Генетические исследования — один из главных сегодняшних приоритетов Курчатовского института. И это вопрос не просто успехов в сельском хозяйстве, медицине и других сферах, где применяются разработки генетиков. По словам президента Национального исследовательского центра Михаила Ковальчука, перед Россией стоят актуальные вопросы обеспечения биологической безопасности и достижения технологического суверенитета в области генетики.
Историческая закономерность
Для решения ключевых вопросов, связанных с развитием генетических технологий, в России в 2019 году запущена федеральная научно-техническая программа. Она включает исследования в области медицины, сельского хозяйства, промышленной микробиологии и обеспечения биобезопасности. Головной научной организацией программы стал Курчатовский институт.
Также в России созданы три геномных центра мирового уровня. Один из них образован на базе Курчатовского института, его специализация — сельское хозяйство и промышленная микробиология.
В том, что именно Курчатовский институт сегодня стал лидером российской генетики, есть историческая закономерность. В 1950-е годы, во время гонений на эту науку, генетика была сохранена в Курчатовском институте, где был создан радиобиологический отдел, из которого через 15 лет выросли два отдельных института — ГосНИИ генетики и молекулярной биологии. Сегодня они вновь входят в состав Курчатовского института, вокруг которого собирается потенциал отечественной генетической науки.
Геномное хранилище
Как отмечает первый заместитель директора НИЦ «КИ» по науке Юлия Дьякова, главный результат первых нескольких лет реализации федеральной программы — разработка Национальной базы генетической информации (НБГИ).
— Ее создание обеспечит доступность генетической информации для российских ученых и гарантирует безопасность ее хранения, — сказала Юлия Дьякова. При этом НБГИ станет не просто хранилищем, а уникальным рабочим инструментом. В ней создается большой набор биоинформатических программ, которые позволят работать с данными для решения научных и практических задач.
Большая часть данных будет открыта для всех пользователей, но, разумеется, не вся. Например, к геномам сельскохозяйственных линий, представляющих коммерческую ценность, доступ ограничат.
Ускоренный отбор
Как именно может «работать» НГБИ, поясним на примере. Допустим, ученые хотят улучшить свойства какой-то культуры — создать сорт с повышенной урожайностью, морозостойкостью или иммунитетом к патогенам.
— Чтобы вывести новый сорт классическими методами, селекционеру требуется около 15 лет. А генетика позволяет сократить этот срок в несколько раз, ― говорит руководитель Курчатовского геномного центра Максим Патрушев.
Для этого ученым понадобится информация о геномах всех разновидностей этой культуры (так называемый пангеном). Эти данные хранятся в НБГИ, на Курчатовском суперкомпьютере. Селекционеры сообщают, какой они сорт берут за основу и каких признаков хотели бы добиться. Генетики расшифровывают геном образца. Затем с помощью суперкомпьютера сопоставляют полученные данные с информацией НБГИ, анализируют — и на выходе получают селекционную стратегию: рекомендации, как именно нужно скрещивать данный сорт, чтобы прийти к нужному результату.
Другой пример направления, где будут крайне полезны генетические «большие данные», — медицина. Например, сравнивая геномы людей с определенным заболеванием, можно найти особенности, «ответственные» именно за эту болезнь.
— Расшифровка генома уже стала технологией. Теперь главный вопрос: как использовать эту информацию? В национальной базе мы собираем вместе пока еще разрозненные данные, объединяем банки образцов, собранные разными организациями. Применяя современные технологии обработки информации, анализируя этот постоянно увеличивающийся массив, мы рассчитываем получить принципиально новые знания, шаг за шагом приблизиться к пониманию кода природы, — пояснила Юлия Дьякова.
Век биотехнологий
Стоит указать и еще одну важнейшую возможность НБГИ — она может стать ключевым звеном системы экспертизы, необходимой для защиты биологической безопасности страны. Сегодня материалы «живого» происхождения (то есть полученные от растений, животных и микроорганизмов) имеют широчайшее применение. Но все ли они безопасны? Насколько реальное содержание продукта питания или лекарства соответствует заявленному?
— На каждый организм, который сегодня используется в промышленности, необходимо создать генетический паспорт, — говорит руководитель Курчатовского комплекса генетических исследований Александр Яненко. — А дальше проверяющий орган сможет взять образец, сравнить с нашей базой данных и определить, то ли это, что было проверено и признано безопасным.
XXI век часто называют веком биотехнологий. С ними связаны и небывалые раньше возможности, и серьезные угрозы (например, возникновение новых вирусов). Помочь России выйти на новый уровень качества жизни и надежно обеспечить ее биологическую безопасность — вот главные задачи, которые стоят перед отечественной генетикой и которые решает Курчатовский институт.
Справка «Известий»Одно из новых направлений работы Курчатовского института в генетике — виноградарство и виноделие.
— Мы специально выбрали эту сферу как наиболее яркий пример, как наука в конкретном сегменте сельского хозяйства позволяет в короткий срок совершить кардинальные изменения, выйти на новый, мировой уровень, — объясняет Михаил Ковальчук.
Так, исследователи из Лаборатории генетических технологий виноградарства и виноделия расшифровали геном 190 разновидностей российского винограда. Удивительно, что 82 из них оказались автохтонными (то есть не завезенными, а местными). При этом ученым удалось найти несколько новых, то есть ранее не получавших научного описания сортов. Практическая ценность этой работы очевидна — эти сорта дают возможность для новой селекции. При этом автохтоны имеют огромное преимущество — за долгие века они стали устойчивы к природным условиям определенной местности.
Также в Курчатовском институте находится крупнейшая в мире и при этом постоянно пополняющаяся коллекция промышленных микроорганизмов — десятки тысяч штаммов бактерий, грибов и дрожжей. Ученые работают над ее оцифровкой и создают так называемые генетические паспорта на каждый штамм.
Причем тут вино? А при том, что его качество зависит в том числе и от дрожжей. Ученые стремятся подобрать варианты дрожжей, которые позволят виноделам добиваться наилучших результатов при работе с конкретным сортом винограда. Первая ласточка — вина из сорта «кокур белый», которые уже заслужили высокие оценки экспертов.