Печатная версия
Архив / Поиск

Archives
Archives
Archiv

О газете
Редакция
и контакты

Подписка на «НВС»
Прайс-лист
на объявления и рекламу

К 50-летию СО РАН
Фотогалерея
Приложения
Научные СМИ
Портал СО РАН

© «Наука в Сибири», 2018

Сайт разработан и поддерживается
Институтом вычислительных
технологий СО РАН

При перепечатке материалов
или использованиии
опубликованной
в «НВС» информации
ссылка на газету обязательна

Наука в Сибири Выходит с 4 июля 1961 г.
On-line версия: www.sbras.info | Новости
 
в оглавлениеN 4 (2290) 26 января 2001 г.

ЧТО ПРОИСХОДИТ В ЯДРЕ КЛЕТКИ?

Ольга УШАКОВА, "НВС"

Поисками ответов на этот глобальный вопрос генетики мира были заняты в течение всего XX века. Свой вклад в этот поиск внесли три исследователя из Института цитологии и генетики СО РАН: член-корреспондент И.Жимулев, доктора наук Е.Беляева и В.Семешин. Накануне нового года они стали лауреатами престижной награды в области наук о жизни -- премии им. Н.К.Кольцова.

Академических премий и наград удостоены многие ученые СО РАН, но премию им. Н.К.Кольцова, одного из самых известных генетиков начала XX века, можно в данном случае назвать особенной. Она настолько "попала" по адресу, что ее почетность еще больше возрастает. Из истории науки известно, что еще в 1928--1935 годы именно Николай Константинович Кольцов задолго до других исследователей предположил, что хромосомы представляют собой длинные молекулы, а гены в них -- это особые радикалы, расположенные линейно по всей длине. В 1934 году именно Кольцов первым предложил модель организации политенных хромосом, и многие из его предположений блестяще подтвердились. И вот сегодня этой премии имени Кольцова удостоены сибиряки -- член-корреспондент Игорь Жимулев и доктора наук Елена Беляева и Валерий Семешин, сотрудники лаборатории молекулярной цитогенетики из Института цитологии и генетики СО РАН.

Сообщение о премии пришло в самый канун Нового года, нового века и нового тысячелетия. Не с каждым так происходит, поэтому и награда кажется совершенно особенной, да и работа, отмеченная ею, словно выбрана фортуной...

Само название цикла работ звучит весьма фундаментально: "Молекулярно-генетическая организация политенных хромосом". Сложно даже для общих биологов и химиков, не говоря уже о технарях или гуманитариях. Но понять хочется, тем более, что политенные хромосомы находятся в ядре клетки, и на самом деле какие-нибудь перспективные прикладные результаты работ в этой области могут в будущем пригодиться любому человеку.

Заведующий лабораторией Игорь Федорович Жимулев рассказал об истоках интереса к политенным хромосомам. Собственно, все это тесно связано и переплетено с глобальными открытиями генетики в прошедшем веке и с хромосомной теорией в целом. Как в пословице -- не разлить водой.

Каковы цели любой биологической работы? Изучить жизнь в целом; изучить жизнь человека, его болезни и способы их лечения. Растущее народонаселение Земли требует производить все большее количество продуктов питания. Казалось бы, и нужно в первую очередь изучать человека, и те организмы, которые ему "полезны". Но, изучая их, мало что можно понять. Уж очень они сложны. Поэтому общие закономерности можно выявлять на более простых, модельных объектах. Их у генетиков немного, около дюжины: бактерия -- кишечная палочка, микроскопический червячок -- нематода, микрорастение арабидопсис, мышь, некоторые виды одноклеточных грибов и инфузорий, горох, кукуруза, куры и, все активнее в последние годы -- человек. Но самым лучшим объектом является дрозофила. Не в последнюю очередь потому, что на некоторых стадиях развития у нее формируются политенные хромосомы. Что это такое?

В начале XX века не было таких микроскопов, через которые можно было бы наблюдать, что происходит в ядре клетки, когда хромосомы активны. Кроме того, обычную хромосому, как потом стало известно, в "работающем" состоянии и увидеть-то невозможно. Но есть такой этап, когда хромосома компактизуется при делении клетки, и в момент, когда "половинки" "упакованы" и "разъезжаются", хромосомы становятся на некоторое время "видимыми". Собственно, именно их и называют хромосомами, но стоит только хромосоме декомпактизоваться в обычное рабочее состояние, она снова "невидима". Таким образом, в процессе реализации наследственной информации хромосому увидеть невозможно. Степень укорочения ДНК в цикле компактизации-декомпактизации очень велика -- примерно в 10 000 раз. Если изменить масштаб размеров и представить, что нить ДНК в клетке в развернутом виде имеет длину, равную расстоянию от ИЦиГ до Бердска, то в хромосоме делящейся клетки она превратилась бы в отрезок длиной всего в 1 метр.

Понятно, что всем исследователям хотелось видеть не саму упаковку, а работающий объект, чего позже и удалось добиться... Так вот, забегая вперед, скажем, что работающими и видимыми при этом как раз и являются политенные, то есть многонитчатые хромосомы. Обнаружили их вообще-то лет 120 назад, в конце XIX века, а потом лет пятьдесят не могли понять, что же это такое. Только в 30-е годы XX века выяснилось, что это хромосомы.

Как возникают политенные хромосомы? В каждой клетке, как известно, две нити ДНК, перед каждым клеточным делением они удваиваются и далее должны расходиться. Как правило, так и происходит, но не всегда и не везде. В некоторых клетках, достаточно редко встречающихся, они удваиваются и остаются рядом. Клетка не делится. Затем эти четыре нити снова удваиваются и остаются рядом, далее -- снова и снова. И все эти хромосомные нити работают, и процесс их активности наблюдаем, потому что хромосомы большие и развернутые.

Фактически политенная хромосома -- объект-гигант, по сравнению с обычной двунитчатой хромосомой. Это жгут, состоящий из одной-двух тысяч нитей, словно одна гигантская хромосома... Понятно, что и сама клетка с политенными хромосомами тоже огромна. Все увеличивается в тысячу раз и все наблюдения структур хромосом в активном и неактивном состоянии можно вести, используя обычный лабораторный микроскоп.

Почему и по какой причине образуются политенные хромосомы, вопрос отдельный, фундаментальный и недостаточно изученный. Но относительно человека можно привести такой пример: в организме матери для питания будущего ребенка есть специализированная ткань, которая должна "кормить" этот эмбрион. В ней тоже образуются такие же гигантские клетки и политенные хромосомы. Задача организма заключается в том, чтобы не тратя время на деление клеток, быстро увеличить нужные функции клетки. В принципе политенные хромосомы и возникают в подобных необходимых случаях. А само явление так и называется -- политения.

Но генетики любят политенные хромосомы не за это. Их гигантские размеры используются для того, чтобы увидеть то, что скрыто в хромосомах других типов. Это очень удобная модель для анализа множества генетических процессов. В начале 1930-х годов работы на политенных хромосомах дали решающее подтверждение хромосомной теории наследственности Т.Моргана. Чуть позже, в 1936 году, одновременно Н.Дубинин в СССР и Ф.Добжанский в США использовали их для изучения структуры популяций. Еще лет через 20 оказалось, что в политенных хромосомах методом простого наблюдения в микроскоп можно выявлять активные гены. Потом, в 1960-м году, впервые установили, что гормоны действуют на живые организмы, активируя и инактивируя их гены. Чуть позже, используя политенные хромосомы, открыли новое биологическое явление -- синдром клеточного стресса (или, по-другому, теплового шока). Огромные успехи генной инженерии, и в первую очередь, на дрозофиле, не в последнюю очередь связаны с наличием у этой мушки политенных хромосом, ибо каждый шаг клонирования ДНК можно контролировать непосредственно под микроскопом.

Вот с этими-то хромосомами и имеют дело исследователи ИЦГ. Лаборатория молекулярной цитогенетики, возглавляемая И.Жимулевым -- современное звено научной российской школы, заложенной Н.Кольцовым. Если говорить об истории, то прямым учеником Кольцова был Н.Дубинин, основоположник ИЦиГ. Далее эти исследования развивали В.Хвостова, Ю.Керкис, А.Прокофьева-Бельговская -- легенда нескольких поколений генетиков. Все трое -- И.Жимулев, Е.Беляева и В.Семешин -- считают, что им крупно повезло, потому что они успели пообщаться с этими светилами науки. Начало возрождения интереса к политенным хромосомам в нашей отечественной науке после периода лысенковщины связано с работами д.б.н., профессора И.Кикнадзе, которая вновь ввела политенные хромосомы, как объект цитологических исследований, начав работать в СО АН с января 1958 года. В ее лаборатории работали все трое.

В 1976 г. группа И.Жимулева стала развиваться самостоятельно, став ядром новой лаборатории -- молекулярной цитогенетики, главным направлением которой является генетическая организация политенных хромосом. Естественно, результаты работы получены как итог труда большого коллектива (сейчас со студентами в лаборатории 34 человека). И это несмотря на то, что за последние 10 лет 15 человек уехали насовсем в США и Западную Европу. Подросли и исследователи нового поколения: Г.Похолкова, супружеская чета О. и С.Демаковых, совсем молодые к.б.н. А.Алексеенко, Д.Коряков и И.Макунин...

А дальше -- 25 лет исследований этой большой группы ученых, сложившейся научной школы профессора И.Жимулева. Сегодня он читает лекции студентам НГУ, написал учебник по генетике. За эти годы вышло около 250 публикаций в журналах, издано также шесть томов -- монографии по политенным хромосомам, три из них -- в США. В последнее десятилетие финансирование сводилось к 1 проценту от необходимого и деньги приходилось добывать самыми разными способами. Понятно, теперь есть и гранты, но об одной истории стоит рассказать отдельно. Написал И.Жимулев учебник по генетике в 1996 году. Нужен компьютерный набор. Одних рисунков 450. Стала лаборатория искать, что называется, спонсора. Обращались в банки, к предпринимателям... И вот один из них говорит: свободных денег у меня нет, а рыбы камбалы много. Предложил такой подарок -- 100 кг этой рыбы, да по мелочам -- сапоги зимние, ботинки, да 50 банок консервов рыбных. Привез завлаб И.Жимулев эту камбалу в институт и предложил ее до зарплаты, в кредит, так сказать, сотрудникам лаборатории, да еще и дешевле, чем в магазине. Рыбу разобрали вмиг, а деньги вернулись при выплате задержанной зарплаты. Все оказались сыты, и учебник был набран. Можно, конечно, смеяться или возмущаться, но ведь государство и кильки на эту работу не предложило, только зарплату задерживало.

Чем же занимаются в лаборатории молекулярной цитогенетики? Как и другие генетики, сотрудники лаборатории также используют политенные хромосомы как модель, но уже модель организации активно функционирующих хромосом у всех организмов. Под микроскопом, в который корреспонденту "НВС", конечно же, предложили заглянуть, отчетливо виднелись длинные поперечно-полосатые изящные змейки, похожие на кобру с раздутым клобуком.

Наши исследователи занимались все эти годы тем, что расшифровывали генетическую и молекулярную структуру различных участков политенных хромосом. Они установили, вопреки устоявшимся в мире каноническим постулатам, что каждая из полосок в хромосоме (диск) может содержать не один, а много разных генов. Как писал потом в журнале Nature М.Ашбурнер, один из столпов современной цитогенетики, Жимулев и коллеги "предали анафеме постулат: 1 диск -- 1 ген". В свое время предшествующими исследователями было изучено и описано явление вздутия части хромосомы, получившего название "пуф" -- локальная активность считывания информации с гена (тот самый "клобук"). И в лаборатории И.Жимулева стали пробовать способы воздействия на отдельные гены-участки действием гормонов. Оказалось, можно изменить каскад генной активности -- заставить какие-то гены работать активнее, а можно инактивировать вообще. Здесь открывались широкие возможности, "предоставляемые" именно политенностью хромосом.

