются для растений, но в итоге они могут использоваться и для других целей. Например, в лаборатории по изучению генетики плодовых мушек-дрозофил с помощью программы считали потомство и так изучали плодовитость насекомых.

Источник
Показать полностью 3
45

Ученые работают над библиотекой геномов микроорганизмов

Два последних десятилетия отмечены быстрым прогрессом биоинформатики и соответственно ростом интереса к этой молодой научной дисциплине со стороны научного сообщества и высокотехнологичного бизнеса. По мере развития экспериментального оборудования и информационных технологий, расширяется спектр фундаментальных и прикладных научных задач, которые удается решать с помощью биоинформатики.

Исследования в этой области составляют существенную часть научной работы, проводимой в рамках Курчатовского геномного центра мирового уровня, в число организаторов которого входит ФИЦ ИЦиГ СО РАН. Один из ключевых проектов – создание библиотеки моделей геномов на основе коллекций микроорганизмов, которыми располагают научные институты нашей страны.

Как отмечают участники проекта, речь не идет только о секвенировании генома, что в последние годы стало уже рутинной научной процедурой.

Ученые работают над библиотекой геномов микроорганизмов Биоинформатика, Генетика, Академгородок, Бактерии, Длиннопост, Копипаста

– Секвенирование дает нам последовательность генов в ДНК организма, но это лишь первый шаг, - рассказал ведущий научный сотрудник отделения «Курчатовский геномный центр ИЦиГ СО РАН», к.б.н. Сергей Лашин. – Следующий этап заключается в построении на основе геномной информации метаболической карты организма (какие биохимические реакции могут протекать в данном организме), а также карты генетической регуляции, с помощью которой мы показываем, как взаимодействуют между собой гены. А затем, на основе этих карт, мы уже строим математические модели, где описываем, как происходит синтез определенного целевого продукта этим микроорганизмом.

В итоге, ученые получают не только достоверные данные о потенциале конкретной бактерии для производства тех или иных необходимых промышленности продуктов, но и понимание, как с помощью современных генетических технологий можно менять параметры этого процесса (например, повысить интенсивность синтеза вещества или изменить какие-то его характеристики).

Одновременно с фундаментальными научными задачами, решаются и вполне прикладные: идет отбор микроорганизмов, потенциально пригодных для синтеза некоторых органических кислот, востребованных в производстве кормов для нужд сельского хозяйства. Проанализировав геномы двухсот с лишним микроорганизмов из коллекций, новосибирские биоинформатики отобрали 17 перспективных бактерий, которые теперь будут изучены более детально.

При этом, подчеркивают они, работа с остальными геномами была не напрасной, поскольку выявленные у них характеристики описаны и могут быть использованы для решения других задач. А список возможного применения микроорганизмов в биотехнологической промышленности постоянно расширяется: одни бактерии используют в синтезе сырья для фармакологической промышленности, другие – нефтедеструкторы – для ликвидации загрязнения окружающей среды нефтепродуктами (такими, как недавний разлив дизельного топлива в Норильске), третья – в процессах переработки мусора, позволяющих превращать отходы в полезный продукт (биотопливо и т.п.).

Поэтому глобальная цель проекта, реализуемого подразделениями Курчатовского геномного центра – создать библиотеку моделей всех микроорганизмов, входящих в коллекции институтов, а их порядка десяти тысяч. Такая библиотека станет мощным ресурсом для развития отечественной биотехнологической промышленности.

Одна из главных задач на этом пути – оптимизация самого процесса. Сам опыт подобного анализа и моделирования генома есть и у наших, и у зарубежных ученых, но обычно работа с одним геномом бактерии требует у исследователей от полугода до года работы. Теперь же требуется обработать тысячи геномов за пять лет. Очевидно, что это возможно лишь при максимальной автоматизации всех процессов.

– На сегодня хорошо автоматизирован лишь процесс самого секвенирования, есть решения в области построения «рамочных» полногеномных моделей, а вот уточнённые математические модели обычно по-прежнему требуют «доводки в ручном режиме», на что уходит много времени – отметил Сергей Лашин. – И сейчас мы, параллельно с анализом геномов из коллекций, работаем и над автоматизацией этой части работы.

Новосибирские ученые рассчитывают, что уже к концу года смогут создать готовую программную платформу, которая максимально сократит срок работы с отдельным геномом микроорганизма. На сегодня ее аналогов в открытом доступе просто нет, а вот запрос на появление такого программного продукта очень высок.

Показать полностью
85

Против системы: история женщины-биолога, которая уехала из Москвы в Сибирь

Екатерина Сколотнева осматривает свежий урожай. Зелёные всходы колосятся ровными рядами в пластиковых контейнерах под мягким светом лабораторной лампы. Екатерина не садовод, а биолог. На примере этих растений она изучает «поведение» опасного гриба, который снижает урожайность пшеницы и ухудшает качество хлеба.

