Практическая направленность наук о жизни сомнений не вызывает: хоть урожай повысить, хоть лекарство новое создать. Человечество это понимает: только на финансирование исследований по молекулярной биологии идет половина мировых научных расходов. Результаты не заставляют себя ждать — последние лет пять за исследования по этой дисциплине регулярно присуждают Нобелевские премии. Увы, Россия, как водится, идет своим путем. Лишь отдельные прозорливые руководители отдают должное мировым тенденциям: в 2011 году по инициативе Президиума Сибирского отделения РАН был создан новый НИИ — Институт молекулярной и клеточной биологии СО РАН. Два прошедших года подтвердили правильность решения: сотрудники института выпустили более 100 научных статей с очень хорошим индексом цитирования, в частности, из 22 статей, опубликованных учеными СО РАН в Science, три принадлежат перу сотрудников ИМКБ.
Какой породы древняя собака?
— Почему Нобелевские премии за изучение, например, теломер (концевые участки хромосом) получают американские, а не сибирские ученые? — задается вопросом директор Института молекулярной и клеточной биологии академик Игорь Жимулев. — У них нет такой заорганизованности и администрирования в структуре науки, нет Федерального агентства научных организаций и Министерства образования и науки. С 1991 года в российской науке постоянно происходят радикальные преобразования, перестановки и перестройки, изменения уставов.
Если сравнивать финансирование, то, например, каждый грант в американской программе ModEncode превосходил по размерам все гранты в сумме нашей передовой георгиевской программы, финансирующей практически всю молекулярную биологию страны. Российский академик Георгий Георгиев, легендарная личность, один из творцов современной молекулярной биологии, предложил очень продуманную и своевременную программу, финансируемую РАН, — “Программу молекулярной и клеточной биологии”. Она фактически дала начало нашему институту.
Что изучает институт? Молекулярную организацию отдельных генов, хромосом и геномов. Что такое хромосома? Эффективное “устройство” для расположения генов, обеспечивающее их точную работу, воспроизводство и транспортировку во время клеточных делений. Кроме генов в хромосомах есть две структуры — теломера для запечатывания ее концов и обеспечения полного воспроизводства ДНК в геноме и центромера — структура для транспортировки хромосом.
Наш отдел за последние два года сделал очень важные обобщения о том, как устроена хромосома в то время, когда она работает (так называемая интерфазная хромосома). Основной объект для генетиков — плодовая мушка дрозофила, у нее примерно 15 тысяч генов, у человека — около 21 тысячи. Мы впервые установили, что все типы интерфазных хромосом у дрозофилы организованы по единому плану. Второе достижение — выявили специальные структуры в хромосомах, в которых функционируют постоянно работающие гены и гены, которые включаются-выключаются на разных этапах развития (регулируемые гены). Вопрос, как эти два типа генов встроены в хромосому, долгое время волновал генетиков. Мы на него ответили.
Самая свежая — ноябрьская — публикация с участием сотрудников ИМКБ в журнале Science носит название “Полный митохондриальный геном древних волчьих предполагает европейское происхождение домашних собак”. В ней проанализированы породы 150 волков и собак, в том числе 18 древних.
— Древняя собака — ее череп был найден в алтайской пещере Разбойничьей новосибирским археологом Николаем Оводовым, а полный митохондриальный геном прочитан в нашей лаборатории цитогенетики животных — в этой публикации абсолютная звезда, — улыбается заместитель директора ИМКБ по научной работе доктор биологических наук Александр Графодатский. — Ей 34 тысячи лет, но ДНК выделить удалось. Удивительно, что наша древняя собака оказалась родственницей по материнской линии вымершим древним волкам Европы (останки двух нашли в Швейцарии) и двум современным породам лаек из Скандинавии. Нам удалось доказать, что первые прирученные человеком собаки возникли гораздо раньше, чем предполагалось.
Мы занимаемся не только древними видами — материал для исследований у нас богатый. В нашей лаборатории собрана одна из крупнейших в мире и крупнейшая в России коллекция клеточных культур, где можно найти и кита, и слона, и бегемота, и жирафа, и более экзотических представителей современной фауны.
