Почему генетика

В рамках Года науки и технологий сентябрь 2021 года посвящен именно генетике.

Почему к генетике привлечено такое внимание общества?

Артём Лисачев:

– В последние 10-15 лет произошел скачок в технологиях как прочтения геномов, так и манипулирования ими. Во много раз выросла производительность секвенаторов (машин для чтения ДНК) и значительно упала удельная стоимость секвенирования. Появились технологии не только прочтения коротких фрагментов ДНК, но и длинных (тысячи, десятки тысяч пар нуклеотидных оснований - “кирпичиков” ДНК), из которых компьютерными методами можно собрать почти целые хромосомы. Также активно развиваются методы редактирования генома (например, технология CRISPR-Cas), которые позволяют вносить в геном точечные изменения. Эти методы могут быть использованы для выведения новых сортов растений и пород животных, а также для лечения генетических заболеваний. Внимание общества к теме генетики обусловлено именно этой возможностью использовать генетические технологии для решения задач здравоохранения, продовольственной безопасности и других важных областей жизни человека.

О грантах лаборатории

Сейчас ученые выполняют три проекта по грантам: два гранта РНФ и один – Президентский. Один из грантов РНФ реализуют всем составом под началом Евгения Симонова, руководителя исследовательской группы. Название проекта - «Влияние симбиотной микрофлоры на эпигеном хозяина у амфибий». Грант рассчитан на три года с возможностью продления. Посвящен изучению эпигеном-микробиомных взаимодействий на примере амфибий, в частности остромордой лягушки. Другие два гранта – индивидуальные. В частности, Артём выиграл в 2021 году грант Президента России «Скрининг возбудителей ранавирусной инфекции (Ranaviruѕ sp.) среди эктотермных позвоночных на территории Западной Сибири», а Антон – буквально пару месяцев назад грант РНФ «Механизмы индукции тератогенеза у амфибий под действием трематоды Strigea robusta». Оба проекта рассчитаны на два года.

Артём Лисачёв объясняет суть первого гранта:

– Проект посвящен поиску на территории Западной Сибири ранавирусов. Эти вирусы не опасны для человека, однако могут заражать всех холоднокровных позвоночных – рыб, рептилий и амфибий. С 1980-х годов известны вспышки ранавирусных инфекций с массовой смертностью зараженных животных в разных регионах мира, как в дикой природе, так и в рыбоводческих хозяйствах. В последние годы такие вспышки фиксируют чаще. По различным гипотезам, это связано или с распространением ранавирусов через торговлю живой рыбой, другими животными, или с изменениями климата, или, возможно, с улучшением методов мониторинга. В любом случае эти вирусы представляют опасность как для хозяйственной деятельности человека – рыбоводной отрасли, так и для животных в дикой природе. В России мониторинг ранавирусных инфекций ранее не проводили, за исключением единичного случая обнаружения ранавирусов у жаб на озере в Московской области. Этим обусловлена практическая значимость нашего исследования.

Руководитель исследовательской группы Евгений Симонов дополняет:  

– В наших исследованиях молекулярная генетика используется нами как инструмент для изучения других биологических процессов: физиологии, экологии организмов. Например, в чем заключается сам процесс работы по мониторингу ранавируса: проводим экспедиционные выезды по Уралу и Западной Сибири (Курганская, Омская, Оренбургская области, ХМАО, ЯНАО, Новосибирск), берем у них образцы тканей холоднокровных позвоночных. У лягушек – мазки ватными стерильными тампонами (как в случае ковида у человека в носу, так у амфибий – с кожи), у змей – кусочки брюшных щитков, у ящериц кончики хвостов. После пойманных животных отпускаем. Из взятых образцов в лаборатории выделяем ДНК и тестируем на наличие ранавируса. Это всё происходит примерно точно так же, как происходит с тестом на ковид, только в данном случае работать несколько проще, потому что ранавирус – это вирус, состоящий из ДНК, а коронавирус это РНК-вирус. За теплый полевой сезон – период активности наземных хладнокровных – мы собрали образцы, сейчас идет лабораторная работа. О результатах пока говорить рано.

Антон Свинин рассказал о своём новом проекте:

– Проект направлен на изучение молекулярных механизмов возникновения морфологических аномалий, которые были впервые найдены в 50-х годах прошлого столетия известным французским естествоиспытателем и писателем Жаном Ростаном (сыном Эдмона Ростана, автора «Сирано де Бержерака»). Он был не только знаменитым писателем, но и биологом, и в 50-е годы прошлого столетия обнаружил интересные аномалии у лягушек, которые мы изучаем в настоящее время. Он выявил, что эти аномалии представляют собой не наследственные мутации, а пороки развития, связанные с каким-то инфекционным агентом, который находится в окружающей среде. Однако Ростану не удалось обнаружить причину того, что вызывает аномалию. В 2016 году мы отправились в экспедицию в заповедник «Приволжская лесостепь» и обнаружили данные аномалии в естественной среде спустя практически полвека после Ростана, занялись их изучением. Мы выявили, что аномалии вызываются не вирусами, как предполагал Ростан, а трематодами – это паразитический плоский червь, который на личиночной стадии (метацеркария) вызывает такие аномалии.

И когда эти трематоды воздействуют на головастиков, то у последних, в лучшем случае, появляется полидактилия в легкой форме – лишние пальцы, а в более тяжелых случаях у них формируются деформации – симметричные инверсии конечностей, различные опухолеобразные выросты, значительные полидактилии, дополнительные фрагменты конечностей.

Наш проект в первую очередь направлен на то, чтобы понять, что происходит при внедрении паразитов в тело хозяина на молекулярном уровне. Мы планируем выявить молекулярно-генетический ответ на внедрение паразита, установив при этом то, как меняется профиль экспрессии генов при формировании аномалии.

Ближайшие планы

В октябре ученые представят полученные результаты на научных конференциях в Москве и Белграде.

На сегодня лаборатория группы эволюционно-экологической генетики укомплектована современным исследовательским оборудованием, в том числе новейшими секвенаторами, но его закупки продолжается. Для исследовательской группы выделены новые лабораторные помещения в Институте X-BIO ТюмГУ. Дополнительно планируется создание аквариальной комнаты для экспериментальной работы с личинками земноводных, а также организация помещения для исследований по секвенированию и анализу микробных сообществ. В ближайшие годы исследователи планируют получить новые результаты, имеющие как фундаментальное, так и прикладное значение.

Кроме того, в университете созданы суперкомпьютерные мощности под задачи биоинформатики. Так, для решения задач параллельных вычислений в 2020 году были приобретены два суперкомпьютера с 112 физическими ядрами каждый. Для решения сложных задач, связанных с искусственным интеллектом и машинным обучением, визуализацией и рендерингом закуплен суперспервер, имеющий 6400 тензорных ядер, имеющий пиковую производительность в сценариях глубинного обучения не менее 1300 TFLOPS.

Уже после интервью с молодыми учёными пришла новость, что в конкурсе на предоставление грантов Федеральной научно-технической программы развития генетических технологий на 2019 – 2027 годы по разделу «Поиск и изучение микроорганизмов и микробных сообществ почв, животных и растений» заявка Тюменского государственного университета под руководством академика РАН Андрея Лисицы на реализацию проекта "Микробиомы агроценозов: масштабный скрининг, мониторинг и методы управления консорциумами микроорганизмов для регенеративного земледелия" признана победившей и получит финансирование в 2021-2023 году. 

Исследовательская группа экологической и эволюционной биологии под руководством Евгения Симонова становится частью нового масштабного проекта, направленного на разработку новых технологий регенеративного земледелия, основанного на управлении микробными консорциумами почвы, растений и животных.

Справка

Евгений Симонов - руководитель исследовательской группы эволюционной и экологической генетики Международной комплексной НИИ лаборатории по изучению изменения климата, землепользования и биоразнообразия X-BIO ТюмГУ. Переехал в Тюмень в конце 2019 года из Новосибирска, до этого работал в различных исследовательских организациях, в частности, в Красноярске в Сибирском федеральном университете, до этого – в разных институтах РАН. В ТюмГУ как самый опытный из группы молодых генетиков координирует работу группы, проводит обучение студентов и сотрудников лабораторным методам и занимается анализом данных – биоинформатикой.

Артём Лисачёв - к.б.н., научный сотрудник. Приехал в Тюмень в середине 2020 года. Развивает сотрудничество с Институтом молекулярной и клеточной биологии СО РАН по изучению хромосомной эволюции рептилий.

Источник:

Управление стратегических коммуникаций ТюмГУ