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

Что случилось у червей: маленькая загадка большой эволюции Что случилось у червей: маленькая загадка большой эволюции

Почему кольчатые черви — одна из самых успешных на планете групп организмов

СНОБ
Истоки инсектофобии и арахнофобии, или Почему нас так пугают насекомые и членистоногие Истоки инсектофобии и арахнофобии, или Почему нас так пугают насекомые и членистоногие

Почему люди боятся крошечных насекомых?

ТехИнсайдер
Интервью Дарьи Екамасовой — о фильме «Анора», восприятии российской культуры в мире и Каннском кинофестивале Интервью Дарьи Екамасовой — о фильме «Анора», восприятии российской культуры в мире и Каннском кинофестивале

Актриса Дарья Екамасова — как артисту попасть в зарубежный проект?

СНОБ
«Слава Богу, что я на земле без отчизны остался» «Слава Богу, что я на земле без отчизны остался»

Знал ли Бродский, стоя в аэропорту, что никогда больше не увидит родителей?

Дилетант
Улучшит работу мозга! Вот почему надо есть больше свеклы: интересные факты Улучшит работу мозга! Вот почему надо есть больше свеклы: интересные факты

Почему вам нужно обязательно включить свеклу в свой рацион?

ТехИнсайдер
Космос, мифы и наука: 5 детских книг, которые интересно прочитать и взрослым Космос, мифы и наука: 5 детских книг, которые интересно прочитать и взрослым

Пять книг, которые заинтересуют тех, кто готов взглянуть на детскую литературу

Maxim
«Глупые катастрофы, умные катастрофы» «Глупые катастрофы, умные катастрофы»

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

Знание – сила
Что такое адаптивный круиз-контроль и чем он отличается от обычного Что такое адаптивный круиз-контроль и чем он отличается от обычного

Адаптивный круиз-контроль: что за устройство, в чем сильные и слабые стороны?

РБК
Малая авиация без мифов и предрассудков Малая авиация без мифов и предрассудков

Что нужно сделать, чтобы стать частным пилотом в России?

РБК
Самые шокирующие продукты, которые съедали домашние животные Самые шокирующие продукты, которые съедали домашние животные

Опрос выявил самые странные вещи, которые наши любимцы не против проглотить

ТехИнсайдер
Сама себе режиссер Сама себе режиссер

Ирина Горбачёва в фильме «Говорит Земля!» играет экоактивистку

OK!
Буржуйка в изразцах Буржуйка в изразцах

Изразцы Ярославля как источник вдохновения для строительства печки на своей даче

КАНТРИ Русская азбука
Ирина Тиусонина — о премии Wheretoeat, российских ресторанах в Дубае и выходе на международный рынок Ирина Тиусонина — о премии Wheretoeat, российских ресторанах в Дубае и выходе на международный рынок

Как изменилась ресторанная индустрия и почему звезды Мишлен больше неактуальны

СНОБ
Профессия Профессия

Смешные, дикие и просто увлекательные истории от агентов известных актеров

Правила жизни
Сначала птерозавры лазали по деревьям и только потом поднялись в небо Сначала птерозавры лазали по деревьям и только потом поднялись в небо

Конечности птерозавров ранней мезозойской эры приспособлены для деревьев

ТехИнсайдер
Кострома: Личный опыт Кострома: Личный опыт

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

КАНТРИ Русская азбука
Валерия Федорович: «После «Кухни» мне ничего не страшно» Валерия Федорович: «После «Кухни» мне ничего не страшно»

Думала: что ему до моих проблем? А он отнесся ко мне по-человечески

Караван историй
Почему российские мужчины ревнуют женщин к иностранцам Почему российские мужчины ревнуют женщин к иностранцам

Российские мужчины ревнуют женщин только к иностранцам или вообще ко всем?

Psychologies
Фотоохота Фотоохота

Георгий Кардава — один из самых интересных и самобытных фотографов

Men Today
Мы его теряем! Мы его теряем!

14 необычных способов похудеть

Лиза
Курс на Восток Курс на Восток

Интерьер как портрет владелицы с учётом принципов древнеиндийской философии

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Из почти полезного напитка в отраву: почему вино превращается в уксус Из почти полезного напитка в отраву: почему вино превращается в уксус

Почему вино может стать кислым и непригодным к употреблению?

ТехИнсайдер
«Белая дача». Чехов в Ялте «Белая дача». Чехов в Ялте

Почему Чехов решил построить себе дачу на юге?

Караван историй
«В реальности жести побольше» «В реальности жести побольше»

Зака Абдрахманова о своем дебюте «Папа умер в субботу»

Weekend
Неизбывность сюжетов и снега: как прошел фестиваль «Маяк» Неизбывность сюжетов и снега: как прошел фестиваль «Маяк»

О программе фестиваля актуального российского кино «Маяк»

РБК
Моторный допинг: как велоспортсмены незаконно «прокачивают» свой байк Моторный допинг: как велоспортсмены незаконно «прокачивают» свой байк

Допинг в велоспорте: не только для спортсменов, но и для их байков

ТехИнсайдер
Какой стороной стелить фольгу — глянцевой или матовой? Вопрос, на который многие затрудняются ответить Какой стороной стелить фольгу — глянцевой или матовой? Вопрос, на который многие затрудняются ответить

Какой стороной фольги правильно оборачивать продукты — матовой или глянцевой?

ТехИнсайдер
Так ли надежна пневмоподвеска на самом деле? Так ли надежна пневмоподвеска на самом деле?

Пневмоподвеска против классики: что лучше?

Maxim
Как отстирать белые носки без использования отбеливателя: 5 методов, проверенных временем Как отстирать белые носки без использования отбеливателя: 5 методов, проверенных временем

Сделать носки снова белоснежно чистыми не так уж и сложно!

ТехИнсайдер
«Мораль. О восстановлении общего блага в эпоху разобщенности» «Мораль. О восстановлении общего блага в эпоху разобщенности»

Чем опасны одиночество и социальная изоляция

N+1
Открыть в приложении