Еще одно интересное исследование: обнаружены активные гены на добавочных В-хромосомах доместицированных лисиц, выведенных в Институте цитологии и генетики. Это важно для дальнейшего развития ген-направленной терапии, основная проблема которой состоит в том, что гены встраиваются в геном произвольно и часто вызывают потом онкологию. А добавочные хромосомы в геном не встраиваются, их можно использовать без риска.
Другое направление, имеющее непосредственное отношение к медицине, — изучение фундаментальных проблем канцерогенеза.
— Фундаментальные исследования дают непосредственные выходы на решение узловых проблем клинической онкологии, в частности на новые методы ранней диагностики рака, — рассказывает доктор биологических наук Николай Колесников. — Наши исследования связаны с новым классом регуляторных молекул, выявленных в геноме человека, — микроРНК. Дерегуляция синтеза микроРНК ведет к патологическим процессам — онкологии, воспалениям, сердечно-сосудистым заболеваниям. Соответственно, микроРНК могут быть молекулярными биомаркерами всех процессов, которые происходят в канцерогенезе.
Мы сотрудничаем с коллегами из фирмы “Вектор-Бест”, производящей диагностикумы, с новосибирскими клиницистами, с институтами СО РАМН. Уже сделана диагностическая панель ТИРОИД-1, которая позволяет — в отличие от морфологических методов, применяемых в гистологии, — быстро и надежно произвести анализ ткани, зарегистрировать количество онкомикроРНК и отличить таким образом с высокой точностью злокачественную опухоль от доброкачественной. Как любая методика, эта должна пройти этапы недоверия, доверия, рутинного использования. И здесь мешает отсутствие квалифицированных кадров. Медики и молекулярные биологи должны говорить на одном языке, и этот язык еще предстоит сформировать.
— Думаю, проблему решить в наших силах, — добавляет академик Жимулев. — Я уже год “пробиваю” создание в Новосибирском государственном университете кафедры молекулярной генетики. И если мы хотим, чтобы наших генетиков перестали учить на задачах 1920-х годов, — открытие такой специальности необходимо.
Действительно, эксперименты, проводимые в институте, впечатляют: лаборатория геномики (заведующий — молодой кандидат наук Степан Белякин) использует новые технологии, позволяющие исследовать функциональное состояние всех генов в одном эксперименте. Модельным объектом является опять же дрозофила. На ней изучаются регуляторные генетические процессы, сопровождающие специализацию клеток организма, как на уровне действия отдельных регуляторов, так и на уровне сложно организованных хромосомных доменов.
Лаборатория хромосомной инженерии (заведующий — доктор биологических наук Сергей Демаков) — одна из лучших лабораторий в России, делающих векторы (переносчики генетического материала) для экспериментов. Такой вектор — своего рода конструктор, у которого есть целая серия вырезанных из разных организмов деталей: активаторы транскрипции — из дрожжей, участки хромосом — из мобильных элементов дрозофилы, сам ген — человека или мыши.
Например, в лаборатории занялись слабо изученными междисками — морфологическими структурами хромосом. Для их изучения использовали метод направленного моделирования структур хромосом in vivo с помощью искусственного привлечения конкретных белков или интеграции фрагментов ДНК в определенный район хромосомы. Кроме того, разработали оригинальный подход, который решает проблему точной привязки и позволяет установить, какой участок генома входит в состав междиска, и исследовать его свойства.
Сотрудники лаборатории генетики клеточного цикла открыли новый ген MAST. Кроме того, вместе с американскими коллегами из детского госпиталя Коламбуса и Университета Огайо исследовали опухолевый супрессор Merlin (у человека такое заболевание называется “нейрофиброматоз-2” — разрастание ушного нерва). Заведующий лабораторией генетики клеточного цикла доктор биологических наук Леонид Омельянчук считает, что такие работы можно проводить и непосредственно на дрозофиле, так как гены опухолевых супрессоров у человека и у этой мушки высоко гомологичны.
