О чем расскажет ДНК?

Если в прошлом веке много открытий было сделано в областях физики и биологии, то ХХI назовут веком генетики и геномики. Благодаря изучению функций геномов живых организмов появились новые технологии, которые открыли возможности к повышению уровня оказания медицинской помощи, совершенствования селекционного процесса и методов ведения сельского хозяйства. Так, если раньше, чтобы вывести новый сорт, требовались годы и даже десятилетия, то современные методы позволяют значительно ускорить селекцию, уменьшить расходы на нее.

Новые открытия оказались полезными и в природоохранной деятельности. Например, виды, которые исчезают, можно размножать в культуре ин-витро, а после пересаживать в естественную среду.

Новые банки

Ученые нашли удобный инструмент для собирания информации о живых организмах, что бесспорно поможет в деле сохранения биоразнообразия, — банки ДНК. Первая страна, которая начала создавать такие «хранилища», — Великобритания. И один из банков, где хранятся образцы видов, которые по прогнозам исследователей в скором времени могут исчезнуть, называется «Замороженный ковчег».

Первый банк ДНК человека также появился в Соединенном Королевстве. Такой удобный источник позволяет проводить широкие исследования, изучать различные заболевания, совершенствовать методы лечения. Благодаря развитию геномных технологий медицина постепенно будет становиться персонализированной. Ученые заявляют, что нужно лечить не болезнь, а конкретного человека, так как одни и те же лекарства могут по-разному влиять на пациентов. Уже сегодня в Соединенных Штатах есть препараты, при назначении которых учитывают генетику человека.

Банки ДНК позволяют сэкономить и деньги, и время: ученым не нужно постоянно искать образцы, выделять гены. Тем более что ученые разных стран готовы делиться своими достижениями — с 2011 года начала создаваться глобальная мировая сеть банков ДНК.

В нашей стране банк ДНК создан на базе Института генетики и цитологии НАН Беларуси. В 2016 году он признан национальным достоянием. В специальном помещении, оборудованном холодильниками и криоемкостями, хранятся коллекции ДНК растений, животных, микроорганизмов и человека. Сегодня там более 12 тысяч образцов!

Одна из отраслей, которой послужат современные технологии, — сельское хозяйство. Новые знания позволят создавать культуры, «наделенные» определенными полезными свойствами. И сегодня белорусским ученым есть с чем работать. Так, Институт генетики и цитологии является держателем коллекций сортов таких культурных растений, как томат, перец, физалис, лен и других.

Только в прошлом году в институте выполнялось 76 научных проектов. Активно исследуются генетические ресурсы домашних животных (крупного рогатого скота и свиней). Благодаря скринингу можно выявить носителей неблагоприятных генов и исключить их из селекционной работы.

Среди поставщиков материала для национального банка ДНК — в том числе национальные парки и заповедники, они предлагают биологический материал редких и исчезающих растений.

Институту генетики и цитологии удалось собрать и коллекцию ДНК зубра. Исследования позволили определить особенность белорусской популяции. Так, на польской территории проживает более чистая беловежская линия, в то время как у белорусских зубров подтвердилось гибридное происхождение (беловежско-кавказская линия). К тому же ученые обратили внимание на отсутствие у нашей популяции генов, отвечающих за формирование иммунитета. Чтобы решать такую ​​проблему, нужно подключать к племенной работе особей с польской популяции.

Коллекция ДНК человека, собранная в институте, используется не только для исследований, связанных с медициной. Здесь создан и банк ДНК спортсменов. Кроме того, с просьбой определить так называемые гены спортивной успешности сюда обращаются руководители спортивных школ и просто родители, чьи детки мечтают о победах в разнообразных соревнованиях.

Как заметила заместитель директора Института генетики и цитологии Елена Гузенко, образцы ДНК могут использоваться как для собственных нужд, так и для обмена между лабораториями других стран, которые занимаются молекулярно-генетическими исследованиями. Сегодня существуют тысячи, миллионы сортов различных культур. Охватить это биологическое разнообразие и изучить генетический материал не под силу в одиночку. Поэтому страны объединяются для проведения масштабных исследований.

Что это?

Мало просто собирать коллекции ДНК чтобы не запутаться в огромном количестве информации, важно каждый образец сопровождать штрих-кодом.

ДНК-штрихкодированне широко используется в мире. Ученым оно помогает определить, к какому виду относится определенный живой организм. Причем для работы систематик может использовать любой материал: шерсть, кости, слюну, насекомых на любой стадии развития и даже экскременты. Нужно только определить ДНК и сравнить свой образец с другими (зайти при помощи компьютера в специальную мобильную базу).

