Михаил Мишустин дал членам правительства ряд поручений по итогам своей рабочей поездки в Новосибирскую область. 

Минобрнауки и Минфин должны завершить согласование проекта федерального закона “О внесении изменений в ФЗ «Об образовании в РФ» в части нормативно-правового регулирования деятельности специализированных учебно-научных центров». Минобрнауки и Минпросвещения  поручено представить изменения в Порядок приема на обучение по программам бакалавриата, специалитета, магистратуры, касающиеся учета индивидуальных достижений выпускников специализированных учебно-научных центров.  

Минобрнауки и Минфину вместе с Правительством Новосибирской области нужно представить главе кабмина предложения о финансировании и строительстве кампуса мирового уровня Новосибирского национального исследовательского госуниверситета. 

Кроме того, министерства должны представить в правительство сведения о результатах мероприятий, которые необходимы для обновления приборной базы ведущих организаций, выполняющих НИР, и для поддержки центров коллективного пользования научным оборудованием, а также предложения по изменению подходов к финансовому обеспечению указанных мероприятий. 

Вместе с Минстроем Министерству науки и высшего образования поручено представить изменения в Правила предоставления молодым ученым социальных выплат на приобретение жилых помещений, которые упростят процедуру получения государственного жилищного сертификата. Валерий Фальков вместе с коллегами из Минстроя и Минфина должны также предложить дополнительные меры господдержки молодых ученых при приобретении ими жилых помещений с использованием кредитных средств.  

Среди премьерских поручений Минобрнауки и другим министерствам – предложения изменить подходы к приобретению расходных материалов для проведения научных исследований, включая приобретаемые за рубежом. Ведомства также должны отчитываться о реализации программы «Содействие занятости выпускников на научно-исследовательские позиции в образовательные организации высшего образования и научные организации». 

Платформа CoGIS, разработанная компанией «Дата Ист», завоевала третье место в Национальном конкурсе ИТ-решений «ПРОФ-IT. Инновация» в номинации «Пространственные данные».

Сегодня CoGIS успешно применяется для решения различных прикладных задач в управлении городом и жилищно-коммунальным хозяйством, кадастре, управлении земельными ресурсами и производством, геологии и добыче полезных ископаемых, бережливом недропользовании, анализе и мониторинге чрезвычайных ситуаций, а также в научно-образовательной деятельности и других сферах. На основе платформы CoGIS создана облачная геоинформационная система CityCloud – ГИС-облако для муниципалитетов, развернуты порталы Новосибирской области и Ямало-Ненецкого автономного округа, а также мэрии Новосибирска. CoGIS позволяет создавать публичные и служебные защищенные интерактивные карты, осуществлять сбор и анализ геоданных, поступающих из разных подразделений. При этом пользователю не нужно иметь специальные навыки программирования - система очень проста в управлении.

Конкурс «ПРОФ-IT. Инновация» способствует российским ИТ-разработчикам в продвижении своих продуктов и стимуляции увеличения вложений в лучшие отечественные решения в сфере ИТ.

Призерами конкурса стали проекты ИТ-компаний из Красноярского края, Нижегородской, Новосибирской, Ростовской, Рязанской, Свердловской, Томской, Тюменской области, Москвы и Санкт-Петербурга, Республики Татарстан, Республики Башкортостан, Ханты-Мансийского автономного округа-Югра.

Учёные СФУ изучили процессы аккумуляции и миграции золота в окисленных рудах Олимпиадинского месторождения — одного из крупнейших месторождений золота в России и в мире. 

Олимпиадинское месторождение находится на полтысячи километров севернее города Красноярска. Начиная с 80-х годов 20 века на месторождении добыли более пятисот тонн золота и, по расчётам специалистов, еще около тысячи тонн осталось в недрах. 

Первичные руды Олимпиады — это плотные породы с вкраплением сульфидных минералов (соединений металлов и серы) и очень мелкого самородного золота (рис. 1). Содержание золота в таких рудах составляет 3-5 граммов на тонну. 

Месторождение образовалось около 800 миллионов лет назад. За это время на его руды воздействовали природные процессы, главными компонентами которых являются вода и кислород. Под их действием сульфиды и многие другие минералы разрушались и окислялись, превращаясь в бурую рыхлую массу — так образовались окисленные руды. Но главное, что при этом гипергенном процессе может происходить аккумуляция золота. 

Максимальное содержание золота в окисленных рудах Олимпиадинского месторождения достигало 450 граммов на тонну. Ранее считалось, что в таких условиях золото ведет себя как инертный металл — не подвергается коррозии и окислению, и, в отличие от большинства «неблагородных» металлов, не реагирует с щелочами и кислотами (кроме «царской водки»). Однако исследователи СФУ получили доказательства его подвижности и активности золота в гипергенных условиях, при воздействии на него особых геологических и климатических факторов. 

Для этого научный коллектив, состоящий из университетских исследователей и специалистов предприятия «Норильскгеология» (Красноярский край), исследовал четырёхсотметровую толщу окисленных руд Олимпиадинского месторождения. Оказалось, что при окислении первичных руд, золото, содержащееся в сульфидных минералах в виде отдельных атомов, высвобождается, образует комплексные соединения с другими элементами и легко мигрирует.

Агрессивные воды растворяют и самородное золото, и распространённое на месторождении его соединение с сурьмой — минерал ауростибит (AuSb2). В процессе образуются частицы так называемого губчатого золота (рис. 2), похожего на морскую губку с многочисленными порами, увеличивающими свободную поверхность частиц. Такое строение позволяет агрессивным растворам интенсивней растворять благородный металл. 

Стабильность комплексных соединений золота различна, и при изменении условий они могут разрушаться, а освободившееся атомарное золото группируется в нано- и микрообособления, которые зачастую обретают форму шара (глобули) или даже кристалла, что и было обнаружено на месторождении (рис. 3). Сейчас известно, что подобные процессы могут происходить даже с участием бактерий, которые способны восстанавливать наночастицы металлического золота из его соединений с другими элементами.

Исследователи отмечают, что процесс формирования окисленных руд, а также миграция и новообразование золота Олимпиадинского месторождения хорошо иллюстрируются в разрезе толщи окисленных руд. В нижней части содержится много реликтового золота первичных руд, а также большое количество губчатого золота. Выше по разрезу доля губчатого и реликтового золота снижается, но увеличивается количество новообразованных глобуль и микрокристаллов. А вот наибольшее количество глобуль и микрокристаллов, как и максимальное суммарное содержание золота (до 60 грамм на тонну в изученных пробах), наблюдается в верхнем слое изученного разреза. Эта зона примечательна еще тем, что здесь найден минерал церианит (оксид церия, CeO2), выступающий индикатором резкого изменения условий окружающей среды. Именно с этим изменением условий связано новообразование золота, считают авторы.

«Хотя окисленные руды Олимпиадинского месторождения были отработаны еще в 2007 году, изучение форм нахождения, поведения и распределения золота в них важно по ряду причин. В первую очередь, окисленные руды ценны, поскольку не требуют сложных процессов обогащения и рентабельны даже при низких содержаниях золота в них. С другой стороны, зоны окисления золоторудных месторождений представляют и фундаментальный интерес, связанный с экзогенной геохимией и металлогенией золота», — отметил ведущий инженер кафедры геологии, минералогии и петрографии СФУ Сергей Сильянов.

