Биоресурсные коллекции: для чего ученые собирают гены
Производить вакцины для людей и животных, редактировать геномы, создавать новые сорта овощей и фруктов с повышенной урожайностью и диетической специализацией, изучать тысячелетнюю историю человечества — для решения этих и многих других задач ученым нужны биоресурсные коллекции.
Первые биологические коллекции появились в России еще во времена Петра Первого, научные школы, сложившиеся в советское время, развиваются и сегодня. Однако в XXI веке меняются системы менеджмента коллекций, методические подходы к их изучению, стандарты использования новейших информационных и генетических технологий. Кроме того, биоресурсным коллекциям требуется современное правовое регулирование, о чем сказал на одном из заседаний Совета по науке и образованию Президент России Владимир Путин.
Растения, микробы и насекомые-вредители: «ключ-замок»
Российские биоресурсные коллекции насчитывают тысячи образцов. В последние годы они объединяют свои усилия, взаимодействуя по сетевому принципу, и руководствуются в работе едиными рекомендациями и международными операционными стандартами.
Одной из первых была создана Сетевая биоресурсная коллекция в области генетических технологий для сельского хозяйства. При поддержке Министерства науки и высшего образования России она объединила на базе Ведомственной коллекции Всероссийского НИИ сельскохозяйственной микробиологии (ВНИИСХМ) коллекционные образцы 14 научных институтов Отделения сельскохозяйственных наук РАН и насчитывает теперь более 20 тыс. единиц хранения.
«Человечество научилось использовать положительные свойства бактерий для производства продуктов питания, а их негативные свойства — для борьбы с вредителями сельскохозяйственных растений, — рассказал кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории протеомики надорганизменных систем ВНИИСХМ, лауреат премии Президента РФ Кирилл Антонец. — Например, средства для борьбы с насекомыми могут быть основаны в том числе на белках Cry, которые синтезирует почвенная бактерия Bacillus thuringiensis. Когда эти белки попадают в кишечник насекомых и связываются с его белками по принципу «ключ-замок», запускается цепь событий, которая приводит в конечном итоге к гибели насекомого».
Недавно коллектив под руководством Кирилла Антонца провел сравнительный анализ всех геномов бактерий Bacillus thuringiensis, которые доступны в базах данных — около 4000 образцов полных геномов, — и сравнил их между собой. В результате были выявлены наиболее эффективные цепочки «ключ-замок». На базе подобных исследований создаются отечественные микробные препараты для современного земледелия.
Мария Воронцова, сопредседатель Рабочей группы по нормативному правовому регулированию в сфере генетических технологий при президиуме Совета по реализации Федеральной научно-технической программы развития генетических технологий на 2019–2030 годы, член президиума Российской ассоциации содействия науке, отмечает:
«Россия имеет клад — биоресурсные коллекции, которые каким-то чудом выжили, пройдя через все кризисы, которые были в нашей стране и в мире. Мы должны бережно отнестись к этому кладу и сохранить его»
Томат (Solanum lycopersicum L., 1753). Коллекция генетических ресурсов овощных культур. Фото: Александр Леншин, Коллекции ВИР имени Н. И. Вавилова
Человек на фоне коллекции
Коллекция старейшего в России НИИ акушерства, гинекологии и репродуктологии имени Д. О. Отта содержит более 60 тыс. образцов крови (плазмы, сыворотки, крови), мочи, плацентарной ткани, культур клеток, ДНК, РНК и других материалов человека. Это помогает ученым и врачам разбираться с заболеваниями людей из конкретной семьи с отягощенным анамнезом.
«Благодаря коллекции мы имеем возможность сравнивать различные организмы. Сегодня нами разработан уникальный алгоритм генетического обследования пациента с нарушением репродуктивной функции, — отметил один из идеологов создания биобанка, доктор биологических наук, заведующий отделом НИИ Андрей Глотов. — Дальнейшее пополнение коллекции с учетом данного алгоритма расширит сферу применения собранных данных — кроме традиционного поиска мишеней и средств терапии наследственных заболеваний мы сможем проводить генетический мониторинг распространенности нозологий в отдельных регионах России, делать корреляции его с демографическими данными и оценивать эффективность внедренных диагностических, лечебных и профилактических мер».
«Охранная грамота» для сорта
В обычной яблоне или картофеле биологи видят не только сочный фрукт и овощ, но и генетические особенности конкретного сорта, а теперь — и номенклатурный стандарт.