Митохондриальный геном человека (мтДНК), в силу его малого размера, консервативной организации, наследования по материнской линии в отсутствие рекомбинации и высокой скорости мутирования, оказался идеальным инструментом для изучения эволюционной истории человека. В лаборатории молекулярной генетики человека (заведующий — доктор биологических наук Рем Сукерник) прочитано около 400 полных мтДНК-геномов коренных жителей Сибири. В итоге удалось выяснить генетическую историю коренных жителей Чукотки, Камчатки, Командорских островов, Нижней Оби и Енисея, Таймыра, Алтае-Саянского нагорья, Нижнего Амура, оценить вклад протоевразийских популяций в генетическое разнообразие коренного населения Сибири, вместе с американскими коллегами предложить и обосновать модель неоднократной миграции сибирских предков первых американцев в Новый Свет в конце ледникового периода.
Значительная часть исследований посвящена селекции растений. В лаборатории молекулярной генетики пытаются ответить на ряд важных вопросов: какие генетические факторы определяют способность к скрещиванию различных видов злаков? почему скрещивание различных видов пшеницы и ржи оказалось более успешным, нежели гибридизация огромного множества видов растений и животных с точки зрения получения воспроизводимого потомства?
Основная задача исследований, по словам заведующего лабораторией доктора биологических наук Александра Вершинина, — анализ молекулярной структуры центромерных районов хромосом пшеницы и ржи. Ее решение позволит понять генетические факторы и механизмы, контролирующие процессы спаривания и
расхождения хромосом, будет способствовать более осознанному подбору родительских форм для скрещиваний и более обоснованному прогнозированию возможностей использования получаемых гибридов с заданными свойствами в се-лекции.
В лаборатории цитологии и апомиксиса (апомиксис — бесполосеменное размножение растений, фактически созданная природой технология клонирования) работают с гибридными линиями кукурузы и ее дикого родственника трипсакума, выведенными еще учениками Николая Вавилова.
Апомиктичные гибриды кукурузы способны расти на солончаках и обводненных почвах. Дают почти в три раза больше зеленой массы с гектара, обладают уникальной фуражной ценностью и могут, по мнению заведующего лабораторией доктора биологических наук Виктора Соколова, произвести вторую “зеленую революцию” (первая была совершена нобелиатом американцем Норманом Борлаугом, выведшим полукарликовые, неполегающие сорта пшеницы). Для совершения революции необходимо создать устойчивый апомиктичный культурный сорт, способный формировать фертильную пыльцу. Существенный задел у сибирских ученых есть, но финансирования явно не хватает.
Дадут ли молекулярным биологам продолжать их удивительные опыты, или они станут жертвой чиновничьих экспериментов, покажет ближайшее будущее.
Выбирая науку для края
Как уже говорилось, науки о жизни — самые практико-ориентированные. Именно поэтому дальновидные администрации регионов стремятся развивать на своей территории эти направления исследований. В июле 2013 года подписано соглашение между СО РАН и Алтайским государственным университетом об организации Алтайского центра прикладной биотехнологии. По словам председателя отделения академика Александра Асеева, в рамках соглашения предусматривается дальнейшее развитие следующих научных направлений:
— исследование биологически активных веществ растительного происхождения с целью создания новых препаратов;
— генотипирование живых организмов для целей сельского хозяйства, пищевой промышленности, фармацевтики и медицины, в том числе выявление молекулярных маркеров сортов растений и животных для повышения эффективности агропромышленных предприятий, генотипирование микробных и грибковых штаммов для контроля мест происхождения продуктов;
— исследования в области медицинской генетики, генотипирование возбудителей инфекционных заболеваний, распространенных в регионе;
— исследования в области биотехнологии растений с целью сохранения и воспроизводства редких и исчезающих видов, разработки методов создания селекционного материала, оптимизации процесса выращивания лекарственных растений.
Сотрудников для Центра прикладной биотехнологии будут готовить в АлтГУ, запланированы закупка современного оборудования, выход на востребованные в регионе проекты и программы, коммерциализация результатов научной деятельности. При подписании соглашения считалось, что решение этих задач даст предпосылки для организации в Алтайском крае Института биотехнологии СО РАН и в дальнейшем нового Алтайского научного центра с основными институтами в Барнауле и Бийске. Реформа РАН поставила на этих планах если не крест, то жирный вопросительный знак.
— Администрация Алтайского края развивает регион очень продуманно, есть четкая стратегия, — комментирует подписание соглашения председатель Объединенного Ученого совета СО РАН по биологическим наукам, директор Института химической биологии и фундаментальной медицины, академик Валентин Власов. — Когда лет пять назад представители Президиума Сибирского отделения приехали в Барнаул для обсуждения перспектив сотрудничества с местными властями и в качестве одного из главных направлений предложили разведку полезных ископаемых в горах Алтая, их поблагодарили и… вежливо отказались. У региона есть четкие приоритеты: развитие сельского хозяйства, биотехнологий, туризма. Добыча полезных ископаемых в том виде, как она ведется сегодня, краю только навредит.
Зато администрация Алтайского края на собственные деньги построила Онкологический центр, оснащенный не хуже, чем передовые американские клиники. Активно развивается международное сотрудничество, алтайские специалисты в области производства сыра стажируются во Франции. Барнаул регулярно посещают сотрудники Университета штата Аризона, с которым Алтайский университет организовал Российско-американскую лабораторию по изучению раковых заболеваний (увы, в экологически чистом регионе серьезные проблемы с онкологией). В лаборатории биоинженерии ведутся перспективные исследования по поиску соединений, обладающих противоопухолевой и противобактериальной активностью.
Поддерживает науку и правительство Республики Саха (Якутия). При поддержке СО РАН и руководства республики в Якутске реализуется чрезвычайно перспективный проект, имеющий национальное значение. В слое вечной мерзлоты построено уникальное подземное криохранилище для долговременного хранения генофонда сельскохозяйственных, редких и исчезающих видов растений. Значение этого проекта трудно переоценить с учетом наступившего периода климатических аномалий, удорожания топлива, требующегося для производства энергии, необходимой традиционным хранилищам. Прекрасно развиваются исследования флоры и фауны северных территорий в Институте биологических проблем криолитозоны. Препараты, созданные в этом институте на основе ягеля, известны и в странах Евросоюза, и в Японии.
Еще один из региональных научных лидеров — красноярский Институт биофизики. Главное его достижение — создание нового класса биодеградируемых полимеров и технологий производства из этих полимеров широкого спектра материалов и устройств для медицины: трубчатых полимерных эндопротезов, стентов, мембран, матриксов для клеточных технологий и многого другого. Это, пожалуй, наиболее успешный пример развития современных биотехнологий в СО РАН.
Как на войне
— Только стала налаживаться жизнь ученых СО РАН, — говорит Валентин Власов. — Оборудование регулярно закупали, зарплаты подняли на достойный уровень, коттеджный поселок для молодых ученых начали строить. Даже “возвращенцы” из-за рубежа в наших институтах появились… И тут всех накрыло черным одеялом “реформы”, которая, по сути, не реформа, а уничтожение работоспособной российской структуры. За последние месяцы из многих институтов СО РАН по 5-6 человек уехало за рубеж или ушло в коммерческие структуры, и процесс продолжается.
Причина отъезда ученых — нежелание работать в стране, которая не знает, нужна ей наука или нет. Что ученому необходимо для работы? Чтобы его оставили в покое. Биологические эксперименты длятся долго, должны бесперебойно поступать реактивы. А нас ставят с ног на голову разборками между академиями и Минобрнауки. Идет какая-то бесконечная война чиновников с учеными. Но ученые не собираются становиться борцами по профессии, они хотят наукой заниматься. Думать-то когда?
Я абсолютно убежден, что реформа РАН давно назрела, только происходящее сейчас не имеет к ней никакого отношения. В академии есть ряд серьезных внутренних проблем. Во-первых, пенсионный возраст дирекции ряда институтов при полном отсутствии перспектив для молодежи. Во-вторых, невозможность создавать новые организации и развивать новые направления. Ресурсы страны не бесконечны, на рост финансирования, учитывая состояние нашей экономики, рассчитывать не приходится. Между тем ни один из созданных полстолетия назад институтов, даже если они работают по неактуальным сегодня направлениям, никто не закрыл, чтобы создать что-то новое. Мы застряли в позавчерашнем дне.
