CC BY
105
Начало развития генетики в Беларуси связано с решением практических задач селекции и семеноводства сельскохозяйственных культур. Первыми генетическими исследованиями были работы академика Антона Жебрака в области отдаленной гибридизации пшеницы и экспериментальной полиплоидии. Дальнейшему развитию генетики в республике способствовала организация в 1955 г. в составе Института биологии АН БССР отдела генетики. В 1963 г. он был преобразован в самостоятельный отдел генетики и цитологии, а в 1965 г. — в Институт генетики и цитологии АН БССР. За годы своего существования институт внес значительный вклад в решение ряда фундаментальных и прикладных проблем генетики, имеющих большое значение для народного хозяйства страны. Сотрудникам присуждены 3 Государственные премии БССР и Республики Беларусь, премия Ленинского комсомола Белоруссии, 6 премий НАН Беларуси, премия имени академика В.А. Коптюга. За 45 лет опубликовано 49 монографий, 15 учебников и учебных пособий, 124 книги, 8 тыс. статей и тезисов, получено более 60 патентов и авторских свидетельств. Институт участвовал в создании 33 сортов растений, районированных в Беларуси и за ее пределами. За эти годы подготовлено 17 докторов и более 120 кандидатов наук. Сегодня здесь трудятся 186 сотрудников, из них 11 докторов наук. В структуре института 12 лабораторий, генетико-селекционный комплекс с полями, теплицами, климатическими камерами, Национальный координационный центр биобезопасности и Центр ДНК-биотехнологий.
Генетика сегодня — это передовой край биологической науки, основа для создания современных биотехнологий в различных отраслях народного хозяйства. Без нее невозможно представить селекцию растений, животных, разработку стратегии охраны их редких и исчезающих видов, методов лечения наследственных заболеваний человека и многое другое. Важно отметить, что современная генетика — это молекулярный уровень исследований, повлекший за собой возникновение новой области знаний — геномики, изучающей структуру и функции генов, реализацию наследственной информации и являющейся основой для других «омик» — про-теомики, метаболомики. Возможности этих наук поистине безграничны: они позволяют конструировать организмы с заранее заданными свойствами,
инженерии
переносить чужеродные гены от одного организма другому, решать практические задачи в области сельского хозяйства, здравоохранения, охраны окружающей среды. Эти задачи первостепенны для всего человечества, приоритетны они и для нашей страны. Многие из них решаются коллективом Института генетики и цитологии НАН Беларуси — ведущего научного учреждения страны в данной области и входящего в тройку лучших профильных институтов на постсоветском пространстве. В свой день рождения — 45-летие — учреждение стало гостем нашей рубрики «День открытых дверей». Первое слово—директору института члену-корреспонденту, доктору биологических наук, профессору Александру КИЛЬЧЕВСКОМУ.
От классической генетики к геномике и генетической
— С первых дней существования института перед ним были поставлены самые насущные и актуальные задачи народнохозяйственного комплекса страны, требующие незамедлительного разрешения. Постановлением Совета Министров БССР №115 от 19.03.1965 г. в качестве приоритетных были определены следующие направления научных исследований: генетические основы гетерозиса и получение высокоурожайных форм сельскохозяйственных растений; изучение и математический анализ закономерностей наследования количественных признаков; искусственная полиплоидия; мутации растений и микробов и селекция их ценных форм; генетика опухолевого роста и др. Эти проблемы были новы и злободневны, и работа над ними позволила институту быстро завоевать известность и авторитет в СССР и за рубежом. Способствовала этому и целая плеяда ярких, талантливых ученых, стоявших у истоков формирования института. В первые годы здесь работали член-корреспондент АН БССР А.Н. Ипатьев, член-корреспондент АН КазССР П.А. Буланов. Одними из первых научных сотрудников стали будущие действительные члены Академии наук, доктора наук, профессора Л.В. Хотылева, А.Н. Палилова, В.Е. Бор-мотов, В.Г. Володин, Н.В. Атрашенок, В.Н. Загрекова, Ю.Б. Вах-тин, И.М. Суриков, О.О. Кедров-Зихман, А.И. Палилов, Г.В. Крас-ковский и др. На их творческом энтузиазме, работоспособности, идеях базировалось становление и развитие генетики.
— Наличие такой выдающейся плеяды ученых дает веские основания полагать, что в Институте генетики и цитологии есть крепкий кадровый костяк, обеспечена преемственность научных поколений.
— Действительно, этому вопросу мы уделяем большое внимание. В ИГЦ продолжают функционировать и развиваться сформированные ранее и оказавшие существенное влияние на развитие науки научные школы: гетерозиса и количественных признаков под руководством академика Л.В. Хотылевой; экспериментальной полиплоидии и цитогенетики сельскохозяйственных растений, во главе которой стоит член-корреспондент В.Е. Бормотов; молекулярной генетики и генетической инженерии растений, родоначальником которой является академик Н.А. Картель; нехромосомной наследственности, лидер которой доктор биологических наук А.Н. Палилова.
Упор делаем на развитие системы непрерывной подготовки научного персонала — от научно-исследовательской работы студентов до аспирантуры и докторантуры. Школа высшей квалификации кадров у нас действует по специальностям «генетика», «молекулярная генетика», «биотехнология». По последней в настоящий момент обучается 10 человек, в том числе 3 — по направлениям сторонних организаций — Института физиологии НАН Беларуси, НИИ криминалистики и судебной экспертизы, ОАО «Рыбхоз «Полесье». Принятые Ученым советом института меры по ужесточению отбора аспирантов, повышению требова-
ний к ним и их руководителям привели к положительным результатам: наметилась тенденция к сокращению сроков подготовки диссертационных работ, число защитившихся в течение двух лет после завершения обучения по сравнению с предыдущей пятилеткой выросло в 3 раза.