Молодой учёный руководит лабораторией молекулярной фитопатологии ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» уже несколько лет. Она одна из тех специалистов, которые пошли против системы. Пока многие сибиряки уезжают «покорять Москву», Екатерина переехала из российской столицы в Новосибирск четыре года назад. Здесь она встретила мужа, сделала много открытий в науке и оценила все прелести работы в пешей доступности от дома.

У Екатерины быстрая речь и горящий взгляд. Особенно она вдохновляется, когда речь заходит о стеблевой ржавчине. Это болезнь хлебных злаков, вызываемая грибом Puccinia graminis. Коварный враг ежегодно убивает или значительно ухудшает качество до 20% пшеницы в Сибири. Если учёному и её коллегам получится с ним справиться, урожаи хлеба в регионе увеличатся.

Против системы: история женщины-биолога, которая уехала из Москвы в Сибирь Генетика, Академгородок, Ученые, Биология, Копипаста, Длиннопост

Екатерина Сколотнева родилась в подмосковном Сергиевом Посаде и закончила биологический факультет МГУ им. Ломоносова. Пожив и поработав в Москве, она предполагала уехать в страны, где для учёных созданы лучшие условия. Женщина признаётся, что если бы ей ещё 10 лет назад сказали, что она окажется в Сибири и будет здесь счастлива, то не поверила бы.

– Так получилось, что я изначально выбрала для себя редкое направление — грибковые возбудители болезней растений. Я фундаментально занималась этой проблемой. Со второго курса вуза стала изучать стеблевую ржавчину. Этот грибковый возбудитель даже внешне напоминает продукт окисления металла, — показывает Екатерина фотографию поражённой пшеницы.

Стеблевая ржавчина не была значимой проблемой для России, потому что с ней успешно справились агрономы ещё в 80-х годах. Закономерности распространения гриба изучали только в лабораториях.

Ситуация изменилась в 2009 году, когда в Африке возникла опасная раса стеблевой ржавчины. Зараза начала распространяться по континентам. В Западной Сибири стали случаться вспышки болезни, вызванные другими расами ржавчины. Перед учеными появилась задача выяснить их происхождение и дать им предельную характеристику. Так в Новосибирске образовалась лаборатория по изучению стеблевой ржавчины.

Екатерина Сколотнева на тот момент была достаточно известным специалистом по стеблевой ржавчине в России. Успела написать несколько научных работ и даже слетать в Мексику для изучения грибковых возбудителей болезней растений. В руководстве ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» молодому учёному предложили возглавить лабораторию молекулярной фитопатологии.

В июне 2015 года я прилетела в Новосибирск в командировку. Была очарована академгородком, в котором расположен институт. Много зелени, лес рядом, пляж неподалёку. Тогда сразу захотела здесь остаться, — рассказывает она.

Когда в феврале 2016 года биолог прилетела в Сибирь на ПМЖ, её ждал неприятный сюрприз. Климатическая особенность региона — обильные осадки зимой. Снег практически не убирают, он ложится неровным слоем на пешеходные дорожки. На них образуются буераки и лёд. Местные коммунальщики не знают слова «реагенты». Привыкшая ходить на каблуках Екатерина была разочарована, но через пару месяцев она всё же полюбила новое место жительства, вопреки трудностям.

– В Москве я тратила по четыре часа на дорогу, работая в нескольких институтах. Я почти не видела свою дочь, потому что жизнь состояла только из работы и дороги до неё. В Новосибирске я поняла, что может быть по-другому. Пешком из института до дома. Ребёнок в садике неподалёку. Зарплата немного ниже московской, но это компенсируется отсутствием трат на транспорт, — рассуждает Екатерина.

Даже для похода в театр учёному не нужно преодолевать длинный путь. В 15 минутах ходьбы от её дома находится Дом учёных академгородка. Здесь постоянно дают концерты российские знаменитости, а также приезжают столичные театральные труппы.

В Сибири биолог встретила свою любовь и вышла замуж. Её супруг — учёный-химик, который также живёт и трудится в Новосибирском академгородке. Муж с женой стали счастливыми обладателями ипотечной квартиры в зелёной зоне. Иногда супругам даже удаётся поработать вместе — их области изучения тесно соприкасаются.

Сейчас Екатерина Сколотнева плотно работает с селекционерами. Учёные уже исследовали механизмы распространения стеблевой ржавчины. Они выяснили пути её перемещения по Сибири и соседним регионам.

– Мы впервые полностью раскрыли геном этого гриба. Сейчас мы разрабатываем тест-систему для наших собственных сибирских рас ржавчины, — рассказывает она.

