БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

В Сибирском отделении РАН два типа биологических институтов: институты молекулярно-биологического профиля и институты, занимающиеся классической биологией с учетом региональной тематики.

Мировое сообщество тратит на молекулярно-биологические, генетические и биотехнологические исследования (включая медицину) большую часть денег, выделяемых на науку, поэтому эта область быстро развивается, там модернизируются приборы и оборудование и совершенствуются методы исследований.

Именно в этой области знаний ожидаются наиболее крупные открытия и принципиально новые технологии XXI века. Полная расшифровка генома человека, наиболее важных для человека растений и животных, бактериального генома позволит вплотную приступить к реконструкции геномов в необходимых для человека направлениях, сохранить биоразнообразие, как основу для эволюции и селекции. В нашей стране, к сожалению, эти области науки финансируются по остаточному принципу.

Как и другие научные учреждения СО РАН, институты этого профиля испытывают огромные трудности: стареют и приходят в негодность приборы, оборудование, нет изотопов и реактивов. Поставки реактивов осуществляются только за счет совместных грантов с зарубежными учеными или привозятся из поездок за рубеж. С огромным трудом новые современные методы используются в институтах Отделения.

В связи с резким падением бюджетного финансирования на науку большой проблемой для биологических институтов стало содержание экспериментальных хозяйств, вивариев, тепличных комплексов, стационаров, фитотронов, т. е. всего того, что составляет базу для проведения биологических исследований.

Президиум Отделения в 1997 году специальным решением оказал существенную финансовую помощь в этом направлении из централизованного резерва, но в целом проблема экспериментальной базы биологических институтов требует кардинального решения на основе новых подходов. Из-за нехватки денег в регионах трудно реализовать вещественные результаты разработок институтов (новые сорта растений и породы животных, биологические препараты против вредителей и т.д.), поэтому средства по хоздоговорам биологические институты имеют небольшие (рис. 85а). Доля всех внешних поступлений средств, (включая российские и зарубежные гранты), проходящих через бухгалтерии институтов, за некоторым исключением, колеблется в районе 20 %. Вместе с тем, авторитет таких, например, институтов как, Цитологии и генетики, Биоорганической химии у нас в стране и за рубежом чрезвычайно высок.

Ведущие институты молекулярно-биологического профиля сохранили свои позиции в мировой науке, причем, работы сотрудников выходят в издательствах и журналах с высоким импакт-фактором и хорошо цитируются за рубежом (об этом же свидетельствуют многочисленные совместные гранты с зарубежными учеными). Но институты, работающие в области классической биологии, зачастую слишком увлекаются регионализмом. Наряду с подготовкой блестящих описательных и сводных монографических работ, мало публикуются в ведущих журналах в стране и за рубежом результаты конкретных общенаучных исследований. Это сильно сказывается на известности ведущих специалистов. Нужно помнить, что в рыночной системе, в которой мы сегодня работаем, количество получаемых ученым средств напрямую связано с его известностью и с тем, как он может объяснить всему сообществу актуальность разрабатываемых им проблем.

Для изучения биоразнообразия, состояния и мониторинга биологических ресурсов Сибири необходимо проведение ежегодных экспедиций на обширных территориях с целью поддержания непрерывных рядов наблюдений. Несмотря на помощь Президиума Отделения, нехватка денег на проведение экспедиций, в т.ч. огромные затраты на транспорт, тормозят сбор материалов. Однако, есть положительные примеры, когда взаимный интерес в научных исследованиях и развившееся за последние годы плодотворное сотрудничество с зарубежными учеными США, Швеции, Японии, Щвейцарии, Англии, Германии, дают возможность Институту леса регулярно проводить дорогостоящие северные экспедиции по программе международного проекта IGBP—NES (Сибирский трансект международной геосферно-биосферной программы).

Большой ущерб наносит отток подготовленных в Сибири высококвалифицированных научных кадров молодого и среднего поколений в зарубежные лаборатории (ИЦГ, НИБХ). Хотя в целом институты биологического профиля имеют неплохое молодое пополнение, в некоторых институтах (ИПА, ИЛ, ИЭПК, ИБФ) нет притока молодых научных сотрудников и наблюдается резкое старение кадров (рис. 85б). Если не принять срочных мер по решению этой проблемы, то через несколько лет может встать вопрос о существовании сибирских научных школ в области классической биологии. Их потеря нанесла бы невосполнимый урон науке не только Сибири, но и всей страны.

Вместе с тем, пока возрастной состав институтов никак не повлиял на их продуктивность. В очередном году биологами Отделения получен целый ряд интересных результатов.

В Институте цитологии и генетики создана первая версия базы данных по транскрипционной регуляции генов эукариот — TRRD, содержащая формализованное описание особенностей строения и функционирования регуляторных районов ДНК для более чем 300 генов эукариот, включая гены человека, крысы, мыши, цыпленка и др. В настоящее время база данных по транскрипционной регуляции генов эукариот — TRRD представляет описание транскрипционной регуляции генов различных организмов, характеризующихся разной тканеспецифичностью экспрессии (рис. 86).

База данных TRRD связана с базой данных TRANSFAC (Институт биотехнологических исследований, г. Брауншвейг, Германия), содержащей описание белковых факторов транскрипционной регуляции. Она установлена на WWW сайте ИЦГ СО РАН и доступна пользователям по сети Интернет (доступ к TRRD по Internet: http//www. bionet.nsc.ru/TRRD). TRRD является единственной базой данных, содержащей информацию по строению и функционированию регуляторных районов ДНК эукариот.

В том же Институте создана система идентификации хромосомных районов, позволяющая проводить цитогенетический анализ сложных хромосомных перестроек человека. Разработанная система может быть использована в двух вариантах: а) создание ДНК-библиотек аномальной хромосомы и ее составных частей флуоресцентной гибридизацией in situ на стандартные хромосомы человека; б) получение район-специфичных ДНК-библиотек для детекции определенных хромосомных перестроек, имеющих диагностическое значение (рис. 87).

Предложенный подход позволяет проводить в краткие сроки анализ врожденных хромосомных патологий и хромосомных перестроек в малигнизированных клетках (что было ранее за пределом возможностей традиционных цитогенетических и молекулярно-генетических методов), создавать комплекты район-специфических ДНК-микробиблиотек. Кроме применения в практической диагностике новая система представляет собой эффективный инструмент для определения локализации различного типа генов, включая онкогены и антионкогены. Разработанная система может быть эффективно использована в исследованиях, проводимых на других видах млекопитающих: в работах по сравнительной цитогенетике и сравнительному картированию геномов, анализу гибридов соматических клеток.

Специалистами Института цитологии и генетики впервые на основе отдаленной гибридизации видов ячменя с мягкой пшеницей и разработанного комплекса методов культивирования in vitro экспериментально проверены и предложены схемы создания новых форм растений с реконструированными геномами. В процессе исследования вскрыты механизмы несовместимости между видами разных таксономических групп на всех этапах получения гибридов между ячменем и пшеницей и восстановления их фертильности; отработаны методы преодоления несовместимости; получено генетическое разнообразие многочисленных линий гибридного происхождения, в том числе и с высоким уровнем самофертильности. Такие растения представляют интерес как оригинальные модели для исследований закономерностей становления и взаимодействия ядерных и цитоплазматических геномов при видообразовании; для изучения генетического контроля формирования гаплоидов при межродовых скрещиваниях; в качестве исходного материала в селекционных программах как источники генов раннеспелости и устойчивости к стрессовым факторам.

В Новосибирском институте биоорганической химии разрабатываются подходы к созданию на основе олигонуклеотидов ген-направленных биологически активных веществ и терапевтических препаратов, открывающих возможность инактивации геномов инфекционных агентов и избирательного подавления экспрессии генов, ответственных за злокачественное перерождение клетки.

Синтезированы конструкции, имитирующие активный центр рибонуклеазы и показано, что они способны катализировать гидролиз РНК в физиологических условиях. В присутствии олигонуклеотидов, несущих такие группы, наблюдалось эффективное расщепление РНК-мишеней: тРНК и регуляторной части мРНК инфекционного агента лейшмании (рис. 88).

Стрелками указаны олигонуклеотиды, несущие группы, расщепляющие РНК по определенным нуклеотидным последовательностям, и место расщепления РНК.

Разработанные каталитические группы могут быть применены для исследования структуры РНК. Оптимизация структуры конъюгатов олигонуклеотидов с этими группами может позволить создать терапевтические препараты и препараты для подавления экспрессии определенных генов в биологических исследованиях.

В том же институте впервые показано, что в молоке здоровых женщин содержатся каталитически активные антитела или абзимы с протеинкиназной, АТР-, ДНК- и РНК-гидролизующими активностями (рис. 89).

Субстратная специфичность указанных абзимов существенно отличается по сравнению со специфичностью нормальных ферментов человека, обладающих такими же активностями. Принимая во внимание защитную функцию антител молока в создании пассивного иммунитета новорожденных в первые месяцы их жизни, сделано предположение о том, что такие абзимы человеческого молока могут играть особую роль (за счет гидролиза антителами чужеродных нуклеиновых кислот) в создании защитного барьера от воздействия на младенцев вирусов и бактерий.

В Институте систематики и экологии животных пpи изучении иммуно-эндокpинных взаимоотношений в системе мать—плод установлено ведущее значение генетических pазличий между матеpью и плодом в становлении жизнеспособности потомства. На линейных мышах BALB/c показано, что введение самкам, находящимся на pанней стадии сингенной беpеменности, эpитpоцитов самцов линии C57BL/6 вызывает более выpаженный подъем концентpации пpогестеpона (гормона беременности) в кpови и увеличивает темпы pоста эмбpионов (рис. 90, А).

Чистолинейные мышата BALB/c pастут быстpее в случае выкаpмливания их самками той же линии, pодившими гибpидное потомство (F1 BALB/c х C57BL/6). Возможной пpичиной этого является относительно большее содеpжание белка и жиpа в молоке самок, выносивших чужеpодное потомство (рис. 90, Б, В). Таким обpазом, впеpвые получены доказательства того, что более эффективное pазвитие потомков, наблюдаемое пpи межлинейных скpещиваниях или аллогенных пеpесадках эмбpионов, обусловлено антигенной стимуляцией иммунной системы матеpи, модифициpующей ее физиологическое состояние на длительный пеpиод вpемени.

В Сибирском институте физиологии и биохимии растений из побегов озимой ржи и пшеницы в иммунохимически чистом виде выделен стрессовый белок, количество которого коррелирует с уровнем морозоустойчивости растений. Его содержание в клетках морозоустойчивых растений резко возрастает при кратковременной гипотермии, т. е. это белок холодового шока (рис. 91).

Белок имеет массу 310 кД (рис. 91 - нативный электрофорез) и содержит два типа субъединиц 66 и 56 кД (рис. 91 - денатурирующий электрофорез). Установлено, что гены, контролирующие синтез этого белка, локализованы в хромосомах 1D и 6D ядерного генома морозоустойчивой озимой пшеницы. Белок обнаружен в митохондриях. Определены его биохимические функции в этих органеллах. Показано, что при гипотермии он вызывает разобщение окисления и фосфорилирования в митохондриях.

[В оглавление]

Go to Home Site

[Сл. стр.]