Картофельная безопасность. В стране открыт новый геномный центр
Это один из основных научных центров в области генетических технологий растений
Министр науки и высшего образования РФ Валерий Фальков открыл геномный центр Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственной биотехнологии (ВНИИСБ).
Это один из основных научных центров в области генетических технологий растений, работа которого поддерживается в том числе в рамках нацпроекта «Наука и университеты». Развитие геномных исследований сегодня – это залог нашей безопасности в будущем. От ученых-генетиков зависит, что мы будем есть и как нас будут лечить. И уже сегодня у исследователей есть ответы на вызовы современности.
ВНИИСБ входит в консорциум Курчатовского геномного центра, созданного в рамках нацпроекта «Наука и университеты». Среди основных направлений института - маркерная и геномная селекция растений, геномное редактирование. Важно, что ученые работают с растениями, которые входят в ежедневный рацион большинства граждан нашей страны. Так, например, в лаборатории маркерной и геномной селекции растений под руководством профессора РАН Александра Соловьева ученые занимаются выведением новых сортов пшеницы и тритикале – молодой зерновой культуры, гибрида пшеницы и ржи.
В лаборатории стрессоустойчивости растений ВНИИСБ, которую возглавляет молодой ученый Василий Таранов, исследователи с помощью новейших технологий геномного редактирования работают над тем, чтобы придать различным сортам картофеля устойчивость к вирусу Y – возбудителю широко распространенного заболевания картофеля (Solanum tuberosum L.), снижающего урожайность на 30-60%.
В область исследований ученых лаборатории также входит изучение крестоцветных. С помощью технологии редактирования генома исследователи ведут работу по созданию форм кочанной и цветной капусты Brassica oleracea, устойчивых к сосудистому бактериозу – самому распространенному и вредоносному заболеванию для этого семейства.
Кроме того, ученые занимаются исследованиями белков с доменом холодового шока. Известно, что они вовлечены в развитие организмов и их адаптацию к неблагоприятным факторам окружающей среды. Их функции хорошо изучены в бактериях и животных, но их роль в жизнедеятельности растений сегодня не установлена. В случае, если генетикам удастся выявить функцию этих белков в растениях, дальнейшим шагом будет проработка способов их применения.
Таким образом, ученые ВНИИ сельскохозяйственной биотехнологии решают прикладные задачи обеспечения продовольственной безопасности нашей страны. Помимо исследовательской деятельности, одно из важнейших направлений института – подготовка кадров для развития генетических технологий. Так, на базе института действуют программы аспирантуры по направлениям биотехнологии и генетика.
Подготовка высококвалифицированных кадров в области генетики – одна из основных задач нацпроекта «Наука и университеты» и Федеральной научной технической программы развития генетических технологий на 2019-2027 годы. В 2020 году в российских вузах и научных институтах появилось 13 новых образовательных программ по приоритетным направлениям: биоинженерия, биоинформатика, молекулярная генетика, цитогенетика.
Так, Институт цитологии и генетики СО РАН (ИЦиГ) запустил новую магистерскую программу по генетике и селекции совместно с Новосибирским государственным аграрным университетом (НГАУ). Программа, которую реализуют ученые института совместно с преподавателями НГАУ и представителями агробизнеса, направлена на подготовку генетиков, владеющих междисциплинарными компетенциями и современными методами селекции (включая геномную селекцию). Набор учащихся начинается летом этого года, объявленного в России Годом науки и технологий.
Еще одно новое направление подготовки Институт цитологии и генетики СО РАН создал совместно с Новосибирским госуниверситетом. На базе университета открылся Институт генетических технологий. Его задача – подготовка кадров по направлению «геномные исследования и генетические технологии» и интеграция исследовательской деятельности в ученый процесс. Среди основных направлений – высокопроизводительная гликомика, 3D-геномика индивидуальных клеток, изучение генома опухолевых клеток, генетика дорсалгии. Работа института базируется на принципиально новом формате высшего образования: классические факультеты университета с фундаментальной научной базой привлекаются для решения прикладных задач современной генетики с использованием новых технологий и оборудования. Особую роль в этом играет междисциплинарный подход: в реализацию новой образовательной программы вовлечены не только генетики, но и математики, медики, химики, ИТ-специалисты.
Кроме того, в Институте цитологии и генетики СО РАН действуют курсы повышения квалификации «Биотехнологии в селекции растений». Образовательная программа, разработанная учеными ИЦиГ СО РАН при поддержке «СколТех», включает в себя начальный и базовый уровень и предусматривает как лекционную часть, так и практические занятия.
Во время практической части у слушателей есть возможность поучаствовать в приоритетных исследованиях и разработках института, получить актуальные знания о последних тенденциях в генетике непосредственно в лабораториях, например в «Центре генетических ресурсов лабораторных животных». Центр обладает своим SPF-виварием, где ежегодно рождается примерно 70 тысяч мышей. Ученые Института цитологии и генетики СО РАН, а также других научных центров и фармкомпаний используют их как объекты для испытаний диагностических и терапевтических средств. Большая часть генетических линий животных содержится в виде замороженных эмбрионов, которые при необходимости извлекают из криобанка с помощью современных вспомогательных репродуктивных технологий. Воспроизводство такого потомства – непростая научная задача. Кроме того, благодаря нацпроекту «Наука и университеты» Центр обладает уникальным оборудованием, часть которого не имеет аналогов в России. Используют современную приборную базу научные институты, университеты и фармкомпании со всей страны. Одними из самых заметных исследований, проводимых в центре в последнее время, стали исследования бор-нейтроннозахватной терапии онкологии, на которые в марте 2021 года по решению М. Мишустина были выделены дополнительные 200 млн рублей.
В конце 2020 года в Институте цитологии и генетики СО РАН заработал новый центр коллективного пользования (ЦКП) «Биоинформатика», где расположен один из самых мощных в стране биоинформатических вычислительных комплексов, занимающихся биологическими исследованиями. Центр также стал местом притяжения для сотрудников научных организаций со всей страны. ИЦиГ СО РАН входит в консорциум «Курчатовского геномного центра», созданного в рамках нацпроекта «Наука и университеты». Как участник консорциума, институт занимается построением цифровых моделей геномов сельскохозяйственных растений, которые дают представление, как реализуется информация, заложенная в ДНК, какие гены отвечают за то или иное свойство растения. Кроме того, цифровые модели – надежная база для проведения целенаправленной селекционной работы. Их построение стало возможным на стыке наук – генетики и биоинформатики. В «Курчатовском геномном центре» ИЦиГ СО РАН также создает сорта сельскохозяйственных растений с заданными характеристиками с помощью редактирования генома и маркер-ориентированной селекции. Эти современные методы, часть которых была разработана учеными ИЦиГ, позволяют быстрее, чем путем классической селекции, создавать сорта растений «под заказ» агропромышленного комплекса: пшеницу, оптимально приспособленную к конкретным климатическим свойствам региона, ячмень для пивоваров с повышенным содержанием нужных белков, картофель, устойчивый к заболеваниям.
Помимо исследований в составе «Курчатовского геномного центра» ученые Института цитологии и генетики СО РАН также изучают влияние ЭКО на развитие организма после рождения. Технологии ЭКО сегодня востребованы не только в медицине, но и в современном животноводстве – они позволяют кардинально сократить временные затраты на создание племенного сада. Поэтому исследования взаимодействия генотипов матери и плода проводят научные центры по всему миру. Но чаще всего они сосредоточены на периоде до рождения. Руководитель Центра генетических ресурсов лабораторных животных ФИЦ ИЦиГ СО РАН, профессор Михаил Мошкин с коллегами сосредоточились на изучении более отдаленных особенностей развития, которые проявляются спустя некоторое время после рождения. Ученым уже удалось описать сложную систему взаимосвязи иммунитета матери и плода.
Еще одни важный центр геномных исследований в России – Никитский ботанический сад, который также входит в консорциум Курчатовского геномного центра. Он обладает одной из самых крупных коллекций сортов плодовых и декоративных культур, а также уникальной базой сортов, составляющих флору Крыма. Все сорта коллекций – это чистые объекты без вирусов, которые обладают лучшими качествами плодов. Именно с ними работают ученые центра.
Так, ученые отдела биологии развития растений, биотехнологии и биобезопасности создают новые, высокоурожайные сорта, устойчивые к вирусным заболеваниям. Сначала исследователи выращивают растения в условиях, приближенных к идеальным, в специально оборудованных стерильных зонах, после рассаживают их и создают разные условия: от пустыни до тропиков, чтобы изучить как новые растения будут приспосабливаться. Помогает в этом ученым современное оборудование, обновлённое в том числе в рамках нацпроекта «Наука и университеты».
Работа отдела направлена на конкретный научно-практический результат – получение конкурентоспособных сортов в плодоводстве, эфиромасличном растениеводстве, декоративном садоводстве. В приоритете – плодовые культуры яблони, персика, абрикоса, инжира, хурмы. Для этого под руководством заведующей отделением Ирины Митрофановой научные сотрудники ведут мониторинг вирусных патогенов и их диагностику, расшифровывают новые данные, разрабатывают систему получения безвирусного посадочного материала. Все исследования мультидисциплинарны: в них участвуют специалисты из области биотехнологии, вирусологии, физиологии, биохимии и репродуктивной биологии растений. Около 70% сотрудников – молодые ученые.
Также в этом году Никитский ботанический сад совместно с Севастопольским государственным университетом планирует запустить новое направление подготовки кадров для развития генетических исследований.
Справочно: Федеральным проектом «Развитие научной и научно-производственной кооперации» национального проекта «Наука» в целях осуществления прорывных исследований преимущественно фундаментального и поискового характера предусмотрено создание не менее 16 научных центров мирового уровня, в том числе 3 центров геномных исследований мирового уровня (геномные центры).