В Институте цитологии и генетики впервые разработана интеллектуальная компьютерная система, предназначенная для анализа молекулярных механизмов регуляции экспрессии генов эукариот (ГенЭкспресс). Система доступна через Internet: http://wwwmgs.bionet.nsc.ru. Cредствами специального компьютерного языка представлены молекулярные события, происходящие во внеклеточном пространстве, на клеточной мембране, в цитоплазме и ядре. Белки, вовлеченные в антивирусный ответ, изображены кругами, гены представлены прямоугольниками, стрелками обозначены различные взаимодействия между компонентами генной сети (рис. 4.1). ГенЭкспресс не имеет аналогов в мировой науке и является первой компьютерной системой, интегрирующей знания о регуляции молекулярно-генетических механизмов транскрипции генов.

Рис. 4.1. Фрагмент генной сети антивирусного ответа, автоматически построенный компьютерной системой на основе информации из базы данных GeneNet.

В Институте археологии и этнографии и в Институте цитологии и генетики занимаются глобальной реконструкцией эволюции генофонда древних и современных этнических групп Евразии. Сотрудниками Института цитологии и генетики расшифрованы последовательности контрольного района митохондриальной ДНК для трех индивидов из захоронений Горного Алтая (1-е тыс. до н.э.). Этот локус ДНК представляет собой наиболее информативный молекулярно-генетический антропогенетический маркер, по которому в настоящее время имеется обширная мировая база данных (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Палеогенетическая реконструкция взаимоотношений древнего и современного населения Евразии.

Выяснилось, что вариант N 2 митотипов пазырыкцев широко распространен у современных народов Северной Азии (эвенки, эвены, юкагиры - до 70%). Два других могут быть отнесены к европейским митотипам: N 1 характерен для современных европейцев, N 3 является сравнительно редким для них вариантом. В то же время все три варианта наиболее представлены в митохондриальном генофонде самодийцев севера Западной Сибири (северные селькупы, кеты). Полученные данные подтверждают высказываемые антропологами и археологами гипотезы о южно-сибирском происхождении самодийцев и общности палеосибирского расового типа, распространенного среди культур древнего скифо-сибирского мира.

В Институте цитологии и генетики впервые продемонстрирована возможность репрограммирования хромосомы из дифференцированной клетки (лимфоцита) при введении ее в геном плюрипотентной клетки, т.е. способной давать начало всем органам и тканям, в том числе и репродуктивным. В результате слияния плюрипотентных эмбриональных стволовых клеток и лимфоцитов взрослой мыши был получен набор клонов гибридных линий. Некоторые клоны имели нормальный диплоидный набор хромосом мыши с дополнительной Х хромосомой, внесенной лимфоцитом. В результате инъекций этих гибридных клеток в ранние эмбрионы мышей была получена серия химерных животных (рис. 4.3), содержащих как гибридные клетки, так и и клетки собственно реципиента. Наиболее интересным результатом является обнаружение в разных органах химер функционирующей Х хромосомы лимфоцитов. Об этом свидетельствует экспрессия в органах химер аллеля ГФРТ, характерного только для Х хромосомы лимфоцитов. Другим следствием полученных результатов является возможность использования гибридов такого рода для переноса хромосом от одних животных к другим.

Рис. 4.3. Демонстрация химеризма мышей, полученных при инъекции гибридных клеток в бластоцисты мышей C57BL. В центре - химерная мышь. На фоне темного окраса, характерного для реципиентной линии мышей, видны пятна светлой окраски, характерные для линии, из которой были изолированы эмбриональные стволовые клетки.

В Новосибирском институте биоорганической химии впервые в мире были созданы ДНК-конструкции для генной иммунизации против вируса клещевого энцефалита (ВКЭ). Важными преимуществами ДНК-вакцин по сравнению с традиционными белковыми вакцинами являются простота получения, широта и эффективность их применимости в отношении ряда заболеваний; и самое важное отличие - способность индуцировать сильный клеточный иммунный ответ в совокупности с гуморальным иммунитетом. В эукариотические экспрессирующие векторы pSVK3 и pcDNA1 были переклонированы гены E, E-NS1 и NS3 BKЭ. Эксперименты с вирусом проводились совместно с Институтом систематики и экологии животных СО РАН. При заражении летальными дозами ВКЭ в контрольной группе погибло 42,9% животных. Иммунизация конструкцией pcDNA-NS3 не приводила к защите от заражения. В группе мышей, иммунизированных pSVK3-E, погибло 15%. Наибольший протективный эффект против заражения мышей летальными дозами ВКЭ был обнаружен после иммунизации конструкцией pSVK3-ENS1, продуцирующей фрагмент вирусного белка NS1 (погибло 5% животных) (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Влияние плазмидных конструкций, четырехкратно введенных внутримышечно мышам в количестве 100 мкг, на выживаемость после заражения 100 летальными дозами ВКЭ.
1 - неиммунизированные мыши; 2-4 - мыши, иммунизированные: 2 - конструкцией pcDNA1-NS3, содержащей неструктурный ген NS3 ВКЭ; 3 - конструкцией pSVK3-E, содержащей ген Е ВКЭ; 4 - конструкцией pSVK3-ENS1, содержащей гены Е и NS1 ВКЭ.

В Новосибирском институте биоорганической химии впервые показано, что антитела (АТ) из сыворотки крови больных некоторыми аутоиммунными и вирусными заболеваниями (аутоиммунный тиреоидит, рассеянный склероз, полиартрит, системная красная волчанка, гепатит) обладают РНК-гидролизующей активностью. Субстратная специфичность антител в расщеплении модельных РНК зависит от вида заболевания. Рибонуклеазная активность антител стимулируется ионами магния. В отличие от рибонуклеаз крови, молока и тканей человека антитела в присутствии ионов магния гидролизуют тРНК преимущественно по двуцепочечным участкам (рис. 4.5).

Рис.4.5. Гидролиз тРНК^Phe антителами, выделенными из сыворотки крови больного полиартритом. (двойными стрелками показаны участки, наиболее чувствительные к гидролизу).

Показана возможность применения препаратов АТ в качестве реагентов для изучения состояния структуры РНК. В опытах с нормальной тРНК^Lys и мутантной тРНК^Lys, появление которой коррелирует с развитием тяжелого заболевания миоклонус эпилепсии, показано, что с помощью антител в физиологических условиях можно детектировать небольшие локальные изменения структуры РНК, возникающие при одиночных заменах, что не удается сделать с помощью других рибонуклеаз. Показано также, что ферментативная активность АТ крови человека является показателем развития аутоиммунного процесса, а по ее уменьшению в процессе лечения заболеваний различными препаратами можно судить о подавлении с помощью этих препаратов аутоиммунных процессов.

В Сибирском институте физиологии и биохимии растений впервые осуществлен перенос целевого гена ugt из растения кукурузы в растения картофеля. Этот ген отвечает за метаболизм важнейшего растительного гормона гетероауксина. В результате растения картофеля приобрели более высокую энергию роста и повышенную продуктивность (в 2-3 раза в условиях эксперимента). Одновременно растения картофеля получили практически полную устойчивость к гербициду 2,4-Д. После обработки гербицидом остаточных количеств 2,4-Д в клубнях не обнаружено (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Перенос целевого гена ugt из кукурузы в растения картофеля.
а - схема создания генетической конструкции с использованием целевого гена, получаемого из растения кукурузы; б - контрольное растение (сорт Бородянский) без введенного гена кукурузы, выращенное из микроклубня; в - трансгенное растение картофеля с введенным геном кукурузы (сорт Бородянский), полученное из микроклубня.

Клубни отличаются хорошими вкусовыми качествами. Полученные свойства унаследовались во втором поколении полностью. Помимо фундаментального значения, связанного с выяснением механизма гербицидоустойчивости, результаты имеют большое практическое значение.

Гетерозисная селекция кукурузы необычайно дорога в силу необходимости ежегодно получать гибриды F₁. Эту проблему возможно было бы решить, если получить апомиктически размножающиеся гибриды (т.е. без участия полового процесса). Кукуруза не имеет этого признака, но некоторые виды ее дикого сородича трипсакум могут размножаться бесполосеменным путем. Гибриды, полученные скрещиванием кукурузы с такими формами, также размножаются апомиктически. В Институте цитологии и генетики показано, что редукция числа хромосом трипсакум в потомстве таких гибридов F₁ с кукурузой от 36 до 9 (2n=56; 20Mz + 9Tr) не приводит к потере признака бесполосеменного размножения. Совместное использование методов ПЦР и цитогенетического анализа на B₁₁₁ гибридах позволило выявить, что генетический контроль апомиксиса осуществляется хромосомой 16 трипсакум. Цитогенетический анализ популяции гибридов обнаружил линию с транслокацией длинного плеча хромосомы 16 трипсакум на длинное плечо хромосомы 6 кукурузы, при этом признак бесполосеменного размножения у нее сохраняется (рис. 4.7). Эта линия может быть родоначальницей апомиктической кукурузы с закрепленным эффектом гетерозиса.

Рис. 4.7. Метафазная пластинка линии с транслокацией длинного плеча хромосомы 16 трипсакум с длинным плечом хромосомы 6 кукурузы (транслокация показана стрелкой). Справа вверху транслоцированная хромосома показана в увеличенном виде.

В Институте биофизики завершен основополагающий этап работы по созданию информационного банка данных уникальной специализированной Коллекции морских светящихся бактерий ИБСО (рис. 4.8). Вышло в свет первое издание "Каталога культур светящихся бактерий ИБСО" на русском и английском языках (издательство СО РАН), включающее описание 500 штаммов заявленного фонда. База данных по истории и сахаролитическим свойствам 100 культур светящихся бактерий коллекции ИБСО зарегистрирована как "IBSO Siberian Liminous Bacteria" и имеет адрес (http://www.bdt.org.br/bdt/msdn/ibso). Английская версия "Каталога" передана в международную сеть MSDN.

Рис. 4.8. Карта местообитания светящихся бактерий.

В Лимнологическом институте проведено исследование донных биологических сообществ в заливе Фролиха. В состав этих сообществ, найденных на глубинах от 22 до 405 м, входит бесцветная серная бактерия рода Thioploca. Подобно Thioploca, обитающей в морских осадках (шельф Южного Перу), байкальская бактерия накапливает в своих клетках серу и нитраты (рис. 4.9).

Рис. 4.9. Бесцветная серная бактерия рода Thioploca, выделенная в заливе Фролиха. а - нити бактерии, объединенные общим слизистым чехлом; б - включение серы внутри клеток.

По предварительным данным, концентрация нитрата в теле бактерии в 13000 раз, а сульфата - в 70 раз выше, чем в придонной воде. Бактерии такого рода, по-видимому, вносят существенный вклад в циклы серы, азота и углерода в экосистеме Байкала.

Go to Home Site

[ В оглавление.] [Далее.]