Даже если сейчас академии добавить финансирование, оно будет равномерно размазано по всем институтам. Разумно было бы провести настоящую реформу, как это было сделано когда-то в странах Прибалтики: запретить институтам содержать научных сотрудников на низких зарплатах, ввести возрастные ограничения для занятия административных должностей (ученый может хоть до 100 лет работать в институте, но за счет грантов). Необходимо ранжировать институты на три категории и провести сокращения неэффективных подразделений в слабых институтах. Освободившиеся средства направить на организацию новых институтов и поддержку успешных коллективов.
Я перечислил внутренние наши проблемы. Но даже и с этими болячками структура академии намного более эффективна, чем все остальные организации страны, имеющие отношение к науке. Там в последние годы царит полная бестолковость, громадные средства выбрасываются на ветер. О проектах “Сколково” и РОСНАНО уже слагаются песни. И почти традицией стала трата огромных денег на разовые акции в стремлении мгновенно уладить проблемы, которые нужно решать десятилетиями. Так, разовое вбрасывание крупных средств в университеты привело к массовой бестолковой закупке дорогостоящего оборудования.
Приведу близкий мне пример: геномный секвенатор — прибор уникальный, дорогостоящий (не менее 300 тысяч долларов), требующий квалифицированного подхода. Он должен, чтобы себя оправдать, работать в условиях 24-часовой загрузки (машины эти морально устаревают за три года). Для этих приборов нужно готовить специалистов, к тому же реактивы по стоимости сопоставимы с самими приборами. По большому счету, на все Зауралье было бы достаточно одного-двух секвенаторов, на всю Россию — 10-15. Но закупили десятки приборов, разместили в университетах и других организациях, где ни задач грамотно поставленных не хватает, ни специалистов. А могли бы направить средства в лаборатории (хоть академические, хоть университетские), в которых идет реальная работа — так можно и специалистов для университетов готовить, и сотрудничество между вузовской и академической наукой развивать.
Если говорить об объединении академий, у нас с давних пор прекрасно развиты совместные исследования с институтами СО РАМН и СО РАСХН. Нам для сотрудничества никакого формального объединения не требуется. Недавно ученые нашего института вместе с коллегами сельхозакадемии открыли новую бактерию — возбудитель болезней у куриц, приносящую большие проблемы птицеводам и, похоже, довольно опасную для человека.
Успешно развиваются интеграционные проекты институтов СО РАН с институтами СО РАМН, Новосибирским НИИ патологии кровообращения РФ по изучению опухолей головного мозга, по исследованию индуцированных стволовых клеток и созданию из них клеточных моделей заболеваний для испытания новых препаратов, по производству искусственных сосудов из полимерных материалов. Причем участвуют в этих проектах со стороны СО РАН не только биологические институты — Институт химической биологии и фундаментальной медицины, Институт цитологии и генетики, но и, например, Институт теоретической и прикладной механики: применяя разработанные ИТПМ лазеры, нейрохирурги могут четко определять границы пораженной и здоровой ткани при операции на головном мозге.
Медицину невозможно развивать без методов молекулярной биологии, без привлечения академических учреждений. Нобелевские премии, которые зарубежные ученые в последние годы получили в нашей области, — за исследования РНК, за работы в области клеточной биологии. В Америке ученые быстро перестроились в соответствии с сегодняшними приоритетами — тысячи лабораторий работают в этих направлениях, сулящих создание инновационных технологий и лекарств, а также огромные прибыли для тех, кто вовремя займется развитием соответствующих проектов.
В России в этих перспективных областях работает не более двух десятков коллективов. Почему? А потому, что по упоминавшимся причинам мы ничего нового не можем начать, не можем уменьшить финансирование неактуального и поддержать перспективное. Опять же упомяну о внешних факторах. Пять лет в стране не получается принять законы, необходимые для того, чтобы развивать медицинские клеточные технологии (могли бы в конце концов списать с законов других стран, которые их давно приняли). При этом Закону о реформе РАН понадобилось три месяца, чтобы пройти все стадии обсуждения.
ПОЛНОСТЬЮ МАТЕРИАЛ СПЕЦВЫПУСКА ДОСТУПЕН В ФОРМАТЕ PDF
Ольга КОЛЕСОВА
Фотоснимки предоставлены Институтом молекулярно-клеточной биологии
и пресс-службой СО РАН
Нет комментариев