Развитие генетики в России во многом связано с работой биолога Юрия Филипченко

Санкт-Петербургский университетНаука

Кладовая генов

В Санкт‑Петербургском университете хранится более трех миллионов музейных экспонатов, собранных учеными за прошедшие 300 лет. Часть этой коллекции — генетические образцы растений, животных и микроорганизмов.

Развитие генетики в России во многом связано с работой универсанта-биолога Юрия Александровича Филипченко. В 1913 году ученый начал читать в Императорском Санкт-Петербургском университете первый в Российской империи курс лекций о законах наследственности и изменчивости организмов, а в 1919 году организовал единственную на тот момент в стране кафедру генетики.

Тогда же в Университете стала формироваться генетическая коллекция. Опираясь на законы генетики, ученые скрещивали разные формы растений и животных, отбирали штаммы микроорганизмов, а лучшие образцы сохраняли для дальнейшего изучения и демонстрации студентам.

Развитие генетической коллекции продолжилось в конце 1950-х годов. Тогда кафедру генетики Университета возглавил профессор Михаил Ефимович Лобашёв. Он проводил для обучающихся лекции о классических генетических законах и организовал масштабные работы по изучению причин и механизмов возникновения мутаций. Образцы, полученные в результате исследований того периода, заложили основу современной генетической коллекции СПбГУ.

Разнообразие форм и окраски  семян гороха

Наглядная генетика

В последующие 70 лет научное собрание постоянно расширялось. Генетики Университета отбирали для коллекции такие формы растений, животных и микроорганизмов, на которых можно было проследить течение фундаментальных биологических процессов. В том числе обмен веществ, фотосинтез, формирование клеток и многое другое.

В фонд попадали образцы с мутациями в генах. «Это линии и штаммы организмов, полученные генетиками Университета при изучении наследственных признаков, — объясняет Антон Александрович Нижников, профессор, исполняющий обязанности заведующего кафедрой генетики и биотехнологии СПбГУ. — В ходе подобных исследований ученые могут определить ген, который отвечает за проявление интересующего их признака, например за синтез определенного химического соединения, а затем создать линию или штамм, у которых этот ген имеет измененную структуру (например, заблокирован или работает активнее)».

Культура клеток растений на чашке Петри

По получившимся образцам ученые понимают механизм действия гена и связанных с ним мутаций. Эти данные необходимы для расширения фундаментальных знаний о природе генов, а также для разработки инновационных способов лечения, новых медицинских препаратов и усовершенствования подходов к ведению сельского хозяйства.

«Стоит отметить, что все объекты в генетической коллекции Университета живые и генетически охарактеризованы, то есть ученым известна последовательность конкретных генов или всего генома организмов. Это ее важные отличия от других естественнонаучных коллекций СПбГУ», — говорит Антон Нижников.

Как отмечает профессор, ученые на протяжении многих десятилетий сохраняют в коллекции линии с уникальными геномами. Семена растений генетики высаживают раз в несколько лет, чтобы получить новые поколения, а микроорганизмам и животным создают комфортные условия для размножения.

Среди растений-мутантов

Сегодня в генетическом собрании СПбГУ насчитывается более 2300 образцов, распределенных по семи разделам. В первом из них, основанном профессором Университета Василием Сергеевичем Федо- ровым, представлена рожь и ее гибриды. Например, тритикале — зерновая культура, созданная путем скрещивания с пшеницей. Также в этом разделе имеются образцы ржи с ценными признаками. К примеру, рожь с коротким стеблем. Ее преимущество в том, что она устойчива к полеганию — наклону, из-за которого замедляется рост, снижаются объемы урожая и осложняется последующая его уборка с поля.

Законы Менделя — основные закономерности передачи наследственных признаков от родителей к потомкам. Сформулированы биологом Грегором Иоганном Менделем (1822–1884) в результате многолетних опытов по скрещиванию различных форм гороха посевного. Труды ученого положили начало современной генетике. Источник: bigenc.ru

Коллекционные  штаммы  пекарских  дрожжей   (Saccharomyces  cerevisiae)

«В коллекции ржи СПбГУ представлены и линии с разной окраской зерен, — добавляет Антон Нижников. — Отличие вызвано разным содержанием в образцах особых химических соединений — антоцианов. Эти вещества сегодня признаны полезными антиоксидантами, и потому генетики активно их изучают. Такая работа в том числе ведется в СПбГУ. Семена ржи с разной окраской позволяют нам исследовать процессы биосинтеза антоцианов в живых организмах».

