Печатная версия
Архив / Поиск

Archives
Archives
Archiv

Редакция
и контакты

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

© «Наука в Сибири», 2019

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 | Архив c 1961 по текущий год (в формате pdf), упорядоченный по годам
 
в оглавлениеN 13 (2698) 2 апреля 2009 г.

АСПЕКТЫ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ
РЕКОНСТРУКЦИИ РАСТЕНИЙ

С незапамятных времен усилия человека были направлены на то, чтобы извлечь из всего, что растет, колосится и плодоносит как можно больше пользы. И мир заметно продвинулся в своих устремлениях. Особенно с тех пор, как в дело включились исследователи-генетики.

Л. Юдина, «НВС»

Интеграционный проект «Разработка генно-инженерной платформы нового поколения для экспрессии целевых генов в составе внеядерных геномов клетки» объединил коллективы из нескольких институтов СО РАН — Цитологии и генетики, Химической биологии и фундаментальной медицины, Физиологии и биохимии растений, Химической кинетики и горения. Координатор проекта — доктор биологических наук Е. В. Дейнеко, заведующая лабораторией биоинженерии растений ИЦиГ.

— Елена Викторовна, можно перевести название проекта на общедоступный язык? И обоснуйте необходимость обращения к данной проблеме.

— Давайте попытаемся. Но прежде придется остановиться на некоторых этапах развития биологической науки. Что такое трансгенез, знает сегодня, наверняка, каждый. Исследователи научились переносить чужеродные гены — вирусов, микроорганизмов, растений, грибов, насекомых, человека в другие системы. Например, в кишечную палочку. Кишечная палочка работает на человечество десятки лет. Если человеческий ген интерферона перенести в эту самую палочку, она начнет его экспрессировать, т.е. активировать. Ген будет работать, человеческий интерферон накапливаться.

— Какие цели при этом преследуются?

— Накопленный интерферон можно использовать в интересах фармакологии, например, как иммуномодулятор.

— И такая технология существует?

— Не одно десятилетие! Кишечную палочку заставляют работать в лабораторных условиях — в пробирках она способна производить различные белки, в том числе и человеческие. Но, к сожалению, в искусственных условиях палочка трудится несколько хуже, чем в кишечнике человека.

Иллюстрация
Сотрудники лаборатории биоинженерии растений в теплице института: А. А. Загорская, научный сотрудник, Е. В. Дейнеко, завлаб, доктор биологических наук, Е. А. Филипенко, младший научный сотрудник, Ю. В. Сидорчук, научный сотрудник, Т. В. Маренкова, научный сотрудник, кандидат биологических наук.

Все организмы, как известно, разделены на две большие группы: прокариоты — низшие, эукариоты — высшие, к коим относится и человек. Скажем так, в лабораторных экспериментах мы имеем прокариотический уровень. Может быть модификация белков «не дотягивает» до нужной планки, чего-то еще не достает. То есть структура совершенна для уровня простейших, но в данном случае требуется более высокий.

Вот и приходится искать более гибкие системы, предлагаются разные подходящие клетки. Клетки насекомых сейчас рассматриваются как наиболее перспективные для накопления фармакологических белков.

— А клетки человека?

— В принципе, они наиболее оптимальны для наработки фармакологических белков. Но процедура эта чрезвычайно дорогостоящая. Поддерживать клетки в условиях in vitro, в искусственной среде — труднейшая из задач. Эксперименты, разумеется, идут. Одновременно ведется поиск альтернативных вариантов. Нужны дешевые способы производства фармакологических белков в эукариотических клетках.

И тогда исследователи обращают свой взор на растения. В течение двух десятилетий весьма интенсивно разрабатывается направление по использованию растительных клеток для получения фармакологических белков. На сегодняшний день проработаны способы интегрирования в растения генов иммуномодулирующих белков — интерлейкинов 10 и 18 человека.

— То есть проблема решена?

