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

Азиатская лихорадка: к чему приводит одержимость учебными достижениями Азиатская лихорадка: к чему приводит одержимость учебными достижениями

Почему азиатская образовательная модель восхищает и тревожит одновременно

Forbes
Ольга Нижельская: Слушать рок после классики — это как поесть жареной картошки после японского ресторана Ольга Нижельская: Слушать рок после классики — это как поесть жареной картошки после японского ресторана

Ольга Нижельская: как усталость от чужих текстов побуждает написать свой

СНОБ
Тоня Углова Тоня Углова

Автор игрушки кота Владислава про гримасы и фрейдистскую концепцию «жуткого»

Собака.ru
«Газпром»: спасение достояния «Газпром»: спасение достояния

Возможные направления программы развития крупнейшей российской газовой компании

Монокль
Очень скучное кино: почему список рекомендуемых фильмов вряд ли понравится школьникам Очень скучное кино: почему список рекомендуемых фильмов вряд ли понравится школьникам

Почему список фильмов, рекомендованных для школьников, очень скучный

Forbes
Как иммигрантка из Ирана заработала миллиарды благодаря точным инвестициям в биотех Как иммигрантка из Ирана заработала миллиарды благодаря точным инвестициям в биотех

Маки Зангане: от эмиграции из Ирана до успешного проекта в биотехе США

Forbes
Дорожные «Карты»: почему «Яндекс» чуть не закрыл «Навигатор» Дорожные «Карты»: почему «Яндекс» чуть не закрыл «Навигатор»

В 2021–2022 годах «Яндекс» рассматривал возможность закрытия «Навигатора»

Forbes
Отпуск на водах Отпуск на водах

Какова цена оздоровительного путешествия

Деньги
Чем опасны кредитные карты и когда их не стоит оформлять? Чем опасны кредитные карты и когда их не стоит оформлять?

Все чаще рекламные ролики банков кредитным картам. Для чего же банки это делают?

Наука и техника
«У нас сохранилась практика раскрытия информации» «У нас сохранилась практика раскрытия информации»

Что сегодня способствует развитию нефинансовой отчетности в России

РБК
Так «бомж-пакет» или деликатес? 10 неожиданных фактов о лапше быстрого приготовления Так «бомж-пакет» или деликатес? 10 неожиданных фактов о лапше быстрого приготовления

Чего вы не знали о лапше быстрого приготовления

ТехИнсайдер
«Для IPO рынок сейчас слишком спекулятивный» «Для IPO рынок сейчас слишком спекулятивный»

О том, как криптовалюты отбирают аудиторию у классических брокеров

Монокль
Кострома: Личный опыт Кострома: Личный опыт

Впечатления автотуристов из Москвы, которые приехали в Кострому на уик-энд

КАНТРИ Русская азбука
Яркий сжатый вакуум сгенерировал высокие гармоники Яркий сжатый вакуум сгенерировал высокие гармоники

Физики сгенерировали высокие гармоники в магний-легированном ниобате лития

N+1
Жизнь без варикоза Жизнь без варикоза

Как предупредить варикозную болезнь ног

Здоровье
Борьба с вирусом: как быстро вылечить простуду Борьба с вирусом: как быстро вылечить простуду

Когда простуду можно вылечить самостоятельно?

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

Уникальное дело «королей» валютного мира СССР

ТехИнсайдер
Все краски бизнеса Все краски бизнеса

В чем отставание от времени красных организаций и каковы перспективы бирюзовых

РБК
Что делать, если новая кожаная сумка пахнет химикатами: 5 советов по борьбе с неприятным ароматом Что делать, если новая кожаная сумка пахнет химикатами: 5 советов по борьбе с неприятным ароматом

Из-за чего появляется запах химикатов и как от него избавиться?

ТехИнсайдер
Осенняя уборка! Вещи, от которых нужно избавиться Осенняя уборка! Вещи, от которых нужно избавиться

Какие вещи стоит регулярно выбрасывать из дома?

VOICE
Будь как Элтон Джон: почему люди отказываются от новых смартфонов ради ретрогаджетов Будь как Элтон Джон: почему люди отказываются от новых смартфонов ради ретрогаджетов

Что такое цифровая усталость и почему люди переходят на кнопочные телефоны

Forbes
Тень учителя Тень учителя

Василий Степанов о Мэгги Смит

Weekend
Евгений Шмидт: «Многие используют Германию в целях обогащения» Евгений Шмидт: «Многие используют Германию в целях обогащения»

Правящая партия Германии сознательно проводит политику привлечения мигрантов

Монокль
Восток заходит с Запада Восток заходит с Запада

Geely, но только Belgee

Автопилот
Мульт-психолог: как воспитать в ребенке эмпатию на примере анимационных фильмов Мульт-психолог: как воспитать в ребенке эмпатию на примере анимационных фильмов

Какие мультики помогают детям формировать эмоциональный интеллект

Psychologies
«Глупые катастрофы, умные катастрофы» «Глупые катастрофы, умные катастрофы»

Фрагмент из книги «Мертвый лев. Посмертная биография Дарвина и его идей»

Знание – сила
Такой разный стресс Такой разный стресс

Чем полезен и вреден стресс для организма?

Здоровье
Изобретательская работа как путь к инновациям Изобретательская работа как путь к инновациям

Преимущества изобретательской деятельности и вопросы, связанные с патентованием

Наука и техника
Мочевина для дизеля: что это такое и для чего нужна Мочевина для дизеля: что это такое и для чего нужна

Специальная жидкость с малоаппетитным названием раствор мочевины. Для чего она?

РБК
По следам ушедшей эпохи По следам ушедшей эпохи

Реконструкция уникальной исторической квартиры в стиле ар-нуво

SALON-Interior
Открыть в приложении