Разумеется, раньше, когда человек, исходя из своих знаний и мнений, решал, куда «записать», то или иное растение, могли допускаться определенные ошибки. Поэтому часто коллекции перапроверялись, переопределялись. Например, это касалось гербариев, музейных коллекций. А сегодня, когда систематикой занимается компьютер, можно позакрывать вопросы, связанные с определением образцов.

Новые знания используются в криминалистике. Так, если на теле убитого найти личинки насекомых, определив при помощи ДНК, что это за вид и как он развивается, можно узнать время смерти.

Еще ДНК-информация послужит для пресечения контрабанды — не только не позволит вывезти виды, которые находятся под охраной, но и выяснит, что за продукция перевозится через определенную территорию. Иногда мошенники пытаются за свинину выдать мясо незаконно добытого кабана или перевозят через таможню рыбу как дешевую (чтобы сэкономить на выплатах), а после продают ее по высоким ценам. Можно даже следить за качеством продукции, определять, содержит ли она продукты жизнедеятельности насекомых, от которых успели избавиться.

Такие знания помогут предупредить завоз в страну карантинных объектов (например, на посадочном материале, который поступает в нашу страну из-за рубежа, могут «путешествовать» злостные вредители и болезни).

На службе человечеству

Интенсивное использование биологических ресурсов в самых разных областях, от производства продуктов питания до медицины и косметологии, заставило ученых задуматься над вопросом о сохранении биоразнообразия. Неслучайно появились такие термины как «биоразведка» (выявление ресурсов, которые могут иметь коммерческую ценность) и «биопиратство». Многие годы представители стран с развитой экономикой путешествовали по Африке, Азии, Латинской Америке, собирали образцы флоры и фауны совершенно бесплатно. Собранный материал использовался в индустрии, а после продавался по рыночным ценам, в том числе и в места, откуда он был взят. Страны же, которые являлись источником генетических ресурсов, не получали никаких выгод. В некоторых случаях использовались и знания коренных народов. Так, от них исследователи узнавали о свойствах и полезности определенных живых организмов, растений.

Чтобы остановить биопиратство, а также урегулировать вопросы, связанные с использованием таких ресурсов, была принята Конвенция о биологическом разнообразии. В этом году отмечалось 25-летие с момента вступления ее в силу.

Теперь передача ресурсов происходит по определенной процедуре. Причем «расплата» за доступ к генетическим ресурсам и их использование может быть не только денежная. Это может быть и дополнительное образование и обеспечение научной литературой, приборами, реактивами, и совместные научные разработки.

Надо сказать, ученые обратили внимание и на то, что биологические ресурсы не следует рассматривать исключительно как сырье для получения выгод. Природа служит человеку и опосредованно. Причем многое о ней мы еще не знаем.

Поэтому недавно была создана новая Межправительственная научно-политическая платформа по биоразнообразию и экосистемным услугам (IPBES), которая как раз занимается сбором информации, связанным с изучением природного потенциала и его влияния на жизнь человечества. В исследованиях заняты лучшие ученые всего мира, в том числе и Беларуси.

— Экосистемные услуги достаточно разноплановые, их нельзя рассматривать как просто производство органической продукции. Это и связывание углекислого газа, оборот азота в атмосфере, функции, связанные с очисткой воды, регулировкой изменения климата, есть и культурное влияние на человека. Причем некоторые связи мы можем пока не осознавать, — замечает кандидат биологических наук, заведующий сектором экологической оценки преобразования окружающей среды Научно-практического центра по биоресурсам НАН Беларуси Руслан Новицкий.

Для примера, одно из научных исследований, которое выполнялось учеными для IPBES, касалось опыления. Они подсчитали, что благодаря опылителям (а это не только насекомые, но и птицы, некоторые рептилии и т д.) человечество получает 35 процентов органической продукции, что употребляется в пищу (это глобальный мировой продукт на 250-500 миллиардов долларов в год) .

Количество информации, связанной с изучением генетических ресурсов, с каждым годом будет расти, соответственно, это повлечет за собой изменения в системе образования. Понадобятся профессионалы, которые будут уметь читать и использовать такие знания. Среди специальностей, которые становятся востребованными в XXI веке, — биоинформатика (это сочетание образования программиста и биолога).

Елена ДЕДЮЛЯ

Фото БелТА