Результатом работы Екатерины и её коллег станет создание сортов пшеницы, полностью устойчивых к стеблевой ржавчине и разным видам плесени. В Сибири появится сорт, защищённый от этого вида паразитов. Подобные знания могут быть полезны агрономам из других регионов России.

К сожалению, история Екатерины — пока скорее исключение. Большинство российских учёных работе в регионах предпочитают Западную Европу или США. По данным пресс-службы Российской академии наук, с начала 90-х годов из России уехали около 150 тысяч научных сотрудников и преподавателей вузов. В целом за 20 лет страну покинули порядка 70–80% ведущих математиков и 50% ведущих физиков-теоретиков. Чаще всего наши соотечественники направляются в США, Израиль, Италию, Францию, Германию.

Источник

Показать полностью
695

Альтернатива противоклещевому иммуноглобулину

Скоро весна и как известно

Альтернатива противоклещевому иммуноглобулину Клещевой энцефалит, Медицина, Генетика, Академгородок, Копипаста, Длиннопост

Но у меня для вас хорошая новость - в Институте химической биологии и фундаментальной медицины (ИХБФМ) СО РАН завершили доклинические испытания препарата для экстренной профилактики и лечения вирусного клещевого энцефалита.

Лекарство создано на основе антител мыши и человека методами синтетической биологии. Новый препарат намного эффективнее и безопаснее применяемого сегодня противоклещевого иммуноглобулина, выделяемого из донорской крови. Мышиная часть связывает вирус и не дает ему инфицировать клетки, а человеческая запускает в организме пациента необходимые иммунные реакции.

О разработке нового препарата рассказывает заведующая лабораторией молекулярной микробиологии ИХБФМ СО РАН, доктор биологических наук Нина Тикунова:

- Вирус клещевого энцефалита (ВКЭ) - один из самых патогенных для человека вирусных агентов на территории России. Ежегодно на пункты серопрофилактики приходят около 500 тысяч пострадавших от укусов клещей. При этом ареал распространения вируса в последние годы расширяется. Клещи стали обычным явлением не только в Сибири и на Дальнем Востоке, но и в европейской части страны. Вирус распространен также в Китае, Казахстане и во многих странах Европы

При этом эффективных средств лечения клещевого энцефалита сегодня в мире нет. В России сейчас пациентам вводят препарат иммуноглобулина, который изготавливается из донорской крови. Но это настоящий коктейль из различных антител - кроме необходимых для нейтрализации ВКЭ, он содержит множество других антител, по сути, балластных. Из-за этого приходится использовать большие дозы сывороточного иммуноглобулина, что может вызывать побочные реакции у пациентов. Кроме того, препараты из донорской крови потенциально опасны - они могут содержать вирусы, прионы и аномальные антитела. По этой причине в развитых странах от них постепенно отказываются.

Еще одна проблема в том, что разные партии препаратов, полученных из крови, заметно отличаются по своим качествам.

Нашей задачей было создать высокоэффективный препарат для борьбы с ВКЭ, лишенный этих недостатков. Мы использовали технологию создания так называемых "химерных" антител, в которых меньшая часть иммуноглобулина взята от мыши, а большая - от человека.

- А зачем вообще мышиная часть, ведь лечить нужно людей, а не грызунов?

Нина Тикунова: - Во-первых, эксперименты на людях нельзя проводить по этическим соображениям. А во-вторых, в природе мыши не погибают от энцефалита, хотя к ним часто присасываются клещи. У грызунов в процессе эволюции сформировалась очень мощная иммунная защита от этого вируса. И это может помочь человеку.

Мы использовали наработки наших предшественников, ранее в ИХБФМ были получены моноклональные мышиные антитела против ВКЭ, их применяли для диагностических целей. Зная, что они замечательно нейтрализуют вирус, мы проверили их протективную способность. Ведь одно дело реакция антитела с вирусом в пробирке, а другое - способность защитить от болезни лабораторных животных. Оказалось, что эти антитела справляются с сотнями летальных доз ВКЭ. После этого мы сделали химерные антитела, и оказалось, что они работают еще лучше.

Мышиная часть антитела эффективно связывает вирус и не дает ему инфицировать клетки, а человеческая запускает необходимые иммунные реакции вплоть до выведения чужеродного агента из организма пациента.

– Но нет ли опасности, что иммунная система человека воспримет мышиную часть как чужеродный белок и будет вырабатывать антитела уже против него?

Нина Тикунова: –Такая опасность практически отсутствует. Химерные антитела широко применяются в онкологии для борьбы с раковыми клетками и при этом возникают аллергические реакции. Там на это закрывают глаза, ведь опухоль намного опаснее для жизни пациента. Но в онкологии используют большие дозы антител в течение нескольких месяцев, а для профилактики при укусе клеща нужна лишь одна инъекция. Даже если человек заболел энцефалитом, для лечения нужно всего 3-4 укола. А поскольку наш препарат высокоспецифичный его доза в сто раз меньше, чем у применяемого сейчас иммуноглобулина. Это сильно снижает вероятность аллергической реакции.