Соавтор исследования, инженер аналитической лаборатории Научно-технологического R&D центра ГМК «Норильский никель» Борис Лобастов, в свою очередь сообщил, что зона окисления исследованного месторождения была самой настоящей лабораторией под открытым небом.

«Нами было изучено немало техногенных объектов — там процессы переноса вещества и образования новых минералов происходят особенно быстро. Удивительно было увидеть, насколько похожи микрокристаллы золота и многих других минералов из окисленных руд Олимпиадинского месторождения на новообразованные минералы других объектов. Такое внешнее сходство не всегда списывается на конвергенцию — механизмы формирования новых минералов в столь разных обстановках схожи, а изучение одних процессов в данном случае помогает понять все остальные», — сказал учёный.

Выполненное сибирскими учёными исследование показало, что формирование окисленных руд Олимпиадинского месторождения происходило при сложных геохимических условиях, в которых золото вело себя как подвижный элемент, способный и к перераспределению, и к переотложению на геохимических барьерах (участках изменения условий окружающей среды). 

Как всегда, «неожиданные» январские морозы породили у нас волну скепсиса относительно глобального потепления. В России, как я уже неоднократно говорил, существует довольно большое сообщество убежденных скептиков, считающих, будто эта тема навязана человечеству некими темными силами. А в реальности, мол, процесс начинает разворачиваться в противоположную сторону – в сторону похолодания. Нынешняя холодная зима дала этим скептикам дополнительный повод для таких рассуждений. Как и следовало ожидать, в трескучих январских морозах они увидели, наконец, «долгожданную» смену тренда.

Странно здесь то, что большинство из нас прочно забывает аналогичные суровые зимы, несколько раз накрывавшие всю Европу (включая и западную часть России) в течение нынешнего столетия. Вспомним хотя бы события трехлетней давности. Так, для стран ЕС зима в начале 2018 года ознаменовалась небывалыми снегопадами и аномальное низкими для Западной Европы температурами. Англию заваливало снегом, температура опускалась до отметки – 15 градусов по Цельсию, что привело к закрытию авиасообщений и школ по всей стране. Такие же снегопады и холода обрушились на территорию Франции. Дело дошло до того, что правительство призвало граждан ограничить в вечернее время потребление электроэнергии ввиду чрезвычайной ситуации. В шоке были и итальянцы, увидев заснеженные улицы Рима и Милана. Холода добрались до самого Неаполя. Восточная Европа также тряслась от нетипичных для тех мест морозов.

Всё это достаточно хорошо известно. Можно также вспомнить лютую зиму 2005-2006 годов, когда сильные холода накрыли огромную территорию от Западной Сибири до Западной Европы включительно. В Воронежской области температура опускалась до -40 градусов. В Ялте (то есть в субтропиках!) случились морозы до -20 градусов. В Краснодарском крае был нанесен сильный урон виноградникам. В Венгрии замерзло озеро Балатон.

Тем не менее, эти лютые зимы совсем не означали перелома тренда и начавшегося движения в сторону похолодания. Динамика средней глобальной температуры все равно оставалась положительной. Так, общий показатель 2006 года был выше, чем, например, показатель 2003 года (на 0,02 градуса) или показатель 2001 года (на 0,1 градуса). В свою очередь, 2018 год (несмотря на лютую зиму в Европе) превзошел по росту глобальной температуры показатель того же 2006 года на 0,21 градуса. Заметим, что подобные климатические флуктуации происходят регулярно. Они одинаково приложимы к обеим тенденциям. Поэтому точно так же нельзя связывать с фазой роста глобальной температуры и аномально теплую зиму. В современной климатологии зафиксированы случаи, когда суровые морозы приходились на пик восходящего тренда (например, в самом начале 1940-х годов). И наоборот, очень теплые зимы у нас в стране случались в 1960-х годах, когда на указанном временном отрезке наблюдалась общая тенденция к похолоданию.

По понятным причинам, мы пока не можем подводить итоги текущего года, зато уже появились соответствующие расчеты для года прошедшего. Как отмечается на сайте NASA, 2020 года стал самым теплым годом за всю историю наблюдений (начиная с 1880 года). Предыдущий рекорд был зафиксирован в 2016 году. Я специально обращаю внимание на этот четырехлетний разрыв, поскольку предыдущее снижение темпов роста глобальной температуры представители «лагеря» скептиков пытались интерпретировать как начало закономерного и необратимого замедления этого процесса, который в ближайшее время якобы должен пойти по нисходящей траектории. Как видим, 2020 год не дает оснований для подобных интерпретаций.

Как утверждается в публикации, средняя глобальная температуры за минувший год оказалась на 1,02 градуса по Цельсию выше базового значения 1950-1980-х годов (напомню, что в климатологии оценка общей глобальной тенденции делается на основании тридцатилетнего отрезка). Отмечается, что последние семь лет оказались самыми теплыми за всю историю наблюдений. Отсюда климатологи делают вывод, что перед нами, возможно, разворачиваются весьма серьезные климатические изменения, способные привести к драматическим последствиям для планеты. В принципе, не так уж важно, насколько рекордным в этом отношении стал именно 2020 год. Опасения вызывает сама возможность того, что мы имеем дело с долгосрочной тенденцией, считают американские специалисты. Поэтому ученые уже сейчас настроены на то, что в недалеком будущем указанный рекорд будет побит.

В целом, за период наблюдений с 1880 года средняя глобальная температура поднялась на 2 градуса по Фаренгейту. Разумеется, это связывают с хозяйственной деятельностью человека. В то же время, несмотря на отчетливо выраженную тенденцию к росту глобальной температуры, необходимо понимать, что существуют факторы, способные несколько затормозить этот процесс. В первую очередь речь идет тех явлениях, которые оказывают влияние на прозрачность атмосферы, а значит, и на приток солнечной радиации. Например, сильные пожары, год от года накрывающие Австралию, не остаются без последствий для климата. Так, в первой половине минувшего года здесь были выжжены территории площадью 46 миллионов акров. В результате в атмосферу попало огромное количество дыма и мелких частиц, создавших преграду для солнечных лучей на высоте порядка 18 миль. Вероятно, это привело к небольшому охлаждению атмосферы.

Но, с другой стороны, вызванная пандемией коронавируса вынужденная остановка предприятий посодействовала некоторому снижению атмосферного загрязнения. Разумеется, параллельно должна была снизиться и эмиссия углекислого газа. Однако концентрация СО2, как ни странно, продолжает расти, а значит, тенденция к потеплению должна сохраниться. Кроме того, ученые обращают внимание на то, что 2016 год стал рекордным благодаря сильному влиянию со стороны Эль-Ниньо. В 2020 году такой «помощи» не наблюдалось. Стало быть, рост температуры во многом осуществлялся здесь за счет влияния парниковых газов, полагают ученые.

Важно учесть еще одно замечание специалистов. Рекордный по глобальной температуре год совсем не означает, что на всем земной шаре наблюдались сопоставимые рекордные температуры. В отдельных местах, действительно, отмечалась аномальная жара. Но так было далеко не везде. В долгосрочной перспективе некоторые территории будут разогреваться быстрее всех остальных. В первую очередь, как ни странно, речь идет об Арктике, которая за последние тридцать лет нагревается в три раза быстрее (!), чем остальные части планеты. Из-за сокращения площади морского льда снижается отражающая способность поверхности, в результате чего океан все больше и больше накапливает летнего солнечного тепла, что, опять же, сказывается на динамике роста глобальной температуры. Данный процесс, напоминают ученые, может иметь самоподдерживающий характер, что должно привести к дальнейшему сокращению площади льда. Следом, конечно же, ожидается повышение уровня Мирового океана со всеми вытекающими негативными последствиями для людей.

Ну и, наконец, необходимо обратить внимание на сам график роста глобальной температуры, начиная с 1880 года. Движение вверх выражено отчетливо. Однако рост этот идет не по прямой, а по очень «нервной», пилообразной траектории, похожей на кардиограмму. То есть в течение каждого десятилетия происходят резкие скачки вверх-вниз. Но при этом отскоки вниз оказываются меньше последующего роста. Так что в целом, на общем отрезке, происходит довольно отчетливый подъем глобальной температуры. Причем, примерно с 2010 года этот подъем явственно усилился. Поэтому, как указывают ученые, последнее десятилетие оказалось, по факту, самым теплым, несмотря на отдельные аномально суровые зимы.

Олег Носков

В свое время создание сорта яровой пшеницы «Новосибирская-67» окупило первую очередь строительства Новосибирского Академгородка, как отмечал отец-основатель Сибирского отделения АН СССР академик Михаил Лаврентьев. Дело в том, что знаменитая российская пшеница «Саратовская-29» не вполне соответствовала сибирским климатическим условиям – в лесостепях и околотаежных зонах из-за полегания колосьев происходили постоянные потери урожая. Специалистам Института цитологии и генетики в сотрудничестве с Сибирским институтом растениеводства и селекции удалось с помощью индивидуального отбора мутантов в потомстве растений после облучения семян гамма-лучами вывести сорт яровой пшеницы, устойчивый к полеганию и идеально подходящий для сибирских условий.

В числе 42 лабораторий мирового уровня, поддержанных в этом году Российским научным фондом, лишь одна имеет отношение к сельскому хозяйству. Работает она, как вы можете догадаться, на базе Федерального исследовательского центра «Институт цитологии и генетики СО РАН» (ИЦиГ СО РАН). Благодаря значительному финансированию в рамках гранта в течение 2021-2024 годов лаборатория молекулярной генетики и цитогенетики растений реализует проект «Генетический потенциал сортов мягкой пшеницы и культурной сои и его использование в селекции на адаптивность и высокое содержание белка». Что интересно, на этот раз новые генетические линии, созданные в Сибири, будут предназначены в первую очередь для европейской части России.

Загадочная пшеница  

– Наша лаборатория не совсем сельскохозяйственная, она занимается генетикой сельскохозяйственных растений, – рассказывает заведующая лабораторией и руководитель проекта, доктор биологических наук Елена САЛИНА (на снимке). – Мы стараемся привнести в создание новых сортов генетический инструментарий и понимание процессов формирования важных для сельского хозяйства признаков. Урожайность сельскохозяйственных культур и их устойчивость к различным условиям окружающей среды (адаптивность) определяются комплексом генов. Из них особое значение имеют гены, регулирующие продолжительность основных фаз развития: вегетативной стадии, цветения и созревания. Оптимальное сочетание длительности этих периодов в различных регионах ведет к стабильной урожайности и высокому качеству семян сельскохозяйственных культур. Особенно актуальной эта задача становится в условиях постоянно меняющегося климата.   Вы удивитесь, но геном пшеницы в пять раз больше человеческого и имеет очень сложную структуру. Международному консорциуму, в котором приняли участие представители 73 научных организаций из 20 стран, в том числе ИЦиГ СО РАН в лице профессора Салиной и ее коллег, удалось расшифровать его лишь несколько лет назад. В результате ученые построили референсную последовательность генома этой ведущей сельскохозяйственной культуры.   Референсные геномы в дальнейшем используются в качестве шаблонов, по которым быстро выстраивают новые геномы представителей вида. А в ЦГИМУ «Курчатовский геномный центр», Новосибирским отделением которого руководит Елена Артемовна, проведено секвенирование упомянутого в начале статьи сорта пшеницы «Саратовская-29». Полученная информация поможет селекционерам создать новые сорта с повышенной урожайностью и улучшенными сельскохозяйственными признаками. Кроме того, разработана и запатентована новая технология получения раннеспелых линий яровой пшеницы.   – Мы долгое время изучали яровую пшеницу и накопили знания не только о структуре генома, но и о взаимодействии различных групп генов, важных для адаптивности этой культуры, – поясняет профессор Салина. – Проект РНФ позволит использовать эти знания при работе с другими объектами. Так, генетические механизмы, регулирующие продолжительность фаз развития озимой пшеницы, недостаточно изучены: дело в том, что большинство работ по этому вопросу относится к 80-м годам прошлого века. С тех пор в нашем распоряжении появился более эффективный инструментарий для идентификации и маркировки генов.   Поясним читателю, что генетические маркеры – это короткие сегменты ДНК с известным местоположением в геноме, которые наследуются вместе с определенным признаком (например, геном). Используя молекулярные маркеры, можно быстро и легко идентифицировать эти гены до того, как они проявятся на взрослом растении.   Молекулярные маркеры значительно повышают эффективность селекции растений. Без этой современной технологии пришлось бы ждать, пока растения вырастут, чтобы увидеть, удалось ли получить желаемые характерные признаки. А сегодня селекционеры скрещивают две родительские линии друг с другом, полученные семена проращивают. Из маленького проростка можно взять небольшой образец листа, выделить из него ДНК и проанализировать ее. Если в образце есть искомый сегмент ДНК, значит, у потомства присутствует необходимый признак. С помощью молекулярных маркеров можно в течение 48 часов определить наличие признака в культивируемом сорте. Это позволяет осуществить предварительный отбор и определить наиболее перспективные растения. Результаты лабораторных испытаний проверяются в полевых условиях с гораздо меньшим количеством растений-кандидатов, что делает процесс селекции более эффективным.  

– Для ускоренной селекции сор­тов мы в прошлом году отработали дигаплоидную технологию, которая сокращает период получения генетически однородных линий, – продолжает Е.Салина. – В Курчатовском геномном центре уже растут новые линии яровой пшеницы, которые летом мы будем высевать в поле. Эту же технологию планируем применять и в работах с озимой пшеницей. При создании нового сорта важна гомогенность, т. е. однородность. Дигаплоидная технология позволяет быстро получить однородность у гибридных растений, а не пересевать весь этот генетический материал в течение 8 лет, чтобы вывести сорт методом традиционной селекции.

  Выйти в поле  

– Если говорить о вкладе различных фондов и программ в развитие исследований по нашей тематике, стоит отметить, что федеральные целевые программы, в рамках которых наша лаборатория работала с 2008 года, сориентировали нас с фундаментальных исследований на прикладные. А Российский научный фонд, можно сказать, поднял эту взаимосвязь на новый уровень – реализация проекта позволит не только получить новые знания о структуре и функциях генов, контролирующих адаптивность и высокое содержание белка у зерновых и зернобобовых культур, но и создать новые селекционные линии. Речь идет и о сортах озимой мягкой пшеницы, адаптированных к климатическим условиям европейской части России, и о яровой пшенице с повышенным содержанием белка, и о культурной сое, – подчеркивает руководитель проекта. – Испытания гибридных материалов и новых сортов будем проводить не на своей территории, а в тех местах, где они будут возделываться: сою планируем выращивать в Белгородской области, работы по озимой пшенице – вести в Орле, совместно с селекционным центром «Щелково Агрохим».   Для непосредственного выхода в практику условия получения гранта предусматривают софинансирование со стороны индустриального партнера, заинтересованного в результатах работ. В случае ИЦиГ СО РАН им стала компания «ЭФКО» – лидер по производству растительных масел и продуктов питания, соответствующих здоровому образу жизни. Размер полученного лабораторией молекулярной генетики растений гранта составляет 32 миллиона рублей, в том числе софинансирование: в 2021 году – 2 миллиона рублей, в 2022-м – 4 миллиона, в 2023-м – 6 миллионов, в 2024-м –  8 миллионов.   Реализацией важного для продовольственной безопасности страны проекта займется достаточно молодой коллектив: в составе лаборатории 3 доктора и 10 кандидатов наук. Их деятельность отмечена наградами: в прошлом году Елене Артемовне было присвоено почетное звание «Заслуженный деятель науки Российской Федерации», а ее молодая коллега Антонина Киселева награждена медалью РАН для молодых ученых России. По условиям гранта в реализации проекта будут участвовать 3 молодых кандидата наук из других организаций. В частности, успешно развивается сотрудничество с НИИ кормов Сибирского федерального научного центра агробиотехнологии РАН (СФНЦА РАН). К работе привлекают и магистрантов, причем как из Новосибирского государственного университета, так и из Новосибирского государственного аграрного университета. Такое «перекрестное научное опыление» позволяет вырастить специалистов, хорошо знающих и генетику, и селекцию. Договориться об интервью с профессором Салиной было непросто: она проводила школу повышения квалификации по биотехнологии в селекции растений, записаться на которую смогли далеко не все желающие. Школа молодых ученых по генетике и селекции запланирована и на сентябрь 2021 года – уже в рамках проекта РНФ, о котором идет рассказ.   Впечатляет и география проекта.  

– Первый этап любых генетических исследований в нашей области –  масштабное проведение фенотипирования в полевых условиях, – поясняет Елена Артемовна. – Наиболее интересную генетическую информацию можно получить, когда есть большие данные из различных регионов. Естественно, мы будем использовать в работе и коллекции сибирских озимых сортов пшеницы, созданные в ИЦиГ СО РАН. Генетические подходы, опробованные в европейской части России, мы, конечно, впоследствии собираемся применять и в Сибири. Это позволит выявить те генетические детерминанты, которые важны для нашего региона. И, наконец, существенная часть работ связана с исследованием сои, объекта для российских молекулярных генетиков достаточно нового. Однако сейчас эта культура пользуется спросом во многих регионах, поэтому в ее селекции требуется применение новых генетических технологий. Компания «ЭФКО» использует в производстве сою, выращенную на отечественных полях, но в основном из импортного семенного материала, поэтому заинтересована в выведении российских сортов.

  Многогранная соя  

Хайбургер, хайбиф и хайгетсы – так называются популярные продукты из растительного мяса, выпущенные компанией «ЭФКО». Бренд HI! – аббревиатура английского словосочетания Healthy Innovations («здоровые инновации»). Понятно, что компанию интересуют не просто новые сорта сои, а сорта с повышенным содержанием белка и незаменимых аминокислот. Как известно, продукты из сои составляют основу вегетарианского питания.   Лаборатория профессора Салиной выбрана в партнеры не случайно: ученые Института цитологии и генетики уже работают над созданием биообогащенной пшеницы с повышенным содержанием цинка. Хлеб из такого зерна особенно полезен для вегетарианцев, которые, не употребляя животные продукты в пищу, зачастую испытывают дефицит цинка.   – Компании нужны сорта с определенными характеристиками, важными для последующей реализации продуктов, – отмечает Е.Салина. – Поэтому мы хотим организовать работу так, чтобы представители «ЭФКО» могли принять участие в создании новых сортов. Как минимум испытания генетических линий должны проводиться в тех местах, где будут возделываться сорта, т. е. в Белгородской области. Для нас соя представляет интерес и в фундаментальном плане.   Мы с этой культурой пока не работали, поэтому наладили сотрудничество с НИИ кормов СФНЦА РАН, где есть коллекции таких бобовых. Кроме того, меня очень интересуют технологии масштабного генотипирования растений, которые широко применяются на Западе, а в России пока не получили распространения. До сих пор в случае необходимости получить масштабное генотипирование мы отсылаем образцы за рубеж. Поэтому и родился замысел: на сое как на новом объекте  создать свою технологию масштабного генотипирования и разработать такие маркеры, которые позволили бы в России без проблем проводить геномную селекцию. Причем и в этой области у нас есть научный задел: сейчас такую технологию отрабатываем в Курчатовском геномном центре на ячмене. Через год, думаю, сможем применить ее к сое. Учитывая растущую популярность этой сельскохозяйственной культуры в российских регионах, такая технология должна быть востребована.   В массовом восприятии сельское хозяйство не та отрасль, от которой ждут технологических прорывов. А зря! Как показывает практика, достаточно применить генетический инструментарий. Проект, о котором было рассказано, привлекает сочетанием традиций и новаций и тем, что касается каждого из нас. Если соевое мясо входит в меню лишь наиболее «продвинутых» соотечественников, то хлеб занимает почетное место на столе любой российской семьи.  

Ольга Колесова

Издательство «Фитон XXI» выпустило иллюстрированный атлас-определитель «Стрекозы России», авторы – В.В. Онишко и О.Э. Костерин. Такие книги пользуются популярностью не только среди тех, кто имеет отношение к биологии. Наблюдения за живой природой с каждым годом становится все более популярным видом хобби. Конечно, среди таких натуралистов-любителей лидируют приверженцы birdwatching (наблюдения за птицами, любительская орнитология), но хватает и тех, кто интересуется другими классами животного мира. Например, насекомыми. И новое издание стало для них долгожданным подарком.

До сих пор в нашей стране было издано только две книги по стрекозам, еще в советское время вышла научная монография «Стрекозы Сибири», подзволявшая определять виды, в 2010 году – определитель стрекоз европейской части бывшего СССР. Новое издание объединяет информацию по всем стрекозам, обитающим на территории нашей страны.

В книге впервые дается детальное описание внешности, биологии, распространения и отличительных признаков всех 156 видов стрекоз (Odonata), наблюдаемых на территории Российской Федерации, основанное на обширных собственных данных авторов и существующей научной литературе. Каждый вид проиллюстрирован сделанными в природе фотографиями взрослых особей обоего пола, а также вариантов внутривидовой изменчивости. Многие факты, ставшие известными в последнее время, публикуются впервые.

Инициатором создания такого атласа выступил биолог, сотрудник Московского Зоопарка Владимир Онишко. Первоначальный вариант текста он отправил ведущему научному сотруднику ИЦиГ СО РАН, д.б.н. Олегу Костерину, который является одним из немногих специалистов по стрекозам в стране.

– Я начал вносить свои предложения в текст, между нами завязалась оживленная переписка и в какой-то момент Владимир предложил мне выступить уже не консультантом, а соавтором книги, - рассказал Олег Энгельсович.

Для Олега Костерина эта работа стала не первым опытом написания книг о насекомых. Он известен как соавтор ряда монографий и автор более полутора сотен статей по энтомологии.

Новая книга объединяет в себе черты популярного атласа и научного издания и заполняет существующий в отечественной литературе пробел по одной из самых эффектных и красивых группе летающих насекомых. Подробные описания видов в сочетании с иллюстративным материалом делают возможным определение стрекоз без использования определительных ключей и в отсутствие специальных знаний.

– Такой подход к написанию определителей не вполне обычен для нашей страны, а насколько он хорош или плох, станет ясно по оценкам читателей, - отметил Олег Костерин.

Авторы надеются, что книга станет хорошим подспорьем для натуралистов-любителей, а их наблюдения, аккумулируемые интернет-платформой iNaturalist и другими проектами «гражданской науки», в свою очередь, помогут ученым в изучении биоразнообразия страны и ареалов обитания стрекоз. Олег Костерин отметил:

– По себе знаю, когда у тебя есть определитель какой-то группы животных или растений, ты начинаешь обращать внимание именно на них, потому что теперь их проще определить. И по мере распространения книги, данных будет поступать значительно больше. В принципе, этот процесс уже начался.

Сам Олег Энгельсович не ограничивается стрекозами. Ранее он был соавтором трех книг, посвященных дневным бабочкам Северной Азии. Как он признается, хотелось бы выпустить еще и атлас-определитель бабочек, но останавливает огромный объем этой работы. Массив данных, который для этого надо обработать, получается слишком большим для одной книги и, видимо, его надо делить по какому-то критерию. Однако ученый не теряет надежды, что он сможет решить и эту задачу, снова объединив свои усилия с другими специалистами.

Пресс-служба ФИЦ ИЦиГ СО РАН

Ученые из Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН рассказали о новых спутниковых методах, позволяющих получать недоступные ранее данные. Один из них, метод радарной интерферометрии, позволил летом 2020 года предотвратить еще один разлив нефтепродуктов в окрестностях Норильска.

«Если внимательно рассмотреть нашу страну на ночном снимке из космоса, можно увидеть, что из 17,2 миллионов квадратных километров территории примерно 10 миллионов квадратных километров не заняты вообще. Это означает, что мы не контролируем огромное пространство. Неизвестно, что сейчас там происходит. Нас слишком мало для этой огромной территории, поэтому дистанционное зондирование, съемка и мониторинг издалека — крайнее необходимое и отличное средство для контролирования наших просторов», — рассказал старший научный сотрудник лаборатории геоинформационных технологий и дистанционного зондирования ИГМ СО РАН кандидат геолого-минералогических наук Николай Николаевич Добрецов.

Современные технологии в последние десятилетия претерпели крупные качественные изменения. Над нами постоянно летают спутники, которые не просто фотографируют Землю, а зачастую являются спектрометрами, измеряющими поверхность планеты. Многим привычно видеть снимки в различных сервисах, например Google Maps, однако это бытовая составляющая технического процесса. Спектрометры в определенных диапазонах при различной длине волн могут измерять всевозможные характеристики, после чего ученые используют эти уникальные данные для решения различных задач.

«Попигайская астроблема — метеорный кратер в бассейне реки Попигай. Одно из чудес света, сформированное в результате падения астероида или кометы примерно 35 миллионов лет назад, находится как раз на незаселенной территории. Однако мы можем сделать снимок данного участка — примерно 300 на 400 километров. Дальше при помощи компьютерных технологий убираем зеленую растительность или другую мешающую характеристику и в итоге приводим изображение к какому-то общему знаменателю, чтобы можно было видеть горные породы, древние кристаллы, образования, структуру местности. Обработка данных спектрального диапазона дает огромное количество информации с высоким уровнем объективности.

И самое главное, каждый ученый, пользующийся этой технологией, может акцентировать свое внимание на различные характеристики в соответствии со своей задачей. Мониторинг лесных пожаров, сезонных паводков — лишь некоторые примеры способов приложения космических спектрометров», — добавил Николай Добрецов.

Применение спектральных технологий выводит научный анализ на качественно новый уровень. На полученном со спутника снимке, например, можно увидеть внешнее сходство геологических слоев, следовательно, возникает гипотеза о их общем происхождении. Ученый может извлечь спектральные характеристики и подтвердить или опровергнуть свои мысли. Если слои действительно имеют общий источник возникновения, появляется возможность поставить задачу поиска на всей рассматриваемой территории поверхности с похожими показателями. Таким образом, у исследователей появляется возможность решать поисковые задачи. Заполярные просторы тундры часто представлены верховыми болотами на скальном основании, закрытыми характерной растительностью. На таком пространстве крайне сложно передвигаться и при зрительном анализе ничего увидеть нельзя. Однако по спектральным характеристикам можно обнаружить, к примеру, магматическое тело, погребенное под каменной толщей. Раньше пришлось бы бурить поверхность, что достаточно затратное и сложное занятие. А сейчас, сидя, условно, в кабинете за компьютером, можно обработать полученные со спутника данные и с высокой точностью установить последовательность деформаций различного рода, восстановить историю развития геологического тела. Кроме того, наш организм имеет возможность воспринимать только 3D-модель события, но компьютер из полученной информации строит систему в четырехмерном пространстве (для геологии обязательно учитывать фактор времени, здесь он является движущей силой всех процессов).
 
Как известно, летом 2020 года под Норильском произошло катастрофическое событие — из аварийного бака разлились нефтепродукты. Практически сразу после аварии были получены данные со спутника, исследующего местность методом радарной интерферометрии (он позволяет измерять вертикальное смещение объекта). Ученые ИГМ СО РАН обработали эту информацию и построили диаграмму годового поведения емкости с точностью двух-четырех миллиметров в год.

«В результате нашей работы мы пришли к выводу, что аварийный бак начал падать еще в августе-сентябре 2019-го, причем с возрастающим ускорением. В финале (авария произошла 30 мая 2020 года) скорость и падение доходили до 30—35 миллиметров в год. На первый взгляд числа кажутся небольшими, но это только вертикальное смещение. Простое геометрическое уравнение может предоставить более точные данные по скорости наклона, кроме того, речь идет о напряженной и нагруженной конструкции. Самое главное, что мы получили данные по еще одному баку, где установили такую же динамику, разве что процесс падения начался позже. Как только мы поняли ситуацию, сразу передали свои опасения через председателя СО РАН академика Валентина Николаевича Пармона в Норильск, и там приняли срочные меры.

Спустя полтора месяца в рамках комплексной Большой норильской экспедиции геофизики методами электроразведки проверили все четыре резервуара и подтвердили нашу гипотезу. Таким образом, причина катастрофы — протаивание вечной мерзлоты, — медленно распространялась еще на один бак. Получается, мы предотвратили еще один разлив. На мой взгляд, это очень хорошо, что при помощи подобных компьютерных методов мы можем дистанционно оказывать положительное влияние на жизнь окружающих и природу вокруг», — прокомментировал Николай Добрецов.
 
«Наука в Сибири»

С 1 по 12 марта в Институте цитологии и генетики СО РАН проходил первый этап курсов повышения квалификации «Биотехнологии в селекции растений». Эта образовательная программа, разработанная учеными ИЦиГ и поддержанная «СколТех» (фонд взял на себя все организационные расходы). Она состоит из трех последовательных уровней: начального, базового и продвинутого и предусматривает как лекционную часть, так и практические занятия. Продолжительность каждого уровня - две недели.

Запись на курсы осуществлялась для всех желающих через сайт «СколТеха», в итоге набралось две группы по двадцать человек. Обучаться у новосибирских ученых приехали молодые ученые, преподаватели и аспиранты вузов, селекционеры, сотрудники крупных агрокомпаний со всей страны.

– На начальном уровне участников курсов знакомят с основами работы в лабораторных боксах с культурой in vitro, основными принципами маркерной селекции и базовыми принципами организации генома– рассказала руководитель учебной программы, главный научный сотрудник ИЦиГ СО РАН, д.б.н. Елена Салина.

В апреле пройдут такие же занятия для второй группы слушателей начального уровня, летом и осенью участников программы ждут занятия базового курса. На этом этапе основное внимание будет уделяться методам геномного редактирования, применяемым в современной селекции.

– Если часть обучающихся решит ограничиться начальным уровнем программы, то у нас появится возможность принять на освободившиеся места новых участников, чья подготовка позволяет пропустить занятия первого этапа, то есть, мы намерены использовать возможности программы по максимуму, - отметила Елена Салина.

Как подчеркивают в институте, польза от таких мероприятий обоюдная: слушатели курсов обучаются современным генетическим технологиям в селекции, а ученые расширяют среду профессионалов, заинтересованных в результатах их научно-исследовательской деятельности. ИЦиГ уже имеет хороший опыт подобной работы – на протяжении нескольких лет проходят занятия в Школе молодых ученых по биоинформатике и с каждым годом география ее участников только расширяется. Теперь к ней добавилась школа по биотехнологиям в селекции.

– Даже если в следующем году «СколТех» по каким-то причинам выйдет из участия в проекте, мы будем искать способы продолжить этот формат работы, - подчеркнула Елена Салина.

По итогам первых занятий, преподаватели курсов отметили неплохой уровень подготовки слушателей, а главное – высокий уровень их мотивации, желание получить как можно больше от проводимых занятий.

Пресс-служба ИЦиГ СО РАН

Прошлый год запомнился не только пандемией COVID-19, были и хорошие новости, в том числе, в космонавтике. В мае первый пилотируемый полет совершил космический корабль Crew Dragon, а в ноябре он доставил космонавтов на МКС. Летом мы стали свидетелями запуска к Марсу сразу трех исследовательских аппаратов — американского Mars 2020, китайского «Тяньвэнь-1» и арабского «Аль-Амаль». А завершил год успешный запуск новой отечественной ракеты «Ангара», что стало достойным ответом на преждевременный некролог отечественной космонавтике.

На 2021 год у космической индустрии еще более обширные планы. О некоторых из них расскажем в нашем небольшом обзоре.

Марс: в центре внимания

«Красная планета» имеет все шансы стать главным космическим «ньюсмейкером»-2021: в начале года планеты достигли сразу три космические станции, стартовавшие в прошлом году.

18 февраля 2021 успешную посадку совершил американский марсоход Perseverance («Настойчивый») и уже передал с поверхности первые снимки. Ровер Perseverance имеет 23 камеры и два микрофона, чтобы передать видео и звук на Марсе в HD-качестве. С его помощью, в частности, будут вести исследования по пригодности планеты для жизни и поиску биосигнатур. Помочь в исследованиях должен коптер, которому предстоит летать в атмосфере планеты, в сто раз более разреженной, чем на Земле.

В феврале же на околомарсианскую орбиту вышел китайский космический корабль «Тяньвэнь-1». Если все пойдет по плану, то в мае посадочный модуль отделится от орбитального и совершит вместе с марсоходом мягкую посадку на поверхность планеты. В этом случае Китай станет третьей страной в истории, сумевшей достичь поверхности Марса. Китайский марсоход оснащен шестью инструментами: две фотокамеры, георадар и приборы для изучения физических и химических характеристик марсианского грунта.

Третья марсианская миссия этого года – первый межпланетный спутник, запущенный ОАЭ (так арабский шейхи решили зафиксировать свое полноценное членство в «клубе» полноценных космических держав). Автоматическая межпланетная станция Аль-Амаль также вышла на орбиту вокруг Марса в феврале. И это само по себе огромное достижение для данного проекта. Научная цель, поставленная перед этим спутником – создание полной картины марсианской атмосферы. Аппарат будет исследовать, как меняется погода в течение дня и в течение года, изучать метеорологические события в нижних слоях атмосферы, такие как пылевые бури, а также наблюдать за погодой в различных географических областях Марса. А реализация проекта стала возможной благодаря сотрудничеству Космического центра Мохаммеда ибн Рашида с американскими научными коллективами Университета Колорадо, университета штата Аризона и Калифорнийского университета в Беркли.

Луна – гостеприимная хозяйка

В последние годы наблюдается очередной всплеск интереса к естественному спутнику нашей планеты, космические державы говорят о «возвращении на Луну». Не удивительно, что эта тенденция выливается в новые проекты разного масштаба и вероятности успеха.

В октябре 2021 года запланирован запуск российского спутника «Луна-25». Предыдущая станция – «Луна-24» стартовала с Байконура в 1976 году, так что перерыв получился почти в полвека. Нынешняя станция получилась «долгостроем», ее разработка велась с 2005 года, проект несколько раз пересматривался. И вот, наконец, должен взлететь. И не просто взлететь: орбитальная часть спутника должна осуществить выбор подходящих площадок для последующих спускаемых аппаратов, а посадочный аппарат будет исследовать поверхность в районе южного полюса, в том числе криогенным бурением до глубины двух метров (основная задача — поиск воды). Ожидается, что проект станет первым в череде новых российских лунных станций, то есть, речь идет о полноценном возвращении нашей космонавтики на Луну. Правда, многое зависит от результатов миссии «Луны-25».

А в ноябре 2021 года с мыса Канаверал ожидается старт беспилотного космического корабля «Орион» на ракете-носителе Space Launch System в рамках программы американской лунной программы «Артемида». По скорректированным планам миссия займёт около трёх недель в космосе, включая 6 дней на ретроградной орбите Луны. За это время планируется провести ряд экспериментов, в том числе и по обеспечению пилотируемых полетов, которые станут следующими пунктами программы (первый ожидается уже в следующем году). Хотя, в настоящее время, «Артемиду» многие считают фаворитом среди разных лунных программ, не стоит забывать, что и ее сроки не раз переносились (прежде всего, из-за проблем с ракетой-носителем и неизвестно, удалось ли решить их полностью), а конкуренты не дремлют.

И, прежде всего, это Китай. Китайская «Программа Чанъэ» успешно прошла три первых этапа – полеты по окололунной орбите, мягкая посадка на поверхность Луны и доставка лунного грунта на Землю. Сейчас полным ходом идет подготовка к четвертому - развёртывание роботизированной научной станции на Южном полюсе Луны «Тяньхэ». Первый ее модуль хотят запустить в этом году, а остальные - чуть позже. Кстати, этот этап тоже несколько выбился из графика из-за проблем с ракетой-носителем. В готовом виде станция должна заработать к 2024 году, она будет состоять из четырех модулей (включая большой телескоп) общей массой 80 тонн. Ну а там уже и до пилотируемого полета недалеко.

Интересно то, что в процесс освоения Луны включаются не только новые страны, но и «частники». В июле этого года к Луне должен отправится Peregrine - коммерческий лэндер для перевозки нагрузки на лунную орбиту и поверхность Луны от компании Astrobotic. Запуск пройдет в рамках программы Commercial Lunar Payload Services (CLPS), в рамках которой NASA спонсирует доставку роботов-разведчиков на Луну. Peregrine сможет привезти на Луну, причем, в заранее заданную точку, до 90 кг полезного груза по цене около миллиона долларов за кг, что по космическим меркам очень дешево. Во время первого рейса он доставит на Луну 28 различных устройств, половина от NASA, половина от частных компаний, включая два мини-лунохода - четырехногий робот-паук «Asagumo» и одноосный ровер «Yaoki».

В этом же году, в рамках все той же CLPS запланирован запуск к Луне посадочного аппарата Nova-C от компании Intuitive Machines. Ни одной коммерческой компании до сих пор не удалось высадиться на спутник (первый рейс упомянутого Peregrine тоже пока в планах). Но Intuitive Machines надеется сделать это дважды за временной промежуток в пятнадцать месяцев. Компания из Техаса уже имеет два контракта в рамках программы CLPS: один рассчитан на проведение миссии в конце 2021 года, другой – в конце следующего. А в перспективе компания рассчитывает, что их аппарат станет одним из основных грузоперевозчиков в более масштабных программах освоения Луны.

Большие проекты для малых планет

В этом году должны стартовать сразу несколько проектов, направленных на изучение астероидов. Первым, видимо, будет запуск миссии DART (Double Asteroid Redirection Test), запланированный на 22 июля. В ее рамках космический зонд посетит двойной астероид Дидимо, орбита которого расположена в околоземном пространстве. На примере зонда будут испытаны кинетические эффекты столкновения космического корабля-ударника с астероидом. Миссия предназначена для проверки того, может ли удар космического корабля успешно отклонить астероид при столкновении с Землей.

16 октября вместе с запуском аппарата Lucy, стартует самый масштабный проект этого направления, чья реализация займет дюжину лет. За это время аппарат исследует как астероиды Главного пояса, так и Троянские астероиды Юпитера. Троянскими называют астероиды, располагающиеся в районе точек Лагранжа (так называют точки в системе двух массивных тел, где третье, малое тело, благодаря гравитационному воздействию, может оставаться неподвижным относительно первых двух). Сложилась традиция называть такие астероиды именами героев Троянской войны.  В системе Солнце-Юпитер есть две группы таких астероидов – т.н. «Греки» и «Троянцы», расположенные в самых устойчивых с точки зрения равновесиях точках Лагранжа – L4 и L5.

Lucy изучит химический состав поверхности и геологию основных типов «троянских» астероидов, которые заметно отличаются друг от друга. Считается, что на них должны содержаться соединения углерода, летучие вещества и даже вода. Иначе говоря, перспективными источниками сырья для освоения пространства около Юпитера человеком, если до этого дойдет дело. Пока же они интересуют ученых, в основном, как источник знаний о ранних этапах эволюции Солнечной системы. Отсюда, кстати, и название самой миссии - в честь австралопитека, чьи останки долгое время считались самым древним свидетельством антропогенеза.

На этот год запланирован запуск еще одного исследовательского спутника к астероидам – NEA Scout, но конкретная дата пуска еще не определена и вполне может быть перенесена на неопределенный срок. Дело в том, что этот небольшой зонд станет дополнительной нагрузкой для ракеты, запускающей миссию «Артемис-1» и все зависит от того, как пойдет дела с основным проектом. В случае успеха он станет первым кубсатом (сверхмалый искусственный спутник, обычно имеющий габариты 10х10х10 см), направленным на исследование астероида. Его цель – околоземной астероид 1991VG диаметром около 5–12 метров. И в данном случае трудно сказать, что является более важным: получить информацию о еще одном малом небесном теле или отработать приемы исследования таких объектов с помощью нового класса искусственных спутников (в частности, зонд будет маневрировать с помощью солнечного паруса, что тоже является достаточно новым подходом). Хотя знать больше об астероидах, пролетающих в непосредственной близости от нас тоже полезно, как минимум, с точки зрения безопасности.

Все три проекта будут реализованы в рамках программы космических исследований NASA, однако, каждый из них предусматривает и международное партнерство.

Конечно, это не полный перечень ожидаемых в этом году новостей космонавтики. И мы надеемся еще не раз вернуться к этой теме.

Сергей Исаев

Научному и медицинскому сообществу давно известны хромосомные аномалии, которые являются причиной врожденных пороков развития, бесплодия, умственной отсталости, задержки психомоторного развития и других форм интеллектуальных нарушений. Несмотря на распространенность и разнообразие хромосомных аномалий у пациентов, в настоящее время не существует способов эффективного лечения хромосомных заболеваний, а методы диагностики не всегда точны. Поэтому сибирские ученые занялись изучением спонтанной хромосомной нестабильности у пациентов с кольцевыми хромосомами в плюрипотентных стволовых клетках, создав удобный модельный объект для исследования процесса формирования хромосомных патологий в ходе индивидуального развития организма. Итоги пятилетней работы опубликованы в журнале Scientific Reports.

Сегодня мы знаем о наличии наследственных заболеваний, локально поражающих определенный орган человека, которые потенциально можно вылечить посредством генотерапевтического внесения изменения в геном клетки соответствующей поврежденной системы. Но есть более тяжелые варианты мутаций, к которым относятся хромосомные перестройки, затрагивающие одновременно большое число генов. В таком случае практически невозможно провести коррекцию каждого отдельного гена в терапевтических целях. Единственным способом остается их профилактика с помощью методов пренатальной (дородовой), а в последнее время и преимплантационной генетической диагностики, проводимой в ходе процедуры искусственного оплодотворения, то есть еще до наступления беременности. Особенностью некоторых типов хромосомных аномалий является их нестабильность, то есть способность изменяться и индуцировать новые типы хромосомных мутаций в ходе клеточных делений. Такие вторичные мутации могут быть распределены непредсказуемым образом в различных тканях и органах пациента, как правило, недоступных для цитогенетического исследования, что, безусловно, затрудняет точную постановку диагноза, а в случае пренатальной диагностики вполне может стать причиной диагностической ошибки.