— Как часто случается, решены одни вопросы, тут же встают другие. Представьте только: чужеродный ген внедряется в ядерный геном растения, в район, где властвуют собственные гены.

— «Хозяевам» это не нравится?

— Гены растения приводят в действие свои ответные механизмы, и внедренные гены могут попросту не проявиться. Моя докторская как раз и была посвящена столкновению интересов чужеродных и родных генов, функционированию в этих условиях последних. Иными словами, хотя направление по внедрению в ядерный геном растений чужеродных генов интересно и перспективно, нужны и альтернативные варианты.

Иллюстрация

Наш интеграционный проект как раз и ориентирован на иные подходы. Рассматриваются так называемые внеядерные геномы растений — геномы хлоропластов и митохондрий.

— Чем они привлекательны?

— Геном хлоропластов, например, состоит из множества копий. И если в один хлоропласт мы перенесем одну копию человеческого гена, то в итоге в одной растительной клетке можем одновременно иметь 10 тысяч копий гена. И все они, что очень существенно, будут работать.

— Данное направление получило развитие?

— Ведущие биотехнологические центры мира активно работают в этой области. Есть положительные примеры. Когда в геном хлоропласта были перенесены чужеродные гены, то количество белка, который в результате накапливается в таких растениях, составило 46,3 %!

Если бы подобная ситуация случилась, когда такой же ген был интегрирован в ядерный геном, то выход белка не превышал бы одного процента.

— Счет 46:1 в пользу внеядерных геномов?

— Видите, какая огромная разница! Мы можем иметь растения, способные в значительных количествах накапливать человеческие белки. По сути, получаем биореактор, фабрику медицинских белков.

— Так почему же такой выгодный способ не освоен в широком масштабе, не перенесен в практику?

— Методически процедура очень сложна, но, тем не менее, многие биологические центры, о чем я уже упоминала, взяли эти технологии на вооружение. В мире примерно два десятка растений с заданными свойствами получены таким способом.

— А в России?

— Пока о результатах не слышно. Исследователи как бы опасаются подступаться к теме.

— А ваша лаборатория биоинженерии растений?

— Как раз вынашиваем грандиозный проект, который, по всем предположениям, обещает быть удачным. В интеграционном проекте мы объединили усилия специалистов, каждый из которых смотрит на проблему под своим углом зрения. И живые клетки, с которыми работаем мы, предстают перед ними совсем в другом ракурсе.

Иллюстрация

— Что нового, необычного предлагает творческий коллектив участников интеграционного проекта?

— Мы решили модифицировать подход к переносу чужеродных генов в хлоропластный геном, миновав длительную стадию последующего отбора клеток на антибиотиках.

Исследователи в биологических центрах мира обычно пользуются именно системами селекции на антибиотиках. Но процесс зачастую сопровождается спонтанными мутациями. Мы тоже получили спонтанные мутации, которые дают возможность хлоропластам приспосабливаться к антибиотикам, как бы имитировать событие интеграции чужеродного гена. Затем возникла идея сделать процесс более экономичным и гибким. Клетки будем сортировать, используя специализированный прибор — биологический сортер.

С помощью генной пушки переносим фрагмент ДНК чужеродного гена в растительную клетку — выстреливаем. Фрагмент встраивается именно в хлоропластный (а не в ядерный) геном.

— Стреляете прицельно, в конкретный участок?

— Попадание случайное. Событие это само по себе редкое. Хлоропластов в клетке около 10 тысяч, а мы угодили в один. Попали в какую-то точку. Следующий этап — требуется осуществить длительный процесс отбора, удалить все прочие хлоропласты, оставив только «пораженный» нами объект. Этот хлоропласт и будем размножать. То есть, произвели интеграцию гена в хлоропласт, собрали в кювету только те клетки, в которые попали фрагменты чужеродной ДНК и где произошла трансформация. И вот мы имеем инструментарий для дальнейших манипуляций — набор клеток-продуцентов. Своеобразный банк нужных качеств.