И, наконец, наши химерные антитела относятся к классу "гуманизированных", мышиная часть в них сведена к минимуму - всего 2 процента.

Поэтому мы надеемся, что первый этап клинических испытаний, когда здоровым добровольцам вводят препарат и проверяют: нет ли токсических и аллергический реакции, пройдет успешно.

– Большой плюс вашей работы в том, что вы не только получили эффективный препарат, но и разработали технологию его производства, не зря же права на него выкупила фармацевтическая компания?

Нина Тикунова: – Это так, но не на все сто процентов. Действительно, мы ввели гены, кодирующие наши антитела, в геном специальных эукариотических клеток-продуцентов. И выделили клеточный штамм, который стабильно производит большое количество нужных нам антител.

Также мы разработали опытно-промышленную технологию производства препарата по международным фармацевтическим стандартам GMP на основе биореактора емкостью 5 литров. Но производственникам нужно увеличить объем до нескольких сотен литров, это не так просто как может показаться.

– Ключевой вопрос - сегодня стоимость инъекции противоклещевого энцефалита - 7-8 тысяч рублей, не случайно многие покупают страховку "от клеща". Будет ли ваш препарат дешевле?

Нина Тикунова: – Трудно сказать, все будет зависеть от спроса, ведь нужно будет завоевывать рынок. Но нужно помнить, что это не только экономический, но и социальный проект. Только в Новосибирской области каждый год от клещевого энцефалита умирает несколько человек, многие становятся инвалидами. Часть затрат можно финансировать из бюджета как это делается при производстве вакцинных препаратов.

Источник

Показать полностью
86

Для чего ученые расшифровали геном возбудителя описторхоза

Успешно завершился международный научный проект по расшифровке генома печеночного сосальщика (Opisthorchis felineus) – одного из наиболее распространенных гельминтов человека и животных, возбудителя описторхоза. Основная часть работы была выполнена сотрудниками ФИЦ ИЦиГ СО РАН.

Российские ученые имеют неплохой опыт полной расшифровки геномов вирусов и бактерий. Но что касается более крупных организмов, этот проект – один из первых, где ведущая роль принадлежит нашим соотечественникам.

Как отмечают сами ученые, главной задачей сегодня является не секвенировать (прочесть) последовательность генов, а правильно собрать и интерпретировать ее. Иначе говоря, построить корректную модель генома, с которой можно работать в рамках других исследовательских проектов.

– Нам это удалось, что подтверждается большим интересом к статье с результатами проекта, вышедшей в журнале BMC Genomics, участникам нашей группы предлагают рассказать о своей работе на крупных международных конференциях, - рассказал главный научный сотрудник ФИЦ ИЦиГ СО РАН, д.б.н. Вячеслав Мордвинов.

Данные о геноме печеночного сосальщика дают новые возможности в исследовании эволюции этого и близкородственных видов паразитов. А опыт, полученный в ходе выполнения проекта можно использовать в работе по расшифровке геномов других крупных организмов.

Но данное исследование имеет не только фундаментальное, но и значительное прикладное значение для медицины. Ученые выделяют т.н. триаду трематод, поражающих печень человека – помимо O. felineus (встречающегося преимущественно в Западной Сибири), в нее входят O. viverinni (Юго-Восточная Азия) и Clonorchis sinensis (Дальний Восток). Ранее заражение этими паразитами обычно рассматривалось как одно заболевание. Изучение генома паразита позволило выявить существенные различия в их воздействии на организм носителя: если заражение азиатскими трематодами сопровождается риском канцерогенеза, то в случае с западносибирским и дальневосточным видами - этот риск на порядки ниже. Зато O. felineus может вызывать воспалительные заболевания печени, что тоже наносит значительный ущерб здоровью.

Результаты расшифровки генома сосальщика помогают не только лучше прогнозировать последствия заражения, но и создавать препараты, противодействующие воздействию паразита на организм носителя. В этом направлении работы у новосибирских исследователей тоже есть положительные результаты.

– Мы показали, что антиоксидант ресвератрол подавляет активность основного секретируемого белка печёночного сосальщика, тем самым в разы снижая выделение им веществ, которые, собственно, и вызывают заболевания печени, - отметил Вячеслав Мордвинов.

Этот природный полифенол содержится в кожице красного винограда и еще в ряде овощей и фруктов. Кроме того, он является распространенной пищевой добавкой, продаваемой во всем мире. Компании-производители приписывают ресвератролу самые разные свойства, но в данном случае его эффективность подтверждается научными исследованиями, выполненными с соблюдением необходимых стандартов.

В перспективе, считают ученые, обработка информации, полученной в ходе работы с моделью генома печёночного сосальщика, может вывести и на другие вещества – кандидаты для создания новых лекарств. Причем, как уменьшающих воздействие паразита на человеческий организм, так и эффективно устраняющих само заражение.

Источник
80

Как сибирские ученые крыс приручили

Накануне нового года - еще одна история про роль крыс в науке. Ну а все остальное - уже в следующем году) Так что всех с наступающим! И пусть Новый год принесет в ваши дома только хорошее. А православных - еще и с Рождеством!

С крысой связано множество суеверий. Она — отрицательный персонаж литературных произведений (вспомним Крысиного короля из «Щелкунчика» или крыс из романов Альберта Камю «Чума» и Джорджа Оруэла «1984»). В «Приключениях Нильса» аист Эрменрих называет серых крыс «враг страшнее всего на свете». Само слово «крыса» используется как ругательство, связывается с отрицательными свойствами характера.

Для этого есть причины. Как известно, черных крыс в Европе обвиняли в эпидемии чумы. На рубеже XV—XVI веков их потеснили серые, завезенные на торговых кораблях, и они тоже завоевали дурную репутацию. Серые крысы, или пасюки, расселились по всем материкам, кроме Антарктиды, благодаря своей сообразительности, всеядности, способности выживать в тяжелых условиях и вырабатывать иммунитет против ядов. Будучи синантропами — животными, чей образ жизни связан с человеком, они ведут себя по отношению к нему отнюдь не любезно. Пасюки могут быть агрессивны, переносить возбудителей инфекций, причинять урон хозяйству — уничтожать запасы продовольствия, убивать цыплят и поросят, перегрызать провода.

В то же время серые крысы стали родоначальниками декоративных — одних из любимых домашних питомцев (сегодня у них есть свои заводчики, клубы и выставки), а также многих лабораторных линий, на которых изучают средства лечения, диагностики и механизмы развития болезней.

Как сибирские ученые крыс приручили Крыса, Генетика, Академгородок, Эксперимент, Длиннопост

Сначала лисы, потом крысы

Приручать крыс стали в XIX веке, а в начале XX века сложились стандарты для отдельных декоративных пород. Первый в мире эксперимент по целенаправленному одомашниванию серых крыс стартовал в 1970-х в новосибирском Институте цитологии и генетики (теперь это федеральный исследовательский центр СО РАН) и продолжается до сих пор.

Выведение ручных серых крыс — повтор эксперимента по доместикации, то есть одомашниванию, который провел основатель института академик Дмитрий Константинович Беляев на лисах. После того, как опыт удался, встал вопрос, не является ли процесс доместикации характерным лишь для одного семейства животных, ведь лисы относятся к псовым, как и прирученные много веков назад собаки. Поэтому для следующего исследования были выбраны грызуны — представители не только другого вида, но и семейства млекопитающих.

Эксперимент начался в 1970 году под руководством заведующего лабораторией ФИЦ ИЦиГ СО РАН доктора биологических наук Павла Михайловича Бородина (в ту пору — стажера-исследователя под руководством Беляева). Всего в опыте участвовали 233 серые крысы, 117 самок и 116 самцов, выловленные биологами в разных местах Новосибирской области, а также выведенные от пойманных крыс уже в виварии. Они стали родоначальниками ручной и агрессивной популяций.

«Крыс делили на две группы, в зависимости от их отношения к человеку с помощью теста “на перчатку”, разработанного в лаборатории Беляева. Он проводится так: экспериментатор протягивает в клетку, где сидит крыса, руку в защитной перчатке. Реакция животного может быть положительной — зверек проявляет исследовательский интерес и подходит к руке, или отрицательной — крыса, обороняясь, нападает на перчатку. Оценка в тесте варьируется от -4, когда животное не дает продвинуть руку в клетку, до 4, когда оно сразу с любопытством подбегает к перчатке», — говорит младший научный сотрудник лаборатории эволюционной генетики ФИЦ ИЦиГ СО РАН Римма Валерьевна Кожемякина.

Как сибирские ученые крыс приручили Крыса, Генетика, Академгородок, Эксперимент, Длиннопост

Младший научный сотрудник лаборатории эволюционной генетики ФИЦ ИЦиГ СО РАН Римма Кожемякина


Интересно, что среди потомства крыс, участвовавших в эксперименте, появились животные с необычной окраской (то же произошло и с доместицированными лисицами). «Еще на ранних этапах селекции у ручных крыс рождались крысята с белым телом и серой головой — носители капюшонного (hooded) окраса. У агрессивных крыс стали встречаться особи с черной шерстью. При этом животные характерной серой расцветки, которая называется “агути”, преобладают и в той, и в другой линии, однако в среднем ручные крысы светлее агрессивных», — отмечает исследователь.

Такие разные

С помощью поведенческих тестов биологи изучали реакции крыс — исследовательскую активность, проявление тревоги и страха. Выяснилось, что ручные особи гораздо чаще ведут себя как исследователи: осматривают новую территорию, больше времени находятся на открытых пространствах, встают на задние лапы, передвигают незнакомые предметы. Агрессивные крысы оказались более тревожны. В стрессовых ситуациях они замирают, ищут убежище, занимаются грумингом (приводят в порядок свою шерсть), мечутся из угла в угол, склонны к частой дефекации, сильнее вздрагивают в ответ на резкие звуки.

Кроме того, агрессивные крысы подвержены неофобии — боязни новых предметов, а ручные нет. «Однажды в институте произошла такая история: нам нужно было протестировать новый материал для кабелей связи, которые зарывают под землю, где их нередко повреждают грызуны. Мы поместили кабели в клетки животных. В итоге агрессивные крысы даже не подходили к кормушке с едой, так их напугали незнакомые предметы, а ручные не только спокойно ели корм, но и разгрызли на кусочки провода», — рассказывает Римма Кожемякина.

Ученых, кроме всего прочего, интересовало, отличаются ли ручные и агрессивные крысы по способности к обучению в неблагоприятных условиях. «На первых этапах одомашнивания отбор проводился по ослабленной реакции на стрессовые факторы, источником которых был человек. Поэтому мы предположили, что у одомашненных животных, более устойчивых к таким факторам, потенциал к обучению в стрессовой ситуации будет выше», — объясняет ученый.

Поведение крыс анализировали с помощью водного теста Морриса, где животное должно было находить скрытую под водой платформу и забираться на нее. Крысу запускали в круглый бассейн диаметром 150 сантиметров, заполненный водой с добавлением молока (чтобы не было видно платформу). На стенах около бассейна биологи повесили картинки, которые могли подсказать зверю ориентацию в пространстве.

Как сибирские ученые крыс приручили Крыса, Генетика, Академгородок, Эксперимент, Длиннопост

Сначала проводилось обучение: животное плавало в бассейне в течение семидесяти секунд, и если за это время не обнаруживало платформу, исследователь направлял его. Такие «тренировки» проходили четыре раза в день на протяжении недели. На восьмой день платформу убирали и проверяли, подплывет ли крыса к тому месту, где артефакт находился раньше. Ручные пасюки успешно отыскивали цель, начиная со второго дня эксперимента, агрессивные — с пятого дня. При этом первые более активно исследовали бассейн, подныривали и искали платформу под водой, использовали в поисках хвост, а забравшись на площадку, вставали на задние лапы. По словам Риммы Кожемякиной, нельзя сказать, что агрессивные крысы хуже обучаются, видимо, им просто мешает высокий уровень стресса.

При планировании каждого эксперимента биологи подают заявку в биоэтическую комиссию института, которая следит за тем, чтобы все научные опыты проводили в соответствии с международными европейскими биоэтическими стандартами (86/609-EEC) и российскими этическими стандартами по содержанию и обращению с лабораторными животными. Например, если в тесте на агрессию одна крыса начнет атаковать другую и наносить раны, эксперимент прекращают, чтобы не доводить животное до гибели.

Выдающиеся способности ручных крыс к обучению и адаптации проявились в тесте Порсолта на депрессивно-подобное поведение, который также называют тестом отчаяния. В этом эксперименте животное помещают в воду, в небольшой бак с высокими бортиками, и наблюдают, через какое время оно прекращает попытки выбраться. Обычно тест используют при испытании препаратов против депрессии, так как подобное бездействие в ответ на стресс считается сходным с депрессивным состоянием у человека. Доместицированные крысы, плавая в баке, научились использовать хвост, чтобы дольше оставаться на плаву и не тратить лишнюю энергию.

Длительный отбор не агрессивных по отношению к человеку крыс привел к тому, что у ручных самцов снизилась агрессия и по отношению к сородичам. Ученые наблюдали это в тесте «резидент — интрудер», когда в клетку к животному-резиденту подсаживали чужака-интрудера, а также в том случае, когда два самца встречались на незнакомой территории. Тесты проводили с ручными и агрессивными серыми крысами и крысами линии Вистар. В большинстве случаев у ручных крыс порог агрессии был выше, а ее степень — меньше.

Но, может быть, ручное поведение не является врожденным, а передается в процессе выкармливания крысят матерью? Чтобы проверить это, ученые прибегли к перекрестному воспитанию: детенышей доместицированной самки посадили в клетку к агрессивной, и наоборот. Условия, в которых выросло подменное потомство, не повлияли на то, как оно проявляло себя, повзрослев. Это позволило сделать вывод о генетически обусловленном различии между двумя линиями крыс.

