Больше поросят и меньше болезней: как уфимские ученые редактируют гены животных
Вся работа начинается здесь – в этой лаборатории. Из крови животных, которых разводят на сельхозпредприятиях региона, извлекают ДНК. В дальнейшем очищенный генетический материал помещают в пробирки, где в условиях глубокой заморозки он способен сохранять свои свойства на протяжении нескольких десятилетий.
Выделение ДНК - задача не из простых. Несмотря на обилие методов, суть одна: сначала в кровь добавляют специальные вещества, чтобы разрушить клеточную оболочку, а затем и ферменты, которые очищают ДНК от белков и других компонентов. На выходе получается едва заметная нить, похожая на крошечную медузу. Она-то и хранит генетический код животного. В зависимости от технологии процесс длится от часа до нескольких суток. Быстрее всего с задачей справляются автоматизированные станции.
Михаил Шеин, научный сотрудник Института биохимии и генетики УФИЦ РАН:
«Мы добавляем в нашу плашку специальные растворы для очистки, буфер, магнитные частицы. Прибор в какой-то момент эти магнитные частицы переносит в кровь, ловит оттуда ДНК, дальше проходит несколько стадий очистки, помещает все это в буфер, и уже из этого буфера мы можем получать готовую суспензию, с которой можно работать».
Информация о биологическом образце хранится в биобанке, где ученые уже не первый год собирают генетические данные о различных породах свиней. За всё время работы Института биохимии и генетики Уфимского исследовательского центра научные сотрудники собрали большой цифровой архив, который в будущем станет фундаментом для прорывных открытий в области геномной селекции.
Ксения Мирокиянц, корреспондент:
«На данных серверах хранится и обрабатывается массив генетической информации более чем 50 тысяч жителей регионов России, которые собирали на протяжении 30 лет. Кроме того, база включает данные о геномах животных: свиней, кур и лошадей».
Данные позволят выявить генетические маркеры хозяйственно полезных признаков животных, чтобы затем применить эти знания в реальном секторе агропромышленного комплекса. Этой работой и занимаются специалисты Центра интеллектуальной геномики. К примеру, Даниил Поздеев сейчас ищет решение актуальной проблемы - какие породы куриных эмбрионов наиболее пригодны к транспортировке без потери их жизнеспособности.
Даниил Поздеев, лаборант-исследователь лаборатории геномных и пост-геномных технологий в животноводстве Института биохимии и генетики УФИЦ РАН:
«Мы хотим это исследовать путем так называемого люцефиразного теста. Это фермент, который позволяет светиться светлячкам в темноте. И в зависимости от активности этого регуляторного участка у нас будут разные степени свечения и можно будет исследовать как раз активность этой конструкции в определенных условиях».
Исследование также включает изучение генетических особенностей свиней. Эти животные часто подвержены таким проблемам, как хромота и каннибализм. Чтобы улучшить здоровье будущих особей, ученые исследуют генетические маркеры и помогают избегать развития различных заболеваний.
Ольга Савельева, научный сотрудник лаборатории геномных и пост-геномных технологий в животноводстве Института биохимии и генетики УФИЦ РАН, кандидат биологических наук:
«Допустим, здесь представлен маркер, обнаруженный с наиболее высоким уровнем значимости. Мы можем сказать, что если у поросят есть вариант такого локуса, то с большим уровнем вероятности у данной свиньи будет рождаться больше поросят и они, когда будут генотипировать этих свиней, они выберут свинью с данным маркером - и у нее будет больше поросят, а у них больше продуктивность».
Такой процесс называется геномным редактированием. Он позволяет биологам целенаправленно вносить изменения в геном животного, что может повысить продуктивность и снизить заболеваемость.
Елена Михайлова, старший научный сотрудник Института биохимии и генетики УФИЦ РАН, кандидат биологических наук:
«Типичным примером геномного редактирования для свиней является редактирование гена CD-163. Для этого здесь с помощью геномного редактирования, в этой области вносят мутацию, которая приводит к поломке этого вредного гена и вирус фактически не может прикрепиться к клеткам свиньи, они становятся для него неуязвимыми».
Геномика - это новое направление в генетике, объединяющее методы анализа ДНК и искусственный интеллект для ускорения селекционных процессов. Сегодня этот проект реализуется в рамках крупных научных инициатив.
Эльза Хуснутдинова, научный руководитель Института биохимии и генетики УФИЦ РАН, доктор биологических наук, профессор, член-корреспондент Российской академии образования:
«Для проведения этих исследований мы получили большой мегагрант по 100 миллионов в год на 5 лет. Второй мегагрант касается развития геномных технологий. Называется «Постгеномные технологии в развитии птицеводства». То есть мы также ищем гены, которые отвечают, например, за яйценоскость кур, и ищем гены, которые отвечают за развития различных заболеваний».
Современные генетические исследования и технологии редактирования генома позволяют не только улучшать продуктивность сельскохозяйственных животных, но и снижать экономические риски, связанные с их содержанием. А это, в свою очередь, напрямую влияет на продовольственную безопасность нашей страны.