Честная беседа о вкусной селекции и умной ветеринарии
23 сентября прошел студенческий пресс-тур в Российский государственный аграрный университет – Московскую сельскохозяйственную академию имени К.А. Тимирязева в рамках нацпроекта «Наука и университеты». Организатором мероприятия выступил портал «Научная Россия».
Ускорение свободной гибридизации
В первую очередь, молодые специалисты из РосНОУ, МГУ, НИТУ МИСИС, ВГИК и собственно РГАУ-МСХА имени Тимирязева побывали в селекционно-семеноводческом центре, где заведующий кафедрой ботаники, селекции и семеноводства садовых растений, профессор Сократ Григорьевич Монахос рассказал о выращивании сортов капусты белокочанной, устойчивой к киле - грибковому заболеванию, поражающему корни растений, и лука, устойчивого к пероноспорозу («мучнистой росе»). Как пояснил эксперт, химикаты со временем становятся все более безопасными для человека, однако полностью вред, наносимый здоровью, не нивелируется, в то время как знания генетики и селекции позволяют культивировать признаки, повышающие устойчивость к определенным типам заболеваний путем межвидового скрещивания.
- РГАУ МСХА имени Тимирязева – мировой лидер в области селекции. Мы взяли нужный ген из турнепса и подали его в капусту. Щепотка биотехнологий, ускорение естественного процесса – и вот, результат 2022 года – раннеспелая капуста, устойчивая к грибковым и бактериальным заболеваниям, - пояснил Монахос. – Также мы взяли ген от дикорастущего лука и перенесли на репчатый. В природе вместе эти виды не встречаются, но за счет скрещивания в России появился первый вид, обладающий не только устойчивостью к пероноспорозу, но и высокой урожайностью, хорошей сохранностью, прекрасным вкусом. Чтобы добиться совокупности таких признаков, нужна комплексная генетическая программа, а они, как правило, долгосрочные и рассчитаны на 4 года, 6, 10, 12 лет: эти сроки часто отпугивают молодых специалистов от занятий селекцией, а зря: на протяжении этих лет ожидает очень интенсивная работа.
Селекционно-семеноводческий центр несет определенные обязательства перед Минобрнауки и Минсельхозом. Например, в 2024 году ученые обязаны выдать пять новых гибридных видов. Также здесь занимаются выращиванием рапса и выжимкой рапсового масла на экспорт и внутренний рынок. Студентам показали, как в шейкере клетки моркови объединяются с клеткой фенхеля, чтобы ядро моркови попало на цитоплазму фенхеля. Задача исследователей – сделать генетическую платформу для создания гибридов моркови по упрощенной схеме. Если она будет решена, наши ученые смогут стать первооткрывателями в этой области и запатентовать изобретение. Достижения селекционеров имеют практико-прикладное значение и для здоровья человека, потребителя продукции: улучшается качество и удлиняется продолжительность жизни. Биотехнологии, по словам Сократа Григорьевича, помогают спасению зародышей: ученые скрещивают растения в период цветения несколько раз. После того, как большинство зародышей погибают, выжившие образцы развиваются на питательной среде в чашке Петри. Это позволяет получить гибрид первого поколения при отдаленной гибридизации, межвидовом скрещивании, затем, снова скрещивая с культурным растением, исследователи добиваются нового вида с нужным признаком. Чтобы сократить сроки селекции, используется биотехнология двойного гаплоидного отбора. Ученые берут клетку, из которой развивается пыльца, когда она еще не созрела, отделяют клетки пыльцы от остальных тканей, отделяют от остальных клеток и высаживают в жидкую питательную среду. Из клетки с гаплоидным или одинарным набором хромосом, минуя половой процесс, получается полноценное растение: в процессе развития набор хромосом удваивается до нормального, диплоидного, полученные растения фертильны, то есть способны давать потомство, сохраняются вкусовые качества растений. Последующая задача селекционера – определить удачную комбинацию генов, из которого впоследствии можно создать гибрид с идеальным набором признаков. Один цикл на питательной среде заменяет шесть циклов в теплице, в естественных условиях.