Как у людей

Сейчас в институте живет девяносто восьмое поколение крыс. «Средний популяционный балл в тесте “на перчатку” уже близок к максимальному: 3,5 у ручных и -3,5 у агрессивных. Мы также проверяли наиболее популярных сегодня белых лабораторных крыс линии Вистар. Максимальный балл, который они набрали, это 1. Наши крысы доброжелательнее», — говорит Римма Кожемякина.

Как сибирские ученые крыс приручили Крыса, Генетика, Академгородок, Эксперимент, Длиннопост

Будущий биолог впервые увидела доместицированных крыс в ФИЦ ИЦиГ СО РАН во время исследования, которое она делала для школьной научно-практической конференции. Животные настолько заинтересовали девушку, что она стала работать с ними сразу после окончания школы и одновременно училась на биологическом факультете Томского государственного университета.

Серые ручные крысы могут стать интересными домашними питомцами. Чтобы они проявили свои способности, лучше не держать их в клетке, по крайней мере постоянно. Обычно крысы находят себе в помещении определенное место, где сооружают гнездо, они приходят на кухню и ждут, пока их покормят, общаются с хозяином. Биолог довольно часто по просьбе знакомых отдает им домой животных, которые больше не используются в экспериментах.

Римма продолжает разведение ручной и агрессивной линий, проводит тест «на перчатку» для каждого нового животного и занимается исследованиями. Сегодня линии ручных и агрессивных крыс используются в различных научных работах прикладной направленности, в частности на них можно изучать механизмы тревожности и испытывать потенциальные противотревожные препараты.

«Конечно, нельзя проводить параллель между высшей нервной деятельностью человека и крысы, однако проявления тревожности у людей могут быть похожи на реакцию животных в поведенческих тестах: снижение когнитивных функций, избегание открытых пространств, смещенная активность наподобие груминга (например, накручивание волос на палец). На физиологическом уровне механизмы развития тревожности у людей и крыс также похожи: они регулируются гипоталамо-гипофизарной системой, которая выполняет функции и нервной, и эндокринной систем. Тревожное состояние сопровождается выбросом глюкокортикоидов — так называемых гормонов стресса, а затем постепенным их снижением», — поясняет Римма Кожемякина.

Недавно в ФИЦ ИЦиГ СО РАН изучили, как на состояние животных влияет гормон привязанности окситоцин. Существуют исследования о том, что окситоцин, который вырабатывается у человека, когда он находится рядом с близкими, снижает тревожность. Оказалось, что агрессивные крысы под его влиянием успокаиваются, а ручные проявляют больше агрессии. Эти результаты совпали с результатами экспериментов, которые проводились среди людей, и могут быть полезны в дальнейших исследованиях связи окситоцина и тревожности.

Сейчас в лаборатории исследуют нейрогенез, то есть образование клеток центральной нервной системы — нейронов. Раньше считалось, что процесс нейрогенеза происходит, пока эмбрион находится в материнской утробе. Однако в конце прошлого — начале нашего века появились работы, свидетельствующие о том, что новые нервные клетки могут появляться в течение всей жизни организма (в 1990-е годы вышла статья в Nature Medicine, в которой доказывалось формирование нейронов в гиппокампе человека).

Механизмы «взрослого» нейрогенеза пока недостаточно изучены, хотя ученые предполагают, что на него влияет множество разных факторов. «Мы пытаемся изменить уровень нейрогенеза в раннем возрасте с помощью специальной диеты с высокой концентрацией витамина А. Так как наши линии крыс отличаются друг от друга по когнитивным способностям, уровню агрессии и реакции на стресс, они являются интересной моделью для подобных работ», — рассказывает Римма Кожемякина.

Для проведения эксперимента беременных самок разделили на три группы: одна питалась кормом с обычным количеством витамина А, две другие — с увеличенной и уменьшенной его дозой. Такие группы сформировали как из ручных, так и из агрессивных крыс. Затем потомство от каждой самки поделили еще на две группы, одна из которых до 42-го дня жизни получала стандартное питание, а другая — обогащенное витамином. Теперь ученые проведут серию тестов, чтобы проверить, повлияло ли изменение рациона на способности к обучению и социальное поведение крыс. Ученых интересует, как влияет формирование мозга животных в раннем возрасте на то, как они ведут себя, став взрослыми особями. Для того чтобы это выяснить, биологи планируют сравнить у разных групп молодых и взрослых крыс такие параметры, как объем структур мозга, плотность нейронов, уровень нейрогенеза в гиппокампе и его молекулярно-генетические механизмы.