«Изначально идея работы базировалась на развитии технологии редактирования генома, удостоенной в прошлом году Нобелевской премии. Мы с коллегами решили проверить, возможно ли данный метод применить к исправлению более крупных дефектов, связанных не только с мутациями в отдельных генах, но и с хромосомными перестройками. Наше внимание привлекли кольцевые хромосомы, материал которых представлен в виде кольцевой, а не линейной (что обычно является нормой в генетике) молекулы. Для человека подобное явление достаточно редкое (один случай на пятьдесят тысяч новорожденных). В нашем организме всего 23 пары хромосом, и любая может образовать кольцевую структуру с потерями концевых участков, что приведет к риску формирования хромосомных болезней разной степени тяжести, — рассказывает врио директора Научно-исследовательского института медицинской генетики Томского национального исследовательского медицинского центра РАН доктор биологических наук, профессор РАН Игорь Николаевич Лебедев.

— Второй технологией, подтолкнувшей нас к проведению исследования, является метод перепрограммирования — перевода дифференцированной клетки в исходное плюрипотентное состояние, свойственное эмбриональным стволовым клеткам на самых ранних этапах развития организма. Взяв фибробласты кожи пациента, мы можем вернуть их в исходное эмбриональное состояние и дальше, дифференцируя их в тот или иной специализированный тип клеток (например, нейроны, клетки сердечной мускулатуры или печени), детально проследить судьбу хромосомных мутаций».

У выбранных учеными двух методов есть один объединяющий момент. В работах нобелевского лауреата Шинья Яманаки было показано, что клетки с кольцевой хромосомой после перепрограммирования часто оказываются весьма нестабильными. Эволюционно организованные линейные хромосомы в процессе деления клетки распределяются иначе, поэтому кольцевая хромосома может просто потеряться. В результате этого в клетке вместо одной нормальной и второй с кольцевой структурой останется единственная линейная, то есть формируется моносомия — генетическая аномалия изменения кариотипа (совокупности признаков полного набора хромосом). Подобная ситуация для организма даже более фатальна, чем наличие кольцевой хромосомы. Ученые начали наблюдать за моносомиями и пришли к выводу, что клетка нормализуется, самостоятельно удваивает оставшийся гомолог, восстанавливая естественное число копий хромосом, но они при этом становятся линейными, то есть организм способен исправлять свой кариотип. Подобное явление специалисты регистрировали на примере 13-й и 17-й хромосом, однако насколько оно универсально, как зависит от происхождения кольцевой хромосомы, ее размера и структуры было неизвестно. Поэтому сибирские ученые решили попробовать запустить обратный процесс — хромосому с мутацией замкнуть в кольцо, выбросить это кольцо из стволовой клетки, дождаться удвоения оставшейся линейной хромосомы, то есть нормализовать кариотип, и получить для пациента клетку со сбалансированным хромосомным набором без наследственной мутации. «По сути своей, мы преследовали призрачную цель генной терапии в формате модификации крупных хромосомных перестроек. Наш коллектив не просто изучает клетки в пробирке, мы их возвращаем в эмбриональное состояние и, инициируя их дальнейшее размножение и специализацию, можем проследить, сохраняется ли мутация или нет. Так, например, при проведении диагностики у пациента, взяв для исследования образец его крови, можно диагностировать хромосомную аномалию. Однако в случае нестабильных хромосомных перестроек невозможно провести аналогичную диагностическую процедуру, например, в клетках мозга, в которых спектр мутаций может оказаться совсем иным. Именно с этим ограничением связаны основные вопросы, каким образом та или иная мутация влияет на конкретный орган и на жизнеспособность всего организма в целом. Однако, вернув клетки с некоторыми допущениями в эмбриональное состояние, реально впоследствии получить нейрон с такой же перестройкой, после чего у нас есть возможность понять, как в этом нейроне работают другие гены, затронутые хромосомной перестройкой, в сравнении с клеткой с нормальным хромосомным набором», — добавляет Игорь Лебедев.

В комплексной работе по изучению хромосомной нестабильности участвуют несколько групп ученых из разных научных организаций — клиническая и диагностическая роль отводится специалистам Томского НИМЦ, а все исследования, связанные с получением и дифференцировкой индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, в компетенции сотрудников ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН»

Можно использовать клетки крови, но здесь есть свои тонкости: обычно они состоят в основном из эритроцитов, у которых ядра уже выброшены, в свете чего требуется ядерное обогащение элементами крови. Поэтому эксперименты проводятся с фибробластами кожи — эти клетки способны делиться достаточно долго, подобный материал доступнее и можно хранить его с запасом на случай дополнительных экспериментов. После получения биоматериала начинается этап перепрограммирования — берутся фибробласты кожи и в них интегрируются определенные транскрипционные факторы, так называемый коктейль Яманаки, которые активно работают и запускают формирование индуцированных стволовых клеток с плюрипотентным состоянием. «Встраивание фрагмента ДНК осуществляется при помощи электропоратора, то есть для интегрирования факторов в ядро нужно воздействовать на него электрическим зарядом, после чего плазмиды проникают в клетку, и происходит процесс перепрограммирования. Первые дни фибробласты ничем не отличаются, но примерно через две недели из определенной их доли мы уже получаем так называемые индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, из которых дальше ведем индивидуальные клеточные линии. Весь процесс занимает примерно 18—20 дней (необходимо время, чтобы клетки несколько раз поделились). После всего этого проводится анализ для подтверждения плюрипотентности, определяется соответствие типичному портрету (например, имеется ли характерный набор белков). Полученная в итоге клеточная линия является инструментом для проведения исследований, частным вариантом для каждой хромосомы. Проделанная в соответствии с международными стандартами работа вносится в европейскую базу данных по стволовым клеткам и в дальнейшем другие ученые могут использовать наши клеточные линии», — говорит научный сотрудник сектора геномных механизмов онтогенеза ФИЦ ИЦиГ СО РАН кандидат биологических наук Анна Александровна Хабарова.

Таким образом, кольцевые хромосомы неожиданно оказались удобным модельным объектом для изучения нестабильности хромосомного набора человека и возможности его коррекции. «В своем развитии современная генетика приблизилась к возможности коррекции генных нарушений, однако на данный момент на работы по генетической модификации эмбрионов человека на ранних этапах развития введен мораторий. Пока что неизвестно, как внесенные изменения проявятся в будущем (в том числе в следующих поколениях), какие процессы будут затронуты вследствие исправления мутации — это неведомая область знаний. Поэтому наш коллектив отчасти пытается понять и прогнозировать влияние вносимых изменений на судьбу клеток. Мы в лабораторных условиях наблюдаем весь спектр изменчивости генетической мутации, когда она проходит через стадию раннего эмбрионального развития. Пока еще неясно, насколько моделирование в искусственных системах приближено к реальному организму, однако исследование уже имеет свою значимость. Главным итогом является то, что мы оценили, как себя ведут нестабильные хромосомные мутации в плюрипотентном состоянии и то, что в ряде случаев происходят события, приводящие к устранению мутантных клеток из организма и в конечном итоге к нормализации хромосомного набора», — добавляет Игорь Лебедев.

Андрей Фурцев