Нейросеть и тайны животного мира
Цифровизация, бесспорно, захватила во все сферы жизни, в том числе, животноводство. Сотрудники кафедры ветеринарной медицины уже полтора года обучают искусственный интеллект (ИИ) для помощи в диагностике и лечении различных заболеваний братьев наших меньших. Так, в ультразвуковой диагностике нейросеть может искать кинопетли – признаки воспаления, помогая врачу вычислить наличие патологии при исследовании поверхностно лежащих органов. В настоящее время ИИ учится считывать также рентгеновские снимки внутренних органов, работает в инфракрасной томографии. В гематологии, изучив определенные типы клеток, ИИ может диагностировать патологии крови, выявить наличие паразитов или необратимые изменения формы и состава кровяных телец.
- Кровь помогает понять на ранних стадиях, что происходит с организмом животного. В лабораторной диагностике прошлого и начала нынешнего столетия многое зависело от человеческого фактора, от действий врача, оттого и сохранялся высокий риск ятрогенной ошибки на всех этапах – от забора мазка до исследования клеток крови под микроскопом, - рассказала Евгения Сергеевна Латынина, доцент кафедры ветеринарной медицины. – Мазок по стеклу равномерно распределяет машинка, человек прокрашивает стекло для выявления определенных элементов крови, а искусственный интеллект считывает результат: анализирует количество, качество, форму и состав кровяных телец и на основе больших данных выносит вердикт о наличии того или иного заболевания у животного.
Стоит отметить отдельно, что в ветеринарии и животноводстве есть отдельные виды животных, например, птицы, амфибии или ламы, в отношении которых классические анализаторы крови не работают. Дело в том, что у них овальные эритроциты, а классический анализатор настроен на круглые. Расчет эритроцитов ручным методом требует колоссального количества времени, искусственный интеллект помогает значительно ускорить процесс. Нейросеть в ветеринарии обучается на более, чем 1000 образцов, для работы с точностью до 95% (погрешность – 5%). В настоящее время ИИ уже обучился работать с кровью млекопитающих и тренируется на птицах – это задел кафедры ветеринарии на перспективу. Удалось потренироваться и гостям. Алена Юрченко, сотрудник пресс-службы и участник студенческого медиацентраРосНОУ самостоятельно приготовила и прокрасила для исследований мазок коровьей крови. Анастасия Жукова, корреспондент «Научной России», задавая точные и грамотные вопросы, помогла прийти к важному умозаключению: многие заболевания крови у животных- вина и ответственность человека. Собака полизала руки хозяйки, намазанные кремом, кошка съела парацетамол, шоколад или лук – и патология крови и пищеварительной системы обеспечена.
Евгения Сергеевна также рассказала гостям об опасности передаваемых клещами заболеваний: например, бабезии или токсоплазмы поражают эритроциты, которые на ранних этапах помогают диагностировать анализаторы. Сами приборы делятся на два типа: гематологические, которые исследуют собственно кровь, и биохимические – помогают определить, что в кровь выделяют органы: без результатов последних невозможно поставить точный диагноз в ветеринарии. Нейросеть получает результаты биохимии, исследует лейкоцитарную формулу животного, разделяет их на виды и подвиды и считает общее количество. Итоги исследования выдаются в виде рисуночного изображения. Человек из системы тоже пока не исключен: он разделяет артефакты по типам, направляет нейросети на анализ, и та перерасчитывает результат. ИИ каждый раз обучается работе с разными типами заболеваний. Например, сейчас кафедра ветеринарии «натаскивает» нейросеть на яйца гельминтов, причем, занимаются этим не только преподаватели, но и студенты, участники проекта «Стартап как диплом».
Трипсин для продуктивности и самая полезная рыба
С искусственным интеллектом дружит и кафедра физиологии, этологии и биохимии животных. Профессор, доктор биологических наук Владимир Григорьевич Вертипрахов вместе с коллегами по гранту Российского научного фонда (РНФ) реализует эксперимент на кроликах и курах по влиянию трипсина на организм животных. Трипсин – это не только фермент, но и гормоноподобное вещество, которое участвует в регуляции метаболизма животных. Задача ученых – исследовать, как внутримышечные инъекции препарата трипсина меняют метаболический путь, поведение, состояние различных систем и органов подопытных. За два года исследований сотрудники кафедры физиологии, этологии и биохимии животных выяснили, что по активности трипсина в кишечнике у кур можно определить вкус и питательную ценность белковой добавки (оптимальной признан люпин белый, выращенный селекционерами Тимирязевки на их полях), а по активности трипсина в крови – обмен веществ, продуктивность и здоровье животного.
