Главная / Текущий номер журнала / Новосибирская область. Наука и промышленность / О пользе генетики /

О пользе генетики

18 мая 1957 г. Постановлением Президиума АН СССР одним из первых в Сибирском отделении АН СССР был создан Институт цитологии и генетики. ИЦиГ СО РАН — признанный в стране генетический центр, осуществляющий научные и инновационные исследования в широком спектре проблем современной генетики.

Генетические коллекции

Основополагающая идея развития института — интеграция молекулярных, клеточных, онтогенетических и популяционных исследований для понимания генетических механизмов изменчивости и эволюции.

Институт имеет большой задел результатов в научно-инновационной области.

В Институте в 2008 г. будет введен в строй виварий, отвечающий международным требованиям по содержанию генетических коллекций лабораторных животных. Польза генетических моделей болезней человека очевидна как для исследования их патогенеза, так и для испытаний потенциальных лекарственных средств.

В Институте созданы следующие генетические модели животных, дающие возможность проведения экспериментов, постановка которых в клинике неосуществима: модель биологической основы предрасположения к шизофрении; модель наследственно-индуцированной стрессом артериальной гипертензии (линия крыс НИСАГ); модель депрессии и тревоги для медико-биологических исследований; модель преждевременного старения (линия крыс OXYS).

ИЦиГ СО РАН совместно с ИЯФ СО РАН и ЗАО «Сибирский центр фармакологии и биотехнологии» разрабатывает технологии получения принципиально нового класса лекарственных препаратов — наноразмерных композиций, основанные на использовании метода лучевой иммобилизации. В рамках этого подхода создан тромбовазим — первый лекарственный препарат нового класса тромболитиков, предназначенный для лечения и профилактики патологических состояний, обусловленных тромбообразованием: инфаркта миокарда, инсультов, тромбоэмболии легочной артерии, тромбофлебитов.

Специалистами в области молекулярной диагностики разработаны диагностические наборы для генотипирования конкретных наследственных и мультифакторных заболеваний. Предлагаемые тест-системы позволяют обнаружить заболевания на ранних стадиях и предсказать предрасположенность к его развитию, в отличие от всех существующих методов, в том числе: тест-система для выявления аллелей Cys282Tyr, His63ASP и Ser65Cys гена HFE, ассоциированных с наследственным гемохроматозом человека; тест-система для ДНК-диагностики муковисцидоза; тест-системы для диагностики генетической предрасположенности к сердечно-сосудистым заболеваниям.

В институте разрабатываются комплексные диагностические тесты, позволяющие одновременно определять присутствие в образцах материала ДНК возбудителей описторхоза, других трематодозов, а также цестодозов, нематодозов и лямблиоза. Тест может быть использован практически во всех сферах деятельности, требующих санитарно-эпидемиологического контроля. Новизна предлагаемого метода — выявление возбудителей гельминтозов и лямблиоза — заключается в использовании технологии биочипов, позволяющей проводить комплексную параллельную ДНК-диагностику целого ряда возбудителей паразитозов.

Генетиками института найдены методы селекции для получения новых окрасочных форм меха норки, в основе которых лежит использование дестабилизирующего отбора, а биологами на основе овощных культур (морковь) разработана технология создания трансгенных растений — биопродуцентов фармацевтических белков медицинского назначения. Созданы генетические конструкции с генами интерлейкинов 10 и 18 человека для экспрессии в тканях растений. На основе этой технологии начато создание трансгенных растений моркови с генами белков-антигенов вируса гепатита В человека. Разработаны трансгенные растения — сенсоры, реагирующие на биологически опасные факторы внешней среды техногенной природы; на основе этого подхода возможно создание нового поколения технологий мониторинга окружающей среды.

В ИЦиГ СО РАН на протяжении многих лет собиралась коллекция генофонда растений — кормовых и лекарственных. Уникальность ее заключается в том, что они найдены в различных зонах Сибири и Алтая.

Разрабатывается технология получения биотоплива и производства биодеградируемых пластиков, основанная на переработке микроорганизмами возобновляемых природных ресурсов, в частности, продуктов растительного происхождения до углеводов, усваиваемых далее в процессе метаболизма этих микроорганизмов. Одним из наиболее перспективных возобновляемых источников сырья является мискантус китайский. В Институте собрана коллекция форм мискантуса, которая сегодня успешно выращивается в условиях Западной Сибири на плантациях Института. Технология глубокой переработки дешевого растительного сырья — биомассы мискантуса энергосберегающим биотехнологическим способом, разрабатываемая в Институте, направлена на получение биотоплива и производство биодеградируемых пластиков, ацетата или этанола.

Нанобиотехнологии

1. В ИЦиГ СО РАН совместно с ИЯФ СО РАН разрабатываются методы создания биоаналитических приборов и устройств для биомедицины, экологии, биотехнологии на основе микро/нанофлюидных систем. С помощью LIGA-технологии создана микро/нанофлюидная система для работы с фемта- и пиколитрами жидкостей и микро- и нанообъектами. Cоздан позиционированный в микро/нанофлюидной системе высокочувствительный сенсор мутагенеза- генетически модифицированная бактериальная клетка, позволяющая выявлять присутствие биологически опасных веществ (в частности, мутагенов) в воде, воздухе, продуктах питания и др. На основе разработанного подхода возможно создание геносенсоров, направленных как на детекцию определенных биологически опасных веществ (ртути, мышьяка, перекиси и т. д.), так и на поиск биологически опасных веществ неизвестной природы, приводящих к конкретным повреждениям клеток (например, нарушение структуры ДНК, белков или мембран). Бактериальная клетка, несущая рекомбинантную плазмиду, помещается в канал микро/нанофлюидной системы. При активации промотора внешним агентом происходит экспрессия гена-репортера, которую легко увидеть с помощью обычного флуоресцентного микроскопа. На основе микро/нанофлюидных систем возможно создание сверхчувствительных приборов для биодетекции и широкомасштабного скрининга биологически-, токсически-, иммуно- и мутагенно-активных веществ в микро- и наноколичествах.

2. ИЦиГ СО РАН совместно с ИЯФ СО РАН и ИХКиГ СО РАН разрабатываются методы производства биочипов с использованием терагерцового излучения уникального источника — лазера на свободных электронах. Разработан принципиально новый метод анализа гибридизованных на биочип последовательностей, основанный на явлении мягкой неразрушающей абляции под дей­ствием терагерцового излучения. Абляция представляет собой перевод молекул в аэрозольную фазу из твердой или жидкой фазы без изменения формы. Впервые в мире нами была получена неразрушающая абляция биомакромолекул большой массы. Сегодня очевидной является проблема идентичности биочипов разного производства, созданных по сходным технологиям. Принципиальная возможность изучать непосредственно результаты гибридизации проб и мишеней дает возможность существенно повысить качество производства биочипов и получать достоверную информацию о продуктах гибридизации на биочипах.

В институте ведутся работы по поиску новых природных источников биологически активных веществ (БАВ). Ключевым вопросом при производстве БАВ является технология их извлечения из исходного сырья. Один из эффективных подходов, обеспечивающих повышенное извлечение БАВ, — методы нанопомола на специальных мельницах, обеспечивающие нанодиспергирование сырья до частиц размером менее 100 нм. На основе гриба трутовика лакированного, который в восточной медицине ценится наряду с женьшенем, с использованием нанопомола разработан новый тип БАВ, обладающий широким спектром лекарственных и профилактических эффектов.

Учеными института создан комплекс программ для решения задач биоинформатики и системной биологии: база данных TRRD по структурно-функциональной организации регуляторных районов генов про- и эукариот; база данных генных сетей GeneNet, содержащая информацию об ансамблях координированно функционирующих генов, контролирующих биохимические, физиологические, морфологические, поведенческие характеристики человека, животных, растений и микроорганизмов; база данных PDB-site, содержащая информацию об активных центрах в пространственных структурах белков, программы для моделирования динамики генных сетей и др. Применение созданных информационно-программных ресурсов позволяет значительно ускорить и удешевить решение широкого круга практически полезных задач: поиска фармакологических мишеней, интерпретации молекулярных механизмов патологий человека, конструирования лекарственных препаратов нового поколения, оптимизации функции микроорганизмов — продуцентов биологически активных веществ.

ИЦиГ СО РАН уделяет первостепенное значение подготовке кадров: в институте функционирует учебно-научный центр «Генетика», в котором ежегодно проходят преддипломную и дипломную практику студенты 4-го и 5-го курсов и магистранты НГУ; через аспирантуру ИЦиГ СО РАН проводится послевузовское обучение по шести специальностям: генетики, гистологии, цитологии и клеточной биологии, биохимии, молекулярной биологии, физиологии, биоинформатике.

Помимо кооперации с институтами СО РАН, Институт цитологии и генетики выполняет совместные исследования с организациями СО РАМН, СО РАСХН, НПО «Вектор», Новосибирским государственным университетом.