— Немного фантастично звучит. Пока это все на стадии задумок, проектов, предположений?

— Уже существуют методики. Весьма важно, что клетки остаются живыми, затем их можно опять культивировать.

— Подчеркните главную мысль всех этих превращений...

— Возможность разделения клеток как бы на две группы, выделения именно той их части, которая нужна для дальнейшей работы. (Есть прибор сортер, так почему бы не посортировать материал!). А как затем из отдельных клеток восстанавливать растение — мы в лаборатории все это умеем.

Если все, что задумали, осуществим, будет здорово!

— Иными словами, в этом случае вы предложите свой подход к получению новой линии трансгенных растений?

— Я бы сместила акцент в вопросе. Нас, прежде всего интересуют фундаментальные выходы. Лаборатория очень много и давно занимается вопросами трансгенеза. На эту тему готовятся и защищаются кандидатские и докторские диссертации. С точки зрения науки, даже оставляя в стороне вопрос, насколько важны данные технологии, абстрагируясь от практического аспекта, мы прежде всего должны в деталях изучить сам механизм взаимодействия родных и чужеродных генов, изменения, происходящие в геноме, характер мутаций и т.д. Все документируем. Может ответить на вопрос, надо ли бояться трансгенных растений.

— Пожалуйста, ответьте: надо ли бояться трансгенных растений?

— Сейчас один наш студент взялся выяснять, могут ли генетически модифицированные растения оказывать влияние на организм животного. Модельных мышей кормим разной морковкой — с чужеродными генами и обычной. Потом тщательнейшим образом будем проверять, в том числе и на нескольких поколениях.

Человеку, считаю, ничто не угрожает, если даже какая-то часть генетически модифицированных продуктов попадет в организм. Мы же едим разнообразную пищу — с разными ДНК. Тем более, что в желудке и кишечнике все сортируется, обрабатывается, утилизируется. А уж в клетки, которые ответственны за воспроизводство, такие фрагменты ДНК вообще не попадают и на наследственность, естественно, не влияют.

Углубляясь в дискуссию о вредности генмодифицированных растений и продуктов, где они присутствуют, оппоненты упускают из вида все положительные моменты. А их немало, и главный, пожалуй, за счет расширения площадей таких культур представляется возможность решить продовольственные проблемы, снять многие вопросы защиты растений от вредителей.

Вот вам один из ярких примеров. На российские поля пришел колорадский жук. Как с ним бороться? Сейчас на вооружении химические препараты, которые, конечно же, не безвредны. Но если удастся получить трансгенный картофель, устойчивый к колорадскому жуку, представляете, какая выгода!

— А мы будем опасаться, что клубни — вредные...

— Генно-инженерными методами можно сделать так, что дельта-токсин будет накапливаться только в листьях. Существуют специальные регуляторы — промоторы, которые при использовании и будут давать соответствующий сигнал, где должен сосредоточиться «контр-реагент».

Во многих странах сегодня засевают трансгенными растениями огромные площади, в мировом масштабе достигнуты ощутимые успехи в этой области. А в России трансгенные растения запрещены, и мы можем здорово отстать. Технологии эти сложны, но очень перспективны, в чем мы, исследователи, убеждаемся постоянно.

— Елена Викторовна, ваш интеграционный проект тоже работает на данную тему. Все его участники — единомышленники?

— Коллектив у нас замечательный! Энтузиасты, одержимые одной идеей. Валерий Павлович Мальцев, завлаб из Института химической кинетики и горения, за ним физические аспекты проекта. Сергей Николаевич Щелкунов, автор учебника по генной инженерии. Он представляет Институт биологической химии и фундаментальной медицины. С.Н. курирует генно-инженерные работы, то есть, конструирование специальных векторов, фрагментов ДНК, которые мы будем переносить в хлоропластные геномы. Юрий Михайлович Константинов, завлаб из Института физиологии и биохимