На пути к получению новых геномов

"Наука в Сибири", № 1-2, 1999 год

 

НА ПУТИ К ПОЛУЧЕНИЮ НОВЫХ ГЕНОМОВ

Интервью провела
Ольга УШАКОВА, "НВС".

 

 

Интервью с академиком Владимиром ШУМНЫМ, директором Института цитологии и генетики СО РАН.

На конец нынешнего века пришелся не такой уж часто повторяющийся период пересмотра научных приоритетов. Человеческая цивилизация, словно впервые, осознала величайшую ценность человека как биологического феномена.

Нобелевские лауреаты назвали XXI век веком физико-химической биологии, веком биомедицины и биотехнологий. В развитых странах начался новый период вложения средств в науку. В центре приоритетов оказались науки о жизни. Надежды человечества на избавление от неизлечимых заболеваний, на улучшение качества жизни и здоровья стали обретать перспективы.

Это неудивительно. Происходит осознание момента перехода к критической точке проникновения вглубь живой материи, идет накопление знаний о возможностях биолого-технологических способов подхода к живым организмам. Реальностью становится возможность управлять процессами на уровне живой клетки.

В России одно из официально выделенных приоритетных направлений развития науки и техники названо "Технологии живых систем". В его рамках осуществляются различные государственные научно-технические программы, в которых особое место занимает проблема ген-направленного воздействия на живые организмы. Этой теме посвящено публикуемое ниже интервью.

-- Владимир Константинович, в последние годы все больше исследователей работает в области направленного воздействия на геномы живых организмов. В этом общем научном поиске у сибирских ученых есть свои приоритетные работы по ген-направленному мутагенезу. Свидетельством признания достигнутых результатов было присуждение в 1990 году Ленинской премии трем сибирским ученым за создание основ адресованной модификациии генетических структур. А что было потом?

 

-- Работы шли параллельно в двух институтах: Цитологии и генетики и Биоорганической химии. Было показано, что можно адресовать химический агент в определенный участок генома, в конкретный ген и вызвать в нем изменчивость, мутацию. Это было использовано на бактериях для получения целого ряда суперпродуцентов отдельных веществ.

 

Сегодня в Институте цитологии и генетики эту работу продолжает З.Панфилова, которая на бактериальных культурах выделила целый ряд суперпродуцентов ценных веществ. Например, ферментный препарат липаза, катализирующий расщепление животных жиров и масел, может быть очень широко использован -- в медицине, в пищевой, химической и кожевенной промышленности, в бытовой химии, на жирокомбинатах и так далее. Эндонуклеаза, как противовирусное средство -- в агропромышленности и ветеринарии. Комплексный препарат из фермента хитиназы и бакуловируса -- эффективное средство борьбы с листогрызущими насекомыми и фитопатогенами. Это практически готовые биотехнологии. Можно открывать целое производство.

 

Сейчас работы по ген-направленному воздействию в большей степени развиваются в Новосибирском институте биоорганической химии СО РАН.

-- Насколько такие работы можно считать фундаментальными исследованиями, а насколько -- прикладными?

 

-- У нас три уровня: на бактериальных системах, растениях и животных. По всем ведутся работы. Подходы к клонированию, культивированию, манипуляциям на уровне клетки, ядра, отдельных органелл -- весь этот инструментарий в институте есть и освоен. Он пока применяется для чисто исследовательских целей, но если понадобится сделать какую-то технологию, то -- проблем нет. Сейчас нужно искать новые подходы к получению реконструированных генотипов. То есть, новых исходных материалов -- у растений, у бактерий, у животных. Мы должны иметь возможность получать измененные формы в том направлении, в котором нужно. Для этого необходимо четко владеть инструментарием получения мутаций. Еще лучше -- получать мутации по отдельным генам, заранее избранным. Здесь и важна идеология ген-направленного мутагенеза. Она у нас есть и частично используется для технологических целей, отчасти для исследовательских целей.

 

Здесь два аспекта -- фундаментальная часть и инструментарий к ней. Если их хорошо проработать, то с переходом на технологии проблем нет.

-- А что нового появилось в подходах к инструментарию?

 

-- У нас в институте, например, создана школа математических биологов. Это начинал в свое время профессор В.Ратнер, даже можно считать, что это все началось еще с члена-корреспондента А.Ляпунова -- известного математика. Сейчас эту школу возглавляет и развивает профессор Н.Калчанов. Работа на стыке математики и биологии, но это не применение математических методов в биологии. Это моделирование в биологии и новая идеология создания биологической информации. Сейчас в институте созданы банки данных, где хранятся очень большие объемы генетической информации, и разработаны новые методы чтения этой информации и расшифровки некоторых механизмов экспрессии генов. То есть, речь идет не о статистике, не о компьютерной обработке материалов, это новые подходы к чтению генетических текстов, идентификации определенных участков, которые отвечают за экспрессию генов. Это невероятно важно для исследовательских целей -- берется информация эксперимента, обрабатывается, и далее идет работа над поиском новых методов расшифровки этой информации. Работы имеют хороший рейтинг и привели к основательным контактам с зарубежными исследователями. Они получили серьезную поддержку, были получены крупные гранты. Это очень активно работающее направление.

-- Каким может быть следующий этап в развитии работ по направленному мутагенезу?

 

-- Далее, я думаю, будет получение новых геномов, не существующих в природе. Сейчас делаются трансгенные растения -- вводятся чужие гены и ведется контроль, что работает-не работает, что меняется. Следующий этап -- блоки генов; далее -- целые хромосомы. А потом -- соединение двух геномов... Я имею ввиду, что следующее направление -- это кардинальная реконструкция генома.