Активно сотрудничаем и с высшей школой. Это и развитие системы совместных кафедр с БГСХА, МГЭУ им. А.Д. Сахарова и Белгосуниверситетом, и преподавание специальных курсов сотрудниками института, и издание учебников для вузов. Под руководством наших научных работников выполняется 11 дипломных, 7 курсовых работ и 8 магистерских диссертаций. Благодаря этому мы в полной мере обеспечены необходимыми кадрами, постепенно омолаживаем штат. За последние пять лет на работу взяты более 30 молодых специалистов. Как правило, это квалифицированный персонал — выпускники магистратуры и аспирантуры. 9 из них были удостоены стипендий Президента Республики Беларусь. Циклу научных работ молодых кандидатов наук Е.И. Кушнеревич и Л.Н. Сивицкой в 2008 г. присуждена Премия НАН Беларуси им. В.Ф. Купревича.
— Александр Владимирович, понятно, что в науке главное — личность ученого, его творческий потенциал. И в данном случае коллективом невозможно управлять авторитарно, нужен индивидуальный подход к каждому.
— Такая атмосфера, творческая и демократичная, всегда была присуща институту. Однако здесь важна грань, за которой демократия может перерасти в хаос. Так или иначе, персональной ответственности директора за все, что происходит в институте, еще никто не отменял. Стараюсь действовать методом убеждения. Очень благодарен своим предшественникам на посту директора — академикам Л.В. Хотылевой и Н.А. Картелю, чьими доброжелательными и мудрыми советами часто пользуюсь. Активно помогает моя «команда»—заместители директора В.А. Лемеш, М.Е. Михайлова, А.А. Шуба. Высоко ценю заведующих лабораториями, чьими усилиями организуется НИР в коллективах. Работа у нас ведется по принципу бизнес-планирования. Каждый заведующий сам определяет штат, варьирует зарплату при условии выполнения плановой деятельности. Поэтому он заинтересован в реализации новых идей и ищет для этого новые проекты. Но, конечно, такая самостоятельность координируется дирекцией.
В институте разработана эффективная система премирования за успехи в творческом труде — издание монографий, учебников, публикацию статей, защиту патентов, создание сорта и т.д. Ученый не должен быть бедным, он должен получать достойную зарплату и не отвлекаться на поиск средств за пределами основного места работы, исключая преподавание.
— Такая кадровая политика, безусловно, должна приносить весомые плоды. Какими научными достижениями гордится институт?
— Наиболее значимые успехи достигнуты в области генетики гетерозиса и количественных признаков, экологической генетики и селекции, молекулярной генетики, нехромосомной наследственности, генетики человека и животных. Разработаны методы селекции гетерозисных гибридов ряда культур — кукурузы, томатов, подсолнечника, ржи — для создания высокопродуктивных, энергоэффективных и экологически стабильных сортов, обеспечивающих получение качественной продукции. Получены первые в республике трансгенные растения картофеля и рапса с хозяйственно ценными признаками. Впервые сделаны ДНК-паспорта сортов и технологии маркер-сопутствующей селекции растений и животных. Проведены исследования по этногеномике белорусского народа. Совместно с медиками разработаны методы ДНК-диагностики ряда наследственных заболеваний, которые внедряются в медицинскую практику.
В последние годы мы вышли на новый «виток» развития — молекулярный уровень исследований. Это позволило сконцентрировать научный потенциал коллектива на современных направлениях генетики, таких как структурно-функциональная организация геномов растений, животных, микроорганизмов и человека, генетическая инженерия, эффективные ДНК-технологии для сельского хозяйства, здравоохранения, спорта, охраны окружающей среды, проблем биобезопасности. Все названные изыскания решают серьезные задачи народнохозяйственного комплекса страны.
— Каков уровень белорусской генетики в международном научном сообществе?
— Работы такого плана соответствуют тенденциям развития мировой генетической науки. Сотрудники иститута достаточно часто выезжают за рубеж для участия в научных мероприятиях. Объективно могу сказать, что большинство выполненных исследований соответствуют самому высокому уровню. Об этом свидетельствует количество международных договоров — их 34 с 15 странами, что доказывает: с нами хотят работать. Наша молодежь стажируется за рубежом, мы принимаем коллег из многих стран.
— Ученые все чаще склоняются к мнению о том, что истинная фундаментальность науки заключается в возможности ее практической реализации. Какое приложение находит отечественная генетика?
— Она внедряется в практику в виде новых методик, технологий, продуктов и т.д. Мы всячески поддерживаем достаточно высокий уровень фундаментальных исследований и в то же время ежегодно наращиваем объем помощи практикам. За последние годы количество хоздоговоров возросло в 16 раз. Мы создали и аккредитовали лабораторию детекции генетически модифицированных ингредиентов в пищевых продуктах и кормах. Согласно белорусским законам, при наличии ГМИ
продукты должны быть маркированы. Объем этой работы ежегодно возрастает. Активно помогаем племпредприятиям республики по селекции животных, сотрудничаем с рыбхозами по повышению выхода молоди рыб, активно взаимодействуем с селекционерами отделения аграрных наук по созданию сортов и гибридов растений. За последние годы наши разработки в области генетики человека позволили проводить генетическую паспортизацию более чем по 30 генам. Мы уже реально осваиваем это направление по примеру наших коллег в развитых странах. Взаимодействуем со спортивными организациями, помогаем определить потенциал спортсменов по их генотипу. Такая оценка была дана национальной команде биатлонистов. Большая часть инновационной работы сосредоточена в созданном нами Центре ДНК-биотехнологий, который в прошлом году аккредитован по 5 направлениям.
— Какой вы видите перспективу развития института?
— Прежде всего, это повышение уровня фундаментальных исследований, выход на молекулярный уровень по основным направлениям НИР, укрепление материальной базы, без которой невозможно развивать современную генетику и геномику. Работаем над созданием центра коллективного пользования «Геном», что позволит на порядок увеличить объем как фундаментальных исследований, так и массовых анализов геномов для практических нужд. По такому пути идут наиболее передовые институты Европы, а также наши восточные коллеги из Китая и Японии. Это широкое международное сотрудничество с коллегами из дальнего и ближнего зарубежья, подготовка молодых высококвалифицированных кадров через аспирантуру. И наконец, оптимизация научной деятельности, выстраивание цепочки «фундаментальная наука — прикладная наука — инновационная деятельность». Для этих целей мы представили в Государственную программу инновационного развития Республики Беларусь проект по созданию Республиканского центра по генетическому маркированию и паспортизации растений, животных, микроорганизмов и человека. На базе уже имеющегося центра ДНК-биотехнологий будет создана инновационная структура, оказывающая реальную практическую помощь сельскому хозяйству, здравоохранению, спорту высоких достижений, охране окружающей среды. В центре планируется проводить анализ ГМИ, ДНК-паспортизацию и ДНК-маркирование растений, животных, микроорганизмов, ДНК-паспортизацию человека для нужд здравоохранения и спорта. Аналогов такой структуры в стране и на постсоветском пространстве нет, и необходимость ее создания на базе нашего института очевидна. Наше учреждение активно развивается, прибавляя как в фундаментальном, так и в прикладном плане. Мы ощущаем свою востребованность в обществе, наши результаты нужны многим отраслям, и это вселяет надежду на хорошие, устойчивые перспективы.
Молекулярные основы селекции
Николай КАРТЕЛЬ
заведующий лабораторией молекулярной генетики Института генетики и цитологии НАН Беларуси, академик
Молекулярная генетика, а затем и генетическая инженерия получили развитие в 50—60-х гг. В нашем институте первые шаги в этом направлении были сделаны в конце 70-х под руководством академика Н.В. Турбина. Изучалось действие экзогенной ДНК на растительный организм, оптимизировались методы получения полимерной высокоочищенной ДНК из растительного материала, разрабатывались методы введения ее тотальных препаратов в различные органы и клетки растений (зародыши, пыльцу, протопласты и др.) с использованием радиоактивной метки (Н3-тимидина), исследовались степень и длительность сохранности полимерной ДНК. Все это позволило перейти к изучению морфологических и физиолого-биохимических эффектов, цитогенетических и генетических действий ДНК. Особое внимание уделялось трансгенным разработкам.
В этой связи проведен ряд совместных экспериментов с лабораторией молекулярной биологии растений Института прикладной молекулярной биологии и генетики ВАСХНИЛ, Москва (Н.В. Турбин, В.Н. Сойфер). В результате получены данные о восстановлении признака waxy у мутантного по этому признаку ячменя под влиянием инъекции ДНК дикого типа в зерновки на стадии молочной спелости. Эти и другие опыты позволили выявить специфическое действие экзогенной ДНК по типу генетической трансформации.
С открытием лаборатории молекулярной генетики в 1985 г. в институте начата работа по исследованию повторяющихся последовательностей ДНК, составляющих большую часть генома растений (70% и выше), созданию и использованию молекулярных маркеров в изучении геномов сельхозкультур, картированию генов, ДНК-генотипированию отдельных хозяйственно ценных признаков.
Объектом нашего внимания стала ДНК ячменя. С помощью генно-инженерных подходов впервые были клонированы на молекулярном уровне повторы BRS1 pEWM и рЕГУ из геномов ячменя, пшеницы и ржи. Определена первичная структура (проведен сиквенс) повтора BRS1 ячменя, которая зарегистрирована в международном Генбанке.
В ходе совместных исследований в рамках iNTAS с учеными из Германии и России впервые создана представляющая научный и практический интерес высоко насыщенная маркерами моле-кулярно-генетическая карта ржи. На ней было локализовано 20 различных морфологических и хозяйственно ценных генов.
Как известно, для характеристики организмов широко используются морфологические и биохимические (белковые) маркеры. Однако молекулярные имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с ними, вследствие чего методы ДНК-маркирования сейчас успешно и широко применяются в самых различных областях биологической науки, в том числе в генетико-селек-ционных исследованиях (например, ДНК-маркер-сопутствующий отбор). Сейчас практически во всех лабораториях нашего института проводятся исследования с использованием ДНК-маркеров на таких культурах, как пшеница, ячмень, картофель, рапс, томаты.
В селекции поиск доноров хозяйственно ценных признаков (генов) для любой культуры является главной задачей. Проведенные в нашей лаборатории исследования позволили установить с помощью ДНК-праймеров наличие в сортах пшеницы белорусской селекции таких хозяйственно важных генов, как гены короткостебельности, запасных белков глютенинов, определяющих твердозерность, устойчивости к болезням, контролирующие сроки созревания и прорастание в колосе, яровости, ози-
мости. Так, например, лишь один сорт Копылянка в своем геноме содержит хорошее сочетание аллелей глютенинов, придающих муке высокие хлебопекарные качества. В настоящее время совместно с НПЦ НАН Беларуси по земледелию мы анализируем исходный селекционный материал по указанным выше генам для создания новых сортов пшеницы, то есть проводим так называемый маркер-сопутствующий отбор.
Придать тепличным томатам высокую транспортабельность и лежкость — одна из актуальных задач ученых. Известны гены, которые в гетерозиготном состоянии значительно улучшают сохранность плодов на растении. В лаборатории экологической генетики и биотехнологии (А.В. Кильчевский) созданы и протестированы ДНК-маркеры к генам созревания томата. Разработанные методы генотипирования позволяют эффективно выявлять данные гены на любой стадии развития растений — от проростков до плодов. Проводятся аналогичные работы в отношении льна (В.А. Лемеш), картофеля (А.П. Ермишин), ячменя (О.Г. Да-выденко). Развернуты в нашей лаборатории и исследования по ДНК-маркированию генов устойчивости к болезням и паспортизации плодовых — яблони и груши (О.Ю. Урбанович).
Неотъемлемым элементом селекции и семеноводства является идентификация сортов, линий и гибридов растений. Существующие ее методы базируются в основном на оценке морфологических признаков и биохимических маркеров. Однако они имеют ряд существенных недостатков — прежде всего, они недостаточно точны. Нами разработана методика идентификации и паспортизации сельскохозяйственных культур на основе микросателлитных последовательностей ДНК или SSR-маркеров. Метод основан на определении длины повторяющихся последовательностей ДНК у отдельных образцов растений с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) и специальных праймеров.
Создание ДНК-паспортов позволяет регистрировать генотипы, проверять генетическую чистоту сортов и инбредных линий, оценивать уровень гибридности, создавать банки сортов, контролировать смену сортового состава при семеноводстве. Институтом подготовлены методические рекомендации по паспортизации мягкой пшеницы, картофеля, томата, льна, свеклы, ячменя, которые утверждены научно-техническим советом Минсельхозпрода Республики Беларусь в 2007 г. и рекомендованы для практического применения.
Первые попытки получить трансгенные растения были сделаны нами в конце 70-х гг. Наиболее активно по данной проблеме мы стали работать в 90-х гг. Совместно с английскими учеными на основе плазмиды pGreen0229 были созданы векторы с генами биосинтеза рамнолипидов гЫА и гЫВ, которые использовались для генетической трансформации табака и арабидопсиса. В результате получены растения, характеризующиеся толерантностью к высоким концентрациям металлов, а также к нефтепродуктам (Г.Г. Бричкова).
Сотрудниками лаборатории в конструкцию вектора pGВP450f введена последовательность кДНК гена CYP11A1 цитохрома P450scc животного происхождения. С помощью этого вектора создан трансгенный табак с рядом ценных признаков. У него на две недели раньше, чем у контрольных растений, начинается цветение, вес тысячи семян более чем в 1,5 раза выше. Кроме того, получены трансформанты лекарственной наперстянки, создается трансгенный рапс.
Изучается картофель, в который нами введен бактериальный ген хитиназы, усиливающий сопротивляемость к фитопатогенам, а также с геном В^токсина, способствующим сопротивляемости к колорадскому жуку. В институте также ведутся исследования по созданию трансформанта льна (В.А. Лемеш).
В 2002—2006 гг. мы участвовали в выполнении Государственной программы «Разработка и использование генно-инженерных биотехнологий в интересах сельского хозяйства и медицины», головной организацией по которой был наш институт. Сейчас продолжаем исследования в рамках Госпрограммы «Инновационные биотехнологии»: совместно с БГУ (А.Н. Евтушенков) и нПц НАН Беларуси по земледелию (М.П. Шишлов) создаем трансгенные растения рапса, устойчивые к гербициду глифосату.
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ПАСПОРТА РАСТЕНИЙ
В Центре ДНК-технологий обоснованы принципы и разработана оригинальная методика идентификации и паспортизации генотипов мягкой пшеницы, картофеля, томата, льна, свеклы, сои, подсолнечника, ячменя и яблони. В основе метода лежит молекулярный анализ высокополиморфных областей генома растения — локусов микросателлитных последовательностей ДНК. Для каждого вида предложен набор маркеров, который позволяет проводить паспортизацию сортов, линий и форм в рамках вида. Генотип растения документируется в виде формул, отражающих состав аллелей в отдельных локусах генома. Так, например, выглядит формула генотипа сорта мягкой пшеницы Былина: А123В118С141 F190G245Y149l179J160K196L70M202N142O113 РшОтКииЗмдТшиш^б, где буква латинского алфавита означает код ЭЭГ локуса, а нижний индекс — размер аллели в парах нуклеотидов. Методология может быть использована в генетико-селекционных исследованиях, для охраны авторских прав, для оценки сортового соответствия при закупке семенного материала, подтверждения новизны сорта и др.
ДНК-диагностика для медицины и спорта
Лаборатория генетики человека Центра ДНК-биотехнологий — единственная в стране, аккредитованная в области исследования индивидуальных генетических особенностей человека. Это направление чрезвычайно интересно, поскольку напрямую связано со здоровьем человека. О «секретах», раскрытых сотрудниками подразделения, рассказывает его руководитель — доктор биологических наук, профессор Ирма МОССЭ.
— Известно несколько тысяч заболеваний человека, и все они в той или иной степени зависят от генотипа. Есть недуги, которые связаны только с наследственными особенностями индивидуума. С ними ребенок рождается или они неминуемо проявляются в более позднем возрасте. Другие болезни наследственно обусловлены — к ним есть генетическая предрасположенность, но для их проявления необходимы провоцирующие факторы, зависящие от образа жизни. Такие заболевания называются многофакторными. И нет болезней, не имеющих генетической предрасположенности, включая простудные, инфекционные и даже травмы. Гены большинства наследственных болезней уже известны. Их молекулярно-генетическая диагностика применяется в медицинской практике во всем мире. В то же время генетическая предрасположенность к многофакторным заболеваниям еще не исследована или изучена недостаточно, поэтому одна из актуальнейших задач молекулярной генетики — выявление генетических факторов, приводящих к развитию тех или иных болезней, прежде всего опасных. К ним относится большая часть широко известных тяжелых патологий: сердечно-сосудистые, онкологические, аллергические и др. Поэтому диагностика наследственных заболеваний с помощью молекулярно-генетических методов широко используется в мировом здравоохранении.
—Соответствует ли уровень исследований, проводимых в лаборатории, мировым наработкам в этой области?
— Мы нисколько не отстаем от зарубежных коллег. К примеру, изучаем полиморфизм генов, ответственных за возникновение ишемической болезни сердца, и в частности инфаркта миокарда. Это наиболее частые и опасные заболевания человека, обусловленные тромбозированием кровеносных сосудов. Так, при инфаркте миокарда в 75—80% фиксируются тромбозы коронарных артерий, в 75—80% случаев инсультов наблюдаются тромбозы сосудов мозга, смертность от тромбоэмболии легочной артерии — одна на 1 тыс. человек в год. Генетические факторы риска артериальных тромбозов изучены недостаточно, сведения о генетической предрасположенности к ним отрывочны и противоречивы. Совместно с РНПЦ «Мать и дитя» нами разработана технология ДНК-диагностики, которая в 5—10 раз дешевле общепринятой и требует в 3—5 раз меньше времени на анализ. С помощью этой технологии выявлены варианты генов, повышающие в 2—3 раза риск развития инфаркта миокарда.
Исследуем также генетические механизмы кардиометаболи-ческих нарушений. Сейчас начали оказывать услуги населению по выявлению генетической предрасположенности к диабету, остеопорозу, сердечно-сосудистым заболеваниям и т.п.
— Ведутся ли работы по медицинской генетике в других подразделениях института?
— Исследования в данной области проводятся в 4 лабораториях. Всего в нашем учреждении выполняется 23 научно-исследовательских проекта в области генетики человека, в том
числе 17 — совместно с учреждениями медицинского профиля — РНПЦ «Мать и дитя», РНПЦ «Кардиология», РНПЦ онкологии и медицинской радиологии им. Н.Н. Александрова, БГМУ. Достигнуты определенные научные успехи. Впервые в Беларуси освоены методы диагностики заболеваний, связанных с мутациями в митохондриальной ДНК. Выявлены точковые мутации в генах митохондриального генома, сопровождающие развитие синдрома Дауна и синдрома Лебера. В ходе внедрения данного метода в клиническую практику РНПЦ «Мать и дитя» выявлено 19 носителей данной мутации. Разработаны методические рекомендации по определению полиморфизма GST-генов для планирования лечения и тактики наблюдения больных раком. Документ внедрен в НИИ онкологии и медицинской радиологии им. Н.Н. Александрова.
Эти и другие результаты, полученные в ходе выполнения проектов, используются для формирования групп риска, профилактики или ранней диагностики патологий, определения тактики лечения, а также предотвращения тяжелых осложнений и повторных случаев заболеваний. Все это имеет большое социально-экономическое значение.
— Современная наука достигла такого уровня, что каждый человек, помимо общегражданского, может иметь еще генетический паспорт. Насколько корректна его разработка и нужен ли он в принципе?
— Действительно, уже при рождении ребенка можно составить его генетический паспорт и отразить в нем все его наклонности и способности, предрасположенность к заболеваниям. Однако составление таких документов связано со многими моральными и этическими проблемами. Кому может быть доступна информация о риске тяжелых наследственных заболеваний у данного человека? Захотят ли его учить, брать на работу, вступать с ним в брак? Должен ли он сам знать о тех серьезных недугах, которые неминуемо возникнут у него в зрелом возрасте? И тем не менее мы в состоянии многое изменить, зная свои генетические особенности. Можем использовать и развивать потенциальные способности, выбирать профессиональную деятельность на основе наследственных задатков, скорректировать образ жизни с учетом генетических рисков, учитывать их при планировании семьи, для того чтобы избежать рождения детей с тяжелыми наследственными заболеваниями. Таким образом, ДНК-диагностика генома каждого конкретного человека, безусловно, необходима — как для него самого, так и для учреждений здравоохранения
— Какие еще сведения могут быть в генетическом паспорте?
— К настоящему времени определены гены, оказывающие существенное влияние на состояние опорно-двигательного
аппарата и на такие физические качества человека, как выносливость, скорость, сила, способность к восстановлению после физических нагрузок. Генотип каждого индивидуума сохраняется неизменным в течение всей его жизни. Поэтому можно выявить будущие способности у ребенка в любом возрасте, что позволяет существенно улучшить отбор и профилизацию спортсменов, поскольку обычные тесты не всегда могут корректно определить, в каком виде спорта человек может достигнуть наилучших результатов. Поэтому в нашей лаборатории сейчас проводятся исследования и по этой тематике.
Опубликованных данных о результатах генетического тестирования спортсменов относительно немного. Одна из причин — закрытость подобных исследований. Информация о генетических маркерах, использование которых позволит выявить спортивные задатки, как и сведения о многих других научных достижениях, нацеленных на новые перспективы в большом спорте, относится к категории ДСП — для служебного пользования. Новые технологии подготовки спортсменов на основе выявления генетической предрасположенности к выполнению физических нагрузок может затрагивать национальные интересы стран, разрабатывающих такие технологии. Поэтому необходимо формировать собственный банк ДНК спортсменов и проводить свои молекулярно-генетические исследования. Эта работа нужна и потому, что существуют этнические особенности в распределении вариантов генов в популяциях. Результаты, полученные для афроамериканцев, могут не в полной мере совпадать с данными распределения генотипов среди европейцев или жителей Азии. Другой, более значимой причиной, безусловно, является сложность понимания функционирования генома человека. Несмотря на успехи реализации проекта «Геном человека», функция и роль большей части генов остается неизвестной. Кроме того, необходимо убедиться в статистической достоверности присутствия фаворитных аллелей в геноме спортсменов относительно контрольной выборки. Для этого нужно исследовать гены не 2—5 чемпионов, а нескольких сотен элитных спортсменов. Нежелательный аллель одного гена может быть компенсирован другими генами за счет изменения путей метаболизма. Следовательно, чем больше генов будет включено в анализ при отборе спортсменов, тем более достоверным будет результат.
Генетическое тестирование необходимо еще и потому, что оно позволяет сохранить здоровье атлета при интенсивных физических нагрузках. Не секрет, что большой спорт часто чреват негативными последствиями для организма человека: у футболистов и хоккеистов нередки тромбозы вен на ногах, у боксеров —травмы головного мозга, не исключено развитие у спортсменов гипертрофии сердца и даже синдрома внезапной смерти. С
помощью ДНК-тестирования можно не только определить, насколько человек способен к высоким спортивным достижениям, но и одновременно выяснить предрасположенность к сердечно-сосудистым заболеваниям и другим патологиям, возникающим при длительных физических нагрузках. Соответственно, подход к выбору оптимального вида спорта и к построению тренировочного процесса должен быть строго индивидуальным.
— Какие практические достижения в области генетики спорта на счету лаборатории?
— К нам обратилось руководство национальной олимпийской сборной команды Беларуси по биатлону с просьбой протестировать спортсменов на устойчивость к гипоксии, поскольку им предстояли ответственные международные соревнования в высокогорных условиях. Проанализировав всех участников команды по 12 молекулярным маркерам, мы убедились, что генетическая составляющая устойчивости к гипоксии у них намного выше, чем у населения в целом, но и у представителей элиты спорта присутствуют, хотя и довольно редко, не очень благоприятные аллели. Были обнаружены генетические различия не только между отдельными представителями команды, но и между основным и резервным составами. Выявленные особенности тренеры и врачи команды учли для еще более целенаправленного подбора индивидуальной программы нагрузок спортсменов, фармакологической поддержки и системы питания каждого из них.
Сейчас ведем разработку программ отбора и профилизации спортсменов. Использование ДНК-технологий будет служить научной основой не только для выбора вида спорта, но и построения индивидуальных компьютерных программ многолетней подготовки спортсменов начиная с детско-юношеских школ. Таким образом, исследования в области молекулярной генетики вносят существенный вклад в развитие здравоохранения и спорта, позволяя поднять их на новый, более высокий уровень.
БАЗИС БУДУЩЕГО БЕЛОРУССКОЙ ГЕНЕТИКИ
Развитие генетики невозможно без активного вовлечения в этот процесс молодежи, образующей фундамент ее будущего.
Руководство института уделяет большое внимание молодым ученым, которые получают возможность профессионально реализовать свои способности, участвовать в актуальных научных проектах. Один из ярких представителей нового поколения ученых—заместитель заведующей лаборатории генетики человека, кандидат биологических наук, доцент Павел МОРОЗИК.
— В жизни любого человека есть особые события, которые влияют на судьбу, а иногда и во многом определяют ее. Были ли в вашей научной карьере такие точки бифуркации, кто повлиял на ваш выбор?
— Так сложилось, что 7 лет, начиная с пятого класса средней школы и до второго курса, я прожил в Гвинее. Мы с родителями жили в «Доме преподавателей университета», заселенном сотрудниками вузов со всего бывшего СССР, которые учили нас в школе. Неудивительно, что это повлияло на мой дальнейший выбор профессии. Но все-таки решающую роль в определении моего будущего сыграл отец — ученый-генетик, по стопам которого я пошел. Впоследствии мне посчастливилось работать под руководством Ирмы Борисовны Моссэ — заведующей лабораторией генетики человека Института генетики и цитологии НАН Беларуси, признанным в мире специалистом в радиационной генетике. Именно в этой области я проводил свои первые исследования.
— Не было ли желания избрать «неожиданную» профессию, свернуть с намеченного пути?
— Конечно хотелось! Как и многие дети, я мечтал стать милиционером и даже космонавтом. Но к тому моменту, когда необходимо было принимать решение,
выбор уже был сделан в пользу Международного государственного экологического университета им. А.Д. Сахарова, факультет радиобиологии и экологической медицины.
— Вы защищали диссертацию два раза, почему так произошло?
— Я учился в аспирантуре НАН Беларуси, но благодаря договору о совместных исследованиях между Институтом генетики и цитологии и Дублинским технологическим институтом, большую часть времени работал в Ирландии под руководством профессора Кармел Мазерсилл, одного из первооткрывателей непрямых эффектов радиации, которые меня заинтересовали. В 2007 г. в Дублине я защитил диссертацию на тему «Химическая модификация прямого и «байстэндер» эффектов, индуцированных ионизирующим и лазерным излучением» на соискание ученой степени доктора философии (PhD). Но поскольку у нас не признаются дипломы зарубежных вузов, второй раз защищался уже на родине, вернее, проходил переаттестацию.
— Радиационная генетика — по-прежнему основное направление ваших исследований?
— На данный момент спектр наших исследований стал более широким, мы в большей степени занимаемся генетикой человека. В области фундаментальных исследований изучаем частоту носительства определенных генов в популяции белорусов, разрабатываем методики анализа генов, ответственных за различные заболевания. В недавно открытом и получившем аккредитацию центре ДНК-биотехнологий при нашем институте проводим диагностику генетической предрасположенности человека к сердечно-сосудистым болезням, включая ишемичес-кую и инфаркт миокарда, диабету 1-го и 2-го типа, аутоиммунным заболеваниям, остеопорозу. Особое внимание уделяется спорту высоких достижений — исследуем гены, оказывающие влияние на состояние опорно-двигательного аппарата спортсменов, их выносливость, скорость, силу, адаптацию к гипоксии, способность к восстановлению после физических нагрузок.
— Какие научные цели вы ставите перед собой?
— Планы очень обширные, во многом их реализации будет способствовать то, что в ближайшее время институт закупает новое оборудование — генетический секвенатор, с помощью которого можно анализировать последовательность ДНК человека. Будем продолжать молекулярно-генетические исследования. В перспективе, конечно, хотелось бы расшифровать геном белоруса, благодаря чему можно будет уточнить эволюцию нации, узнать больше о наших корнях и одновременно разобраться в эндемичных генетических заболеваниях и множестве других вещей. Помимо этого мы продолжим и радиационную, чернобыльскую тематику, которая у нас весьма актуальна и очень меня интересует. Научную деятельность предполагаю
совмещать с преподавательской в МГЭУ им. А.Д. Сахарова, где я уже читаю лекции, веду лабораторные и практические занятия, руковожу студенческими научными работами.
— Станет ли генетика в нашей жизни столь же привычным явлением, как, например, медицина?
— Безусловно! Я, как любой увлеченный ученый, считаю, что наука, которой я себя посвятил, самая важная. Думаю, что со временем многие тайны и загадки генетики будут раскрыты и она станет еще более прикладной — можно будет узнавать о здоровье и способностях человека все еще до его рождения, учитывать влияние на него экологии и других факторов, прогнозировать формирование и развитие различных признаков. Этим перспективам уже положено начало, и в будущем можно будет делать потрясающие вещи, такие как клонирование органов с заданными свойствами, выведение и выращивание новых сортов растений. Появится также реальная возможность вмешиваться в работу генов — проводить генную терапию, обеспечить развитие превентивного здравоохранения и медицины.
— Не сказывается ли прикладная ориентированность генетики на ее общем развитии?
— На мой взгляд, положительный момент в том, что во многом в нашей стране наука направлена на практику и приносит прибыль. Но, с другой стороны, гипертрофия прикладной составляющей науки может быть и отрицательным фактором, ведь фундаментальные исследования закладывают базис для будущего. Поэтому очень важно, что благодаря деятельности БРФФИ, ГКНТ есть возможность заниматься фундаментальными изысканиями, в том числе и молодым ученым. Это позволяет нам делать первые серьезные шаги в науке, вносить вклад в ее развитие.
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ЧЕЛОВЕКА
В институте проводится молекулярно-генетическое тестирование физических лиц для оформления генетического паспорта. Для исследования ДНК используется слюна или капля крови из пальца. Главный социальный и экономический эффект заключается в предотвращении таких заболеваний, как сердечно-сосудистые, диабет, гемохромотоз, остеопороз и др.
Биотехнологическая начинка для народного хозяйства
Мария МИХАЙЛОВА
заместитель директора по научной и инновационной работе Института генетики и цитологии НАН Беларуси, кандидат биологических наук
В Институте генетики и цитологии НАН Беларуси программа управления научной и инновационной деятельностью выстроена в соответствии с потребностями страны и тенденциями развития мировой науки.
В институте разработаны и успешно применяются на практике технологии, позволяющие оценить качество исходного селекционного материала по наличию желательных для селекционера генов и контролировать их в процессе выведения новых сортов растений и улучшения пород животных с заданными свойствами. В настоящее время анализ ведется по 24 генам устойчивости (яблони — к парше, картофеля — к нематоде, фитофторе, кладоспориозу и ряду вирусных инфекций) и качества у растений (сохранность плодов томата и др.), а также 20 генам, определяющим хозяйственно полезные признаки животных (общий удой, жирность, белковомолочность и технологическое качество молока у крупного рогатого скота, качество мясной продукции, многоплодие и устойчивость к колибактериозу у свиней и др.).
Постоянно растут масштабы разработок института по ДНК-диагностике генетической предрасположенности человека к заболеваниям.
Институт успешно использует достижения мировой науки с собственными результатами, создает «биотехнологическую начинку» для различных отраслей народного хозяйства. Для активизации инновационной деятельности, продвижения разработок НИР в практику сельского хозяйства, здравоохранения, охраны окружающей среды в Институте создан Центр ДНК-биотехнологий, получивший аккредитацию в конце прошлого года. В его состав вошли: лаборатория детекции генетически
модифицированных организмов (ГМО), группа ДНК-биотехнологии растений, лаборатория генетики человека, лаборатория генетики животных.
С 2005 г. в ИГЦ успешно функционирует лаборатория детекции генетически модифицированных организмов, руководит которой кандидат биологических наук Майя Холмецкая. Деятельность подразделения направлена на определение генетически модифицированных ингредиентов (ГМИ) в продуктах питания, пищевом сырье, сельскохозяйственной продукции. В настоящее время ей придан статус референсной лаборатории Республики Беларусь. За последние 5 лет здесь выполнены исследования по контролю за наличием ГМИ в пищевом сырье и продуктах питания на сумму 890 млн руб.
Сотрудники лабораторий экологической генетики и биотехнологии, молекулярной генетики, создавшие группу ДНК-биотехнологии растений на основе молекулярных маркеров, предложили систему ДНК-паспортизации сортов сельскохозяйственных культур, которая существенно превосходит применяемые в настоящее время в республике методы идентификации сортов по точности и разрешающей способности. Внедрение ДНК-паспортов в практику позволит повысить качество селекционно-семеноводческого процесса в Беларуси и эффективность контроля за создаваемыми в республике сортами, улучшить систему патентования новых; усилить контроль за кондиционностью семян, закупаемых за рубежом; исключить возможность фальсификации сортов и связанных с этим экономических потерь.
Лаборатория генетики животных под руководством кандидата биологических наук Марии Михайловой осуществляет генети-
ческую экспертизу племенного крупного рогатого скота; ДНК-диагностику наследственных и вирусных заболеваний сельскохозяйственных животных, ДНК-типирование по генам молочной продуктивности; ДНК-типирование свиней по хозяйственно полезным признакам (мясная продуктивность, многоплодие, устойчивость к стрессу и колибактериозу).
Разработана технология генотипирования сельскохозяйственных животных для паспортизации племенного скота. Контроль за происхождением — обязательное условие для ведения селекционной работы. Согласно постановлению Министерства сельского хозяйства и продовольствия Республики Беларусь №63 от 29.09.2006 г., все животные-производители подвергаются обязательной генетической экспертизе. В этом направлении работа проводится с племенными предприятиями Минской, Витебской, Брестской, Гродненской и Гомельской областей. За первое полугодие 2010 г. они поставили на элеверы 189 элитных высокопродуктивных животных со всей республики, для которых институт выполнил исследования по генетической паспортизации. Прибыль хозяйства от реализации одного племенного бычка (средний вес — 500 кг) — 3,9 млн руб. Только по Минской области она составила около 264 млн руб.
Развитие технологий генетической идентификации растений и животных открывает широкие перспективы для экологов: позво-
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА ЖИВОТНЫХ
Для подтверждения происхождения чистопородного племенного крупного рогатого скота в Центре ДНК-технологий на базе современных молекулярно-генети-
ческих методов проводится генетическая экспертиза элитных животных. С ее помощью предполагается документировать генотипы в виде протокола, отражающего состав аллелей в отдельных локусах генома. Он будет оформлен как отдельный документ — генетический паспорт животного. Этот метод дает возможность быстро и качественно (уровень точности — 99,9%) установить происхождение племенных животных.
ляет оценивать генофонд природных популяций, вести целенаправленную работу по сохранению генетического разнообразия редких и исчезающих видов. В институте разработан молеку-лярно-генетический подход для оценки генетического состояния популяций диких животных. Методы ДНК-технологий используются для генотипирования диких животных. В лаборатории генетики животных проводится молекулярно-генетическая экспертиза биологических образцов с целью установления или подтверждения генофондного статуса животного для следственных органов.
Только за 8 месяцев текущего года институт выполнил хозяйственных договоров на 728 млн руб., что составляет 178% от доведенных плановых показателей.
В рамках Государственной программы инновационного развития Республики Беларусь создается Республиканский центр по генетическому маркированию и паспортизации растений, животных, микроорганизмов и человека. В нем будет расширена аккредитация по следующим направлениям: маркер-сопутствующая селекция сельскохозяйственных растений; ДНК-типирование редких и исчезающих видов; молекулярно-генетическая идентификация бактерий. Проводится работа по укреплению материально-технической базы центра, приобретается новое современное оборудование.
Институт активно сотрудничает с научными учреждениями России, Украины, Казахстана, Германии, Латвии, Франции, Китая, Венесуэлы и других стран. Плодотворно взаимодействуем с Национальным институтом сельскохозяйственных исследований Венесуэлы и выполняем 2 договора, которые финансируются венесуэльской стороной на общую сумму 465 тыс. долл. В этом году по двухстороннему соглашению проведен обмен научными визитами. Доктор Норис Роа и аспирантка Карин Дрешер в течение месяца проводили научно-исследовательскую работу в лаборатории генетики животных. С ответным визитом для участия в Первом рабочем совещании по биотехнологии в Венесуэлу выезжали белорусские ученые. Результаты выполнения белорусско-венесуэльских проектов, представленные директором института Чрезвычайному и Полномочному послу Венесуэлы в Беларуси господину Америко Диасу Нуньесу, получили одобрение и поддержку.
Деятельность института направлена на активизацию процессов трансформации научных знаний в инновации и их коммерциализацию, что, несомненно, будет способствовать укреплению престижа белорусской науки, расширению связей с производственным сектором, ускорению экономического и социального развития Республики Беларусь.
Над материалами рубрики работали Ирина ЕМЕЛЬЯНОВИЧ, Павел ДИК, Ирина АТРОШКО