«Получилось так, что фундаментальный эксперимент по одомашниванию серых крыс не только еще раз подтвердил теорию академика Беляева о том, что отбор по поведению является важнейшим фактором эволюции, но и приносит огромную пользу в прикладных исследованиях», — резюмирует Римма Кожемякина.

Источник

Показать полностью 3
187

Наука и "черный пиар"

Как обещал @PyHToR4eG публикую комментарий ФИЦ ИЦиГ СО РАН по поводу публикаций с критикой эксперимента по одомашниванию лисиц

Наука и "черный пиар" Генетика, Академгородок, Одомашнивание, Длиннопост, Лиса

Недавно в журнале “Trends in Ecology and Evolution” вышла статья, ставящая под сомнение существование т.н. синдрома одомашнивания, который был впервые описан еще Ч. Дарвином и изучался академиком Д.К. Беляевым в ходе его знаменитого эксперимента. Авторы статьи ставят под сомнение корректность использования беляевских лисиц как модели исторического одомашнивания. Хотя сами вопросы, поднятые в статье, важны для научной дискуссии, но приведённые аргументы указывают на то, что авторы пользовались не столько опубликованными данными эксперимента, а обзорными статьями и не всегда корректными упоминаниями работ сотрудников ИЦиГ журналистами в СМИ.

В ряде случаев, они заявляют об отсутствии каких-то данных и при этом ссылаются на статьи, где эти данные как раз и содержатся (возможно, проблемой стало то, что статьи были опубликованы на русском языке).

Одним из главных аргументов критиков эксперимента стало утверждение, что академик Беляев и его коллеги работали с лисицами, завезенными еще до войны из Канады (остров Принца Эдуарда), которые и положили начало клеточному звероводству в СССР. По их мнению, эти лисицы изначально были особенно дружелюбны к человеку, что и позволило советским ученым получить в короткий срок одомашненных лисиц и обнаружить у ряда из них белые пятна на голове и туловище. Авторы подтверждают это историческими фотографиями лисиц, содержавшихся на звероферме в Канаде, где лисицы подходят к человеку.

Но использование данных фотографий как раз указывает на плохое знание вопросов поведения частной генетики лисиц авторами статьи, являющимися специалистами в биоинформатике, эпидемиологии, геронтологии, генетики собак. «Беломордый» окрас лисицы не является аналогом пятнистости, описанной Беляевым с коллегами и возникающей под влиянием мутации «звезда», он имеет совершенно другую генетическую природу и, действительно, никак не связан с поведением.

На фотографии также показаны взаимоотношения человека и прирученных с детства лисиц. Подобные примеры приручения диких животных (волков, лисиц, хорьков, рысей, леопардов и многих других) все хорошо знают. Однако, такое поведение не наследуется и никак не связано с полученной Беляевым и его школой уникальной популяцией лисиц с генетически закреплённой, передающейся от поколения к поколению подавленной агрессией и эмоционально-положительной реакцией на человека. Эту реакцию не надо воспитывать, в отличие от лисиц, проживающих на зверофермах и относящихся к человеку недружелюбно, или от лисиц с острова Принца Эдуарда. Поэтому только беляевские лисицы и являются моделью исторического одомашнивания животных.

Нельзя забывать, что впоследствии этот эксперимент был повторен в ИЦиГ СО РАН еще на двух модельных популяциях животных – американской норке и норвежской крысе, которые никакого отношения к канадским островам не имеют, но показали схожие результаты в результате отбора по поведению. Более того, на ферме ИЦиГ отбор ведется в двух противоположных направлениях – дружелюбное и агрессивное поведение по отношению к человеку. Таким образом животные, изначально имевшие одинаковый генетический фон и живущие в одинаковых средовых условиях, могут демонстрировать альтернативное поведение, закрепленное генетически.

Стоит отметить, что ставить под сомнение результаты эксперимента могут только исследователи, повторившие этот эксперимент и не получившие аналогичных достоверных данных. В противном случае дискуссия является голословной и направлена на создание нездорового ажиотажа в прессе (с момента опубликования статьи 3 декабря она уже 27,349 раз была процитирована в социальных сетях), а также, возможно, маркетинговым ходом для продвижения частной фирмы одного из соавторов по генотипированию ДНК собак частных владельцев.

Тем не менее, мы полностью разделяем мнение авторов статьи, что дикие животные стали домашними благодаря изменениям, произошедшим при адаптации к новой среде обитания около человека, однако, по нашему мнению, важнейшим фактором этой адаптации и являлся отбор на дружелюбное поведение, что и воспроизводит экспериментальное одомашнивание лисиц. В ближайшее время мы планируем отправить в редакцию журнала “Trends in Ecology and Evolution” подробный ответ на эту статью Lord et al.

Пресс-служба ФИЦ ИЦиГ СО РАН

Показать полностью
Похожие посты закончились. Возможно, вас заинтересуют другие посты по тегам: