Сегодня - 29.04.2017

Следуя за нитью ДНК

09 февраля 2017

Цель международного проекта Genome 10, стартовавшего в 2009 году — секвенирование генома десяти тысяч видов позвоночных. То, что одни из его участников, ученые Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН, займутся хищниками, было понятно сразу — эту группу здесь изучают много лет. Вопрос заключался только в том, за кого взяться первым.

По следам ластоногих
 
— Мы решили, что одна из интереснейших групп — это ластоногие, к тому же с ними мало работали из-за сложности получения образцов и доставки их в лаборатории, — рассказывает заместитель директора ИМКБ СО РАН по научной работе доктор биологических наук Александр Сергеевич Графодатский. — Я предложил начать с байкальской нерпы. Дело в том, что моржи, сивучи, тюлени обитают в морях и океанах, а тут посреди континента, в пресном озере живет вид ластоногого: хотелось разобраться, чем он отличается от своих морских родственников.
 
Трудности исследования в следующем: если филогенетикам, изучающим митохондриальный геном, для работы достаточно пойти в музей, взять там кусочек шкуры или шерстинок от животного, проанализировать их и сделать выводы, то для секвенирования полного ядерного генома нужна ткань, в которой не разрушена ДНК. Чтобы получить новые материалы, организовали несколько экспедиций, которыми занималась научный сотрудник ИМКБ СО РАН кандидат биологических наук Виолетта Робертовна Беклемишева. 
 
Байкальская нерпа
 
Исследования животным не вредили: у живых особей брали крошечные кусочки из уха и ласты, у уже погибших — из внутренних органов (сердца, печени, легкого). Чтобы была возможность получить максимум информации о животном, образцы консервировали разными способами: часть образца помещали в питательную среду (так сохраняются живые клетки, которые могут в дальнейшем делиться), часть — замораживали для выделения ДНК. Затем нужно было оперативно доставить образцы в институт.
 
— Это дорогостоящие поездки в отдаленные малонаселенные районы, поэтому поиск возможностей получить нужные образцы законным путем занимает очень много времени, ведь мы не можем публиковать результаты, основанные на исследовании незаконно добытых экземпляров. Приходилось долго убеждать, что ты не нанесешь вреда животным, — рассказывает Виолетта Беклемишева.
 
Когда началась работа над байкальской нерпой, в институте решили заняться и другими ластоногими России: для этого потребовалась организация новых поездок, на этот раз — на Дальний Восток. На Чукотке с добычей образцов помогли приморские чукчи поселка Лорино: они промышляют морского зверя, поэтому на общину аборигенных народов выделяется определенная квота по добыче этих животных. Охотясь на тюленей и моржей, охотники обычно привозят на берег только мясо и шкуры, но по просьбе ученых доставили образцы внутренних органов. Кроме того, чукчи также охотятся на китов и имеют право на добычу ограниченного количества особей по квоте, поэтому для исследований удалось получить еще и ткани серого кита.
 
Тем не менее Чукотка оказалась сложным испытанием. Местные рейсы сильно зависят от погоды, так как грунтовые летные полосы работают только в светлое время суток и закрываются после дождей. После недели пережидания непогоды в Анадырском аэропорту повезло добраться до поселка Св. Лаврентия благодаря внеплановому санитарному рейсу.
 
Отдельная экспедиция была и в Магадан, где обитает пестрая нерпа. У рыбоохраны, проводящей мониторинг рыбозапасов, есть квота на изучение ластоногих, чтобы знать, какие виды рыб входят в «меню» тюленей, поэтому образцы этой нерпы также удалось добыть. Кроме того, Виолетта Беклемишева участвовала в экспедиции Тихоокеанского института географии по мечению щенков сивучей (морских львов) на острове Тюлений в Охотском море. Раньше там промышляли морского зверя, но когда животные оказались на грани вымирания, месту присвоили статус охраняемой зоны. Сейчас популяции полностью восстановились, и теперь остров превратился в «родильный дом» для котиков и сивучей. Так как сезоны размножения этих видов смещены на месяц, они не мешают друг другу. Пометив животных, ученые отслеживают миграцию сивучей, а химический анализ взятого при мечении усика расскажет, чем питалась мать детеныша во время беременности.
 
Сивуч
 
— Получается, что от всех видов ластоногих, обитающих в водах России, у нас собраны качественные образцы и есть материал для всех нужных исследований, — отмечает Виолетта Робертовна. — Работа удалась благодаря отзывчивым людям на местах.
 