- Трипсин – это показатель продуктивности. Птица, у которой выше уровень данного фермента в крови, отличается большей яйценоскостью и величиной яиц. Корова или коза – большими удоями. Поскольку уровень трипсина взаимозависим с уровнем белка, из этого можно сделать заключение: прием белкового завтрака обеспечивает человеку подъем бодрости, прилив энергии в течение дня, - посоветовал студентам Владимир Григорьевич. – Замените кофе с углеводами яйцом, вареным мясом, сыром или творогом – и рабочая или спортивная продуктивность вам обеспечена.
Трипсин влияет не только на обмен веществ. Например, у кроликов он способствует уменьшению частоты сердечных сокращений и понижению артериального давления, а у коров помогает выявлению скрытых маститов. Дело в том, что показатель трипсина, как выяснилось, у здоровых животных в молоке не превышает уровень в сыворотке крови, а при маститах, в том числе и скрытых увеличивается в молоке до двух раз. Замеры уровня трипсина помогают определить скрытый мастит, своевременно начать лечение и сохранить буренке
здоровье и долгую жизнь, особенно если речь идёт о чисто молочных породах, которые непригодны для убоя на мясо.
Завершился насыщенный пресс-тур в аквариальной лаборатории. Преподаватель кафедры аквакультуры и пчеловодства Эдуард Владимирович Бубунец рассказал, какая доза анестезии необходима для измерения водных обитателей, включая краснокнижные виды, познакомил с технологией кормления и очистки аквариумов, поведал о выращивании раков и межвидовом скрещивании в искусственно созданных условиях. Студенты кафедры учатся самостоятельно диагностировать и лечить болезни рыб, исследовать факторы, влияющие на фертильность и размеры водных обитателей.
- После Великой Отечественной войны население нуждалось в усиленном питании. Нужно было выращивать рыб с быстро растущей белковой массой – и наша кафедра бросила все усилия на выращивание зеркального карпа, - поделился Эдуард Владимирович. - Сейчас мы с коллегами выращиваем тилапию, сиговых рыб, форель, красноклешневых раков, осетровых, теплолюбивых рыб – сомовых и пираний, изучаем, как меняется состав крови подопытных в зависимости от типа кормления, сравниваем состав лимфы у самцов и самок различных видов ракообразных, по госзаданию выращиваем карпа сибирского, исследуем дополнительные возможности для транспортировки рыбы в условиях ограниченного пространства и недостатка кислорода.
А еще (тсс, это секрет!) студенты и преподаватели кафедры аквакультуры и пчеловодства в прямо в ходе занятий иногда делятся друг с другом лучшими кулинарными рецептами, ибо рыба – объект не только научного, но и вполне прикладного гастрономического интереса. По мнению профессора Бубенца, самые полезные рыбы принадлежат к семейству лососевых. Непосредственно лосось - лидер среди рыб по содержанию полезных жиров омега-3. Эти жирные кислоты важны для работы сердца и мозга, они снижают воспаление и улучшают настроение. Форель, еще один представитель семейства с более деликатным вкусом, богата витаминами B12 и D, а также селеном, который помогает укрепить иммунитет.
Экскурсией гости остались более, чем довольны. «Мне больше всего понравилось кормить рыб, наблюдать за ними, слушать, как их лечат и измеряют, - призналась студентка МИСИС Кристина Сакаева. – Потрясена возможностями искусственного интеллекта
в диагностике, кажется, скоро ему будет не нужен человек. А еще хочу вернуться в семеноводческий центр весной и поучаствовать в спасении зародышей вместе со специалистами.
«Меня, как человека с гематологическим диагнозом, впечатлили исследования кафедры ветеринарии. Кто знает, может быть, исследования крупного рогатого скота впоследствии помогут в реабилитации таких же пациентов, как я сама, - поделилась Алена Юрченко, специалист пресс-службы, участник студенческого медиацентра РосНОУ. – Отдельно взяла для себя на заметку негативное влияние обезболивающих препаратов на уровень трипсина в крови. Может быть, не всегда полезно злоупотреблять ими и людям, иначе возрастает риск нарушения метаболизма?
Научное сообщество и представители медиасферы смотрят на мир через различные объективы и исповедуют разные подходы к освещению одних и тех же вопросах, однако сходятся во мнении: недостаток знаний о передовых достижениях способствует снижению общего уровня грамотности общества, популяризации паранаучных знаний и лжеучений, откату в технико-технологическом плане в прошлое столетие. Займемся просвещением под руководством специалистов,
коллеги, исправим этот недочет вместе?
Автор Юлия ЕМЕЛЬЯНОВА,
фото Елены ЛИБРИК