Амилоиды у растений были впервые обнаружены учеными СПбГУ в сотрудничестве с коллегами из других научных организаций.

Второй раздел генетической коллекции, начало которому положили работы исследовательницы Университета Станиславы Иосифовны Нарбут, — линии редиса. Они помогают ученым СПбГУ узнавать больше о механизмах развития у растений запасающих корней — таких, которые накапливают питательные вещества. Также образцы демонстрируют разные изменения развития, в том числе карликовость, волнистость побегов и чрезмерно длинный стебель.

«Одно из центральных мест в этом разделе занимают линии редиса со спонтанными корневыми опухолями. Сегодня их активно изучает группа профессора Людмилы Алексеевны Лутовой, — приводит пример Антон Нижников. — Такие образцы важны для исследования генов и механизмов, отвечающих за дифференцировку клеток, процесс, в результате которого клетки приобретают специализацию и из стволовых превращаются в клетки конкретных тканей с конкретными функциями».

Различные мутации можно увидеть и на образцах садового гороха из третьего раздела генетической коллекции СПбГУ. В Университете хранятся линии с аномальным строением листьев и нетипичной формой семян. Имеются образцы, предназначенные для изучения амилоидов — крупных упорядоченных белковых комплексов, которые выполняют в клетках жизненно важные функции, а иногда могут провоцировать развитие неизлечимых заболеваний.

«В собрании также есть формы гороха с полезными для ведения сельского хозяйства свойствами. Например, способные вступать в удачный симбиоз с клубеньковыми бактериями — ризобиями. Благодаря такому взаимодействию можно снизить количество минеральных удобрений при выращивании гороха и при этом получить хороший урожай. Основы молекулярных механизмов таких благоприятных взаимодействий растений с микроорганизмами сегодня активно изучает коллектив исследователей центра мирового уровня „Агротехнологии будущего“ под руководством Игоря Анатольевича Тихоновича, профессора СПбГУ, декана биологического факультета, академика РАН», — добавляет Антон Нижников.

О том, чем полезны и опасны амилоиды и как ученые СПбГУ исследуют их с помощью образцов гороха посевного из генетической коллекции Университета, читайте в статье «Противоречивая природа амилоидов» Антона Александровича Нижникова, профессора, исполняющего обязанности заведующего кафедрой генетики и биотехнологии СПбГУ. Материал опубликован в журнале «Санкт-Петербургский университет» № 05 за 2022 год.

Озимая мягкая пшеница. 

От дрожжей до мух

По словам ученого, микроорганизмы в генетическом собрании Университета тоже представлены тремя разделами. Один из них — единственная в России коллекция штаммов зеленых водорослей Chlamydomonas reinhardtii, основателями которой были исследователи Университета Константин Васильевич Квитко и Анна Владимировна Столбова. Этот раздел создали в СПбГУ для наблюдения за дыханием, питанием, движением и другими процессами в живых организмах. Помимо модельных объектов с нормальным развитием, в коллекции хранятся образцы с нарушениями разных функций. Например, «разучившиеся» получать энергию из света или имеющие пигментные мутации из-за изменения содержания зеленого пигмента — хлорофилла.

«Изучение Chlamydomonas reinhardtii имеет большое практическое значение. Во-первых, эти одноклеточные водоросли сегодня часто используют как высокобелковые кормовые добавки для сельскохозяйственных животных. Во-вторых, на основе этих микроорганизмов можно разрабатывать тест-системы для оценки экологической безопасности», — объясняет ценность коллекции водорослей Антон Нижников.

В СПбГУ изучением прионов занимается научная школа, которую возглавляет Сергей Георгиевич Инге-Вечтомов, почетный профессор СПбГУ, заведующий кафедрой генетики Университета с 1972 по 2015 год, академик РАН.

Исследователь отмечает, что в собрании Университета также есть штаммы хлебопекарных дрожжей Saccharomyces cerevisiae, несущие мутации в определенных генах или особые инфекционные белки — прионы. Подобные белки вызывают неизлечимые нейродегенеративные заболевания вроде бешенства у коров и болезни Крейтцфельдта — Якоба у человека. Также они выявлены у дрожжей, которые являются удобной моделью для изучения прионов.

Третья группа микроорганизмов в коллекции — дрожжи Komagataella phaffii, которые сегодня используются в фармацевтической отрасли для производства белка. Одним из первых с этим объектом стал работать генетик Университета Михаил Николаевич Смирнов. Сегодня в собрании СПбГУ хранится 45 штаммов, созданных Михаилом Смирновым и его последователями и способных синтезировать различные полезные соединения белковой природы, например ферменты и иммуномодуляторы.

Разнообразие форм тритикале — гибридов пшеницы и ржи

Животные в собрании представлены линиями плодовых мух-дрозофил. Формирование этого раздела коллекции происходило с конца 1950-х. «Дрозофила — это классический объект для обучения студентов. С помощью линий дрозофил студенты получают уникальные практические навыки в решении генетических задач в рамках ряда курсов, таких как „Общая генетика“, „Генетический анализ“ и „Генетическая токсикология“, — рассказывает профессор Антон Нижников. — Также на дрозофилах изучают белки, которые принимают участие в процессах формирования эмбрионов и образования нервных клеток». При этом многие линии дрозофил, выведенные генетиками СПбГУ для исследований, не встречаются больше нигде в мире.

В настоящее время ученые Университета продолжают пополнять генетическую коллекцию, а образцы из собрания задействованы во многих научных проектах, в том числе международных, а также в образовательном процессе студентов бакалавриата, магистратуры и аспирантуры.

Разнообразие по структуре колоса   и окраске зерновок у коллекционных  форм ржи

Подробнее о генетической коллекции СПбГУ читайте в статье Genetic Collections of St. Petersburg University, опубликованной в журнале Biological Communications. DOI: doi.org/10.21638/spbu03.2023.308

О том, чем полезны и опасны амилоиды и как ученые СПбГУ исследуют их с помощью образцов гороха посевного из генетической коллекции Университета, читайте в статье «Противоречивая природа амилоидов» Антона Александровича Нижникова, профессора, исполняющего обязанности заведующего кафедрой генетики и биотехнологии СПбГУ. Материал опубликован в журнале «Санкт-Петербургский университет» № 05 за 2022 год.

Антон Александрович Нижников, профессор, исполняющий обязанности заведующего кафедрой генетики и биотехнологии СПбГУ, профессор РАН, лауреат премии Президента РФ в области науки и инноваций для молодых ученых (2020 год)

Фото: все Алексей Лощилов

Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

(Не)уязвимый лес (Не)уязвимый лес

Что грозит лесным массивам России

Санкт-Петербургский университет
Яичное разнообразие Яичное разнообразие

Почему увеличивается интерес потребителя к нишевому яйцу

Агроинвестор
В авторском прочтении В авторском прочтении

Легкий, хрустальный интерьер в духе ар-деко

SALON-Interior
6 признаков того, что у вас эмоционально незрелые родители 6 признаков того, что у вас эмоционально незрелые родители

Кто такие эмоционально незрелые родители?

Psychologies
Двое в городе Двое в городе

История встречи, любви и совместного бизнеса Иды Галич и Олега Ледвича

OK!
Страшное будущее. Тест-драйв первого в России Tesla Cybertruck Beast Страшное будущее. Тест-драйв первого в России Tesla Cybertruck Beast

Autonews.ru испытал самый мощный Tesla Cybertruck Beast в мире: плюсы и минусы

РБК
Владимир: А что вокруг? Владимир: А что вокруг?