Создающиеся сейчас номенклатурные стандарты отечественных сортов сельхозрастений — это своеобразная «охранная грамота» сорта: эти документы подтверждают подлинность сорта, а автору помогают подтвердить свои права на интеллектуальную собственность.
В базе данных культурных растений номенклатурный стандарт закрепляет название сорта и фиксирует его внешний вид. Для его создания используют гербарный образец, так как именно он несет набор стабильно наследуемых морфологических признаков сорта. Но, чтобы номенклатурный стандарт был максимально эффективен, он должен сочетаться с молекулярно-генетическим паспортом растения, и это не только кропотливая, но и дорогостоящая работа.
Первые полноценные номенклатурные стандарты яблони, картофеля и смородины черной были созданы в 2019 г. учеными Всероссийского института генетических ресурсов растений (ВИР) имени Н. И. Вавилова. В 2021 г. эта работа была поддержана в отношении плодовых и ягодных культур грантом Министерства науки и образования России «Национальная сетевая коллекция генетических ресурсов растений для эффективного научно-технологического развития РФ в сфере генетических технологий».
Селекционный материал собирают ученые из нескольких научных институтов России при координационной роли ВИР имени Н. И. Вавилова. В работе участвуют Всероссийский НИИ селекции плодовых культур (Орел), Субтропический научный центр РАН (Сочи), ФНЦ Садоводства (Москва), ФНЦ им. И. В. Мичурина (Мичуринск, Тамбовская обл.), Северо-Кавказский ФНЦ Садоводства, виноградарства, виноделия (Краснодар).
Коллекционеры всех мастей, объединяйтесь!
В июне 2022 г. ведущие ученые и директора научных институтов — держателей биологических коллекций разного типа встретились в Санкт-Петербурге на Первый научный форум «Генетические ресурсы России». Четыре дня около 500 человек из более чем 100 научных и образовательных учреждений России в онлайн- и офлайн-форматах обсуждали актуальные вопросы развития биоресурсных коллекций. При поддержке грантов Министерства науки и высшего образования России проведено 9 специализированных научных конференций, заслушано около 300 устных докладов, в мероприятиях приняли участие более 10 академиков РАН во главе с вице-президентом Ириной Донник. Такое масштабное событие произошло впервые, но решено проводить его не реже одного раза в два года — сохранить преемственность поможет объединяющее всех Вавиловское общество генетиков и селекционеров, ставшее главным организатором форума.
Тематика развития биоресурсных коллекций стала неотъемлемой частью Федеральной научно-технической программы развития генетических технологий в России на 2019–2027 годы, однако правовой статус и вопросы менеджмента коллекций продолжают беспокоить их держателей.
«Чрезвычайно важно при любых обстоятельствах сохранить контроль государства над биоресурсными коллекциями, обеспечивая при этом единые стандарты доступа ученых к этому материалу», — считает глава Вавиловского общества генетиков и селекционеров, научный руководитель ВНИИСХМ, академик РАН Игорь Тихонович.
Что дальше?
Эффективное и рациональное современное использование коллекций предполагает их интеграцию по направлениям под эгидой профильных национальных биоресурсных центров — по сетевому принципу с распределенными комплексами хранения и изучения, созданием национальных каталогов образцов, едиными методиками работы и стандартами доступа.
Первый такой биоресурсный центр на базе ВИР имени Н. И. Вавилова — Национальный центр генетических ресурсов растений — объединит сетевым образом не менее 20 научных учреждений России, которые работают с коллекциями растений. Координацию деятельности Национального центра осуществляет Межведомственная комиссия во главе с директором ВИР — доктором биологических наук, профессором РАН Еленой Хлесткиной, включающая ученых и федеральных чиновников. Комиссия создана Указом Президента России от 8 февраля 2022 г. № 45 «О Межведомственной комиссии по вопросам формирования, сохранения и использования коллекций генетических ресурсов растений». Осенью этого года Правительство должно утвердить программу развития организации. Национальный центр генетических ресурсов растений призван стать модельным — в перспективе предполагается создание аналогичных центров генетических ресурсов животных и микроорганизмов.
Подготовлено с использованием материалов Первого научного форума «Генетические ресурсы России» (Санкт-Петербург, 21–24 июня 2022 г.).
Полный материал читайте на Коммерсантъ.Наука