-- Возьмем как пример трансгенное растение. В чем смысл получения такого растения? Соединение свойств двух растений?

 

-- Нет. Транспортируется ген, и у полученного растения появляется новый, несвойственный ему ранее признак. И он генетически записан. Допустим, устойчивость к насекомому-вредителю. В растение вводится ген, который начинает продуцировать токсин, убивающий насекомое.

-- А этот ген берется, видимо, от какого-то дикого растения?

 

-- От бактерий. Но мы, например, ввели в растения табака ген интерферона, причем, человеческого. Он продуцирует бета-интерферон. Есть надежда на то, что он будет защищать растения от вирусов. Можно ввести гены, регулирующие окраску растений, их размеры. Можно даже придать растению совершенно несвойственные ему признаки. Также, как и животному. Признаки, важные для окультуривания, разведения, повышения продуктивности, засухоустойчивости.

-- А каковы результаты работ по трансгенным растениям?

 

-- У нас есть серьезные результаты. Получены, например, новые генетические модели с геном бета-интерферона, изучается экспрессия этих генов.

 

Сделаны оригинальнейшие работы Л.Першиной по межродовой гибридизации у злаковых. Она получила комбинации между довольно отдаленными родственниками -- пшеницей, рожью, ячменем. И на этой основе создала целую серию замещенных дополненных линий, где замещались отдельные хромосомы, потом и целые геномы, далее замещалась цитоплазма. Допустим, геном от одного вида растений, а цитоплазма от другого. Создан уникальный материал такого типа. Эти работы хорошо цитируются.

 

Мы участвовали также в создании первого в России сорта мягкой пшеницы Терция, сделанного именно путем введения в генотип заданных генов с целью повышения иммунитета. Сорт высокоурожаен, устойчив к засухе, болезням и вредителям. Он районирован в Курганской, Омской, Новосибирской областях.

 

На растениях многое уже сделано. Ведь и их клонированием занимаются достаточно давно. Относительно растений можно говорить, что это уже прошлое -- никаких проблем с получением генетических копий растений просто нет. Этим во всем мире занимались. И у нас тоже. Из соматических клеток точно также выращивались ценные в генетическом отношении растения. Это решенная проблема.

-- Значит, вы вполне можете получать растения с любыми заказанными признаками?

 

-- Главное для нас -- создание технологий их получения. Это мы исследовали и можем делать. Но пока что они для нас являются моделью. Мы не ставим цели куда-то сразу их передавать. Есть много неясных вопросов. Ген встраивается -- как он функционирует, почему он иногда выключается, почему не полностью работает. Прежде чем дойдет дело до технологии, нужно эти вопросы решить. Если ставить вопрос так: все бросайте, начинайте получать эти трансгенные растения и передавайте... Пожалуйста -- все растения получим и будем выдавать самые разные формы и виды. Посложнее, конечно, с животными. Но сейчас ведется целый ряд работ для того, чтобы создать хорошие технологии клонирования и получения трансгенных животных. Довольно серьезно поставлены и на растениях, и на животных культуральные работы. Дальше -- уже перспективы выхода на технологии получения тканей, отдельных органов и так далее.

-- А споры о том, стоит ли клонировать человека, продолжаются...

 

-- Я думаю, что в ближайшее время это делать незачем и нереально. Вся технология сначала должна быть совершенно четко отработана на лабораторных животных.

 

Мне на самом деле кажется более перспективным разрабатываемый в нашем институте подход со стволовыми эмбриональными клетками. На стволовых клетках держится генетика развития. Это исходный материал, способный превратиться в любую ткань.

 

Если же обратиться к природе, то она пошла совсем по другому пути -- она основывается на разнообразии. Даже в однояйцевых близнецах обнаруживаются различия. Да, генотип идентичен, но с течением времени накапливаются различия.

-- В вашем институте один из важнейших объектов -- живая клетка. Что нового вы лично хотели бы узнать о ней?

 

-- Клетка -- это особый мир, причем, настолько хорошо организованный, что мы им восхищаемся. И то, что понимаем в этом мире, вызывает восторг -- все экономично, все экологически безупречно, ничего лишнего, никаких отходов. Конечно, клетка будет осваиваться по частям. Я думаю, мы в самом начале пути. Мы знаем, где лежит шифр и с чего все начинается, как разворачивается, знаем до белка. Но все время убеждаемся -- этот мир неисчерпаем.

 

Сегодня важно не просто понимание структуры клетки и возникновения ее составляющих, мы думаем о том, какие клеточные технологии можно позаимствовать для целей человека.

 

Меня лично интересует энергетика клетки. Это митохондрии, их функционирование, их персональный геном. Они, собственно -- электростанции или теплостанции клетки. Как они работают, откуда они взялись? Единственное пока, что мы знаем -- их геном, как он функционирует, и что он из себя представляет. Он так и называется -- митохондриальный. Есть гипотеза, что митохондрии -- это симбионты клетки из простейших, что когда-то для чего-то простейшие бактерии появились в клетке и там застряли. Мы пользуемся теми частями генома митохондрий, которые нам нужны для сравнения и понимания определенных процессов. Но пока без цельного представления и понимания. Очень интересно было бы разобраться в процессах фотосинтеза. Жизнь растению дает зеленый лист. Как это начиналось? Все остальное -- и мы с вами -- сложилось потом. В этом -- тайна возникновения жизни на Земле.

 

 

 

стр. 

в оглавление