Владимир, словно его исторический прототип Красно Солнышко, имеет мощные лучи

КАНТРИ Русская азбука
Артериальное давление Артериальное давление

Что влияет на артериальное давление и можно ли его регулировать

Здоровье
По следам ушедшей эпохи По следам ушедшей эпохи

Реконструкция уникальной исторической квартиры в стиле ар-нуво

SALON-Interior
Тише едешь: почему разводить улиток в России выгоднее, чем коров Тише едешь: почему разводить улиток в России выгоднее, чем коров

Почему фермеры отказываются от разведения коров в пользу экзотических моллюсков

Forbes
Чувство полета Чувство полета

Роскошный современный интерьер с арт-акцентами

SALON-Interior
«Когда Бунина называют “русским Прустом”, мне хочется поправить: это Пруст — французский Бунин» — Андрей Новиков-Ланской о русском писателе и аристократе «Когда Бунина называют “русским Прустом”, мне хочется поправить: это Пруст — французский Бунин» — Андрей Новиков-Ланской о русском писателе и аристократе

Почему Бунин токсично отзывался о современниках

СНОБ
Просто не делайте так: правила борьбы с усталостью и выгоранием от Алены Владимирской Просто не делайте так: правила борьбы с усталостью и выгоранием от Алены Владимирской

Алёна Владимирская изучила феномен выгорания и написала книгу «Уставшие»

Forbes
Зачем нам ловить нейтрино? Зачем нам ловить нейтрино?

Что удалось понять про нейтрино и как это было, — в беседе с Валерием Петковым

Наука и жизнь
Как перестать бояться того, что родители стареют: 5 шагов Как перестать бояться того, что родители стареют: 5 шагов

Как побороть страх перед родительской старостью?

Psychologies
Судьба ливенца Судьба ливенца

«Дни пребывания армии около Эстонской границы были для войск ужасны»

Дилетант
Теплый ламповый криминал Теплый ламповый криминал

«Людвиг»: история робкого детектива в Кембридже

Weekend
Хобби для души Хобби для души

Как найти дело, которое будет приносить моральное и физическое удовлетворение?

Здоровье
«В реальности жести побольше» «В реальности жести побольше»

Зака Абдрахманова о своем дебюте «Папа умер в субботу»

Weekend
Почему интернет перестает быть свободным и переходит к гиперконтролю Почему интернет перестает быть свободным и переходит к гиперконтролю

Какой будет новая этика для мессенджеров в условиях гиперконтроля интернета

Forbes
«Извне»: зачем смотреть мрачный и загадочный сериал от создателей «Остаться в живых» «Извне»: зачем смотреть мрачный и загадочный сериал от создателей «Остаться в живых»

«Извне»: хоррор, который заслуживает вашего внимания

Forbes
Кино Кино

Значимые направления кинематографа, причины их возникновения и заката

Правила жизни
Не так страшен чертеж Не так страшен чертеж

Сергей Кузнецов о важности эмоций в архитектуре и неизбежности плотной застройки

Men Today
Что прочитать, чтобы начать жизнь заново и поверить в себя: 3 бестселлера Что прочитать, чтобы начать жизнь заново и поверить в себя: 3 бестселлера

Книги, которые помогут по-новому взглянуть на то, что у нас уже есть сейчас

Psychologies
Марк. Мария Марк. Мария

Феномены-зумеры Мария Мацель и Марк Эйдельштейн в наступающей эре Водолея

Собака.ru
Ближний Восток в спирали войны Ближний Восток в спирали войны

Остановит ли иранский удар амбициозные планы Биньямина Нетаньяху?

Монокль
Пятьдесят — это новые тридцать Пятьдесят — это новые тридцать

Стоит ли радоваться тому, что старость теперь приходит позже?

РБК
10 продуктов питания для эффективного сжигания жира 10 продуктов питания для эффективного сжигания жира

Когда дело доходит до потери жировых отложений, диета играет решающую роль

ТехИнсайдер
Дело валютчиков: как в СССР судили подпольных миллионеров Дело валютчиков: как в СССР судили подпольных миллионеров

Уникальное дело «королей» валютного мира СССР

ТехИнсайдер
Даниил Шульгин Даниил Шульгин

Даниил Шульгин — звезда дизайна с уклоном в трэш-эстетику и древесный художник

Собака.ru
Открыть в приложении