Теперь ученые, основываясь на данных молекулярной цитогенетики, подтвердили, что ластоногие — не отдельный отряд, а только семейство в отряде хищных, и что их ближайшие родственники — это куницы, еноты, собаки, медведи и панды. Особое восхищение вызывают очень быстрые морфологические изменения, адаптировавшие этих млекопитающих к водному образу жизни при очень незначительных преобразованиях геномов на хромосомном уровне. 
 
Живописцы от науки
 
Нерпу уже изучают участники проекта Genome 10: геном секвенирован в Центре геномики в китайском Шеньчжене (на долю которого приходится более половины всех полномасштабных секвенирований в мире). Сейчас идет большая биоинформатическая работа по обработке полученных данных, этим занимаются и в ИМКБ СО РАН, но прежде всего в Центре геномной бионформатики им. Ф.Г. Добржанского в Санкт-Петербургском государственном университете под руководством Стивена О’Брайена.
 
— У нас выгодное положение, потому что мы предлагаем вид для исследования, предоставляем материалы и потом, на самом последнем этапе, принимаем участие в анализе данных, — рассказывает Александр Графодатский. Он — один из первых отечественных генетиков, который задумался о сравнении хромосом разных видов млекопитающих, хотя в восьмидесятые годы XX века, когда цитогенетика формировалась, сравнение хромосом отдаленных видов расценивалось как некоторая авантюра: как можно сравнивать человека, кошку, корову?
 
— Для получения хромосомных препаратов нужно суметь добыть делящиеся клетки из крохотных кусочков живых тканей. Большую работу по созданию коллекции культур клеток мы выполнили вместе с моими коллегами, кандидатами биологических наук Полиной Львовной Перельман и Натальей Анатольевной Лемской, — рассказывает Виолетта Робертовна.
 
В каждой паре хромосом существует свой уникальный набор генов, и он дает возможность соотносить разных животных друг с другом. Сами же гены собраны в некоторые блоки, «кирпичи», которые по-разному перетасовывались в ходе эволюции. Изучение таких перестроек стало возможным благодаря методу «хромосомной живописи» (comparative chromosome painting). Суть его в том, что ученые берут пробу с хромосомой одного вида и находят фрагмент (или хромосому) со сходным генетическим составом в геноме другого вида. Для получения хромосомных проб используют устройства, — сортеры, — способные распределить хромосомы по пробиркам в зависимости от их размера и состава ДНК, и таким образом создать набор проб — «хромосомную библиотеку». Работа по собранию таких библиотек ведется в партнерстве с Университетом Кембриджа, китайскими и американскими партнерами.
 
Тюлени
 
Сhromosome painting позволяет построить карту хромосом исследуемого вида, сравнить хромосомы разных видов между собой и уточнить классификацию. Это помогло прояснить некоторые спорные вопросы, которые не разрешались на основании анатомических данных. Показательный пример — история изучения китообразных, один из видов которых, серого кита, добыла на Чукотке Виолетта Беклемишева. В ИМКБ СО РАН работу по изучению хромосом и геномов китов ведут кандидат биологических наук Анастасия Игоревна Кулемзина и аспирант Новосибирского государственного университета Анастасия Проскурякова. В своей работе они сравнили хромосомы дельфинов и зубатых китов, определили сходства и различия их геномов. 
 
Но самое существенное не это: в недавнем прошлом различали отряды парнокопытных и китообразных. Данные молекулярной филогенетики и цитогенетики четко показали, что киты, с одной стороны, и свиньи, верблюды, коровы, олени, жирафы, с другой — очень близкие родственники и теперь их принято объединять в одном отряде китопарнокопытных. Более того, выяснилось, что киты и дельфины самые близкие родственники гиппопотамов. Легко представить картину: одному из бегемотов надоело родное болото, и он отправился в свободное морское плавание, став со временем властителем океанских просторов.
 
— Проанализировав хромосомные наборы ныне живущих видов, можно отследить перетасовку консервативных элементов генома (тех самых «кирпичиков») у разных видов, восстановить перестройки, произошедшие в ходе эволюции, и таким образом будто заглянуть в прошлое, чтобы увидеть геном их общего предка. Раньше меня смущало, что в наших знаниях о хромосомах очень много описательной информации, а метод сравнительного хромосомного пэйнтинга позволяет провести систематизацию данных, — отмечает Виолетта Беклемишева.
 
Наталья Бобренок
 
Фото: Владимира Короткоручко (анонс, 1), из открытых источников (2,3)
 
Ваша оценка: Нет Средняя: 5 (6 votes)
Поделись с друзьями: 
 

comments powered by HyperComments

Система Orphus