Другими научными результатами лаборатории являются разработка оригинальной модели организации политенных хромосом; способы генетического анализа и клонирования различных структур политенных хромосом, в том числе активно работающих генов-пуфов, моделирования дисков политенных хромосом с помощью генно-инженерных методов. Многое сделано впервые в мире. Особенно интересной представляется разработка каскадного принципа пуфообразования. В этих хромосомах впервые найден ген, работающий как включатель или триггер. Он способен включать или отключать целый каскад -- сотни других генов. Поиск гена-триггера был целенаправленным и происходил по специальному сценарию.

В общем, речь идет о сложных фундаментальных процессах, которые удается исследовать благодаря моделям, разработанным учеными лаборатории молекулярной цитогенетики, предложенным способам анализа и так далее. Ценно, естественно то, что все это становится достоянием науки в целом и может быть использовано для дальнейших шагов вперед генетиками самых разных стран. Но приоритет -- наш! Генная система, открытая в лаборатории молекулярной цитогенетики, стала потом объектом исследований в полутора десятках лабораторий мира.

Вот, например, на прошедшей в Цюрихе в 2000 году конференции по гормональному контролю генных взаимодействий, работу об открытии гена-триггера цитировали не меньше ста раз. Так что ее можно назвать этапной для развития генетики, как фундаментальной науки.

Каждый из трех ученых -- а они вместе уже 25 лет -- внес свой вклад в общую работу. Валерий Федорович Семешин "придумал", как создавать и анализировать искусственные структуры хромосом, используя трансформацию -- встраивание в хромосому фрагментов чужеродного генетического материала с заданными характеристиками. Игорь Федорович назвал его лучшим электронным микроскопистом мира среди работающих с политенными хромосомами и, наверно, в этом нет натяжки. На счету Елены Сергеевны Беляевой -- кроме других достижений -- открытие еще одного специфического гена, контролирующего политенизацию, а также выявление особой формы генетической инактивации.

В структуре "змейки" хромосомы исследователи выделили для себя еще целую серию интересных микроструктур. По длине хромосомы расположились около 3000 светлых полосок-участков, каждый размером около микрона. И никто в мире пока не знает, что это такое. Но генно-инженерными методами нашим исследователям удалось "вытащить" и исследовать шесть из них. Тоже впервые в мире.

Куда же применимы в конечном итоге результаты? Такой вопрос, безусловно, возникает и ответить на него можно так. По большому счету в мире сейчас идет формирование генной инженерии, как науки, создание генно-инженерных методов для фундаментальных исследований и прикладных работ. Сегодня в США, например, существует около 1,5 тысяч лабораторий, работающих с генетикой дрозофилы, в России же не наберется и полутора десятков. Именно поэтому в американских фирмах генно-инженерные методы используются уже в промышленных масштабах; в детских поликлиниках повсеместно есть генная диагностика; а определенные наследственные болезни уже лечатся генно-инженерными методами...

Конечно, американской профессуре история с камбалой и во сне не приснится, но результаты работ сибирских генетиков, наверно, кому-нибудь спать спокойно не дадут. Профессора И.Жимулева и его коллег неоднократно пытались сманить за границу, но бесполезно. Все они хотят работать только здесь, в России, среди людей, с которыми их связывают нити гораздо более прочные, чем это кажется на первый взгляд.

стр. 

в оглавление

Версия для печати  
(постоянный адрес статьи) 

http://www.sbras.ru/HBC/hbc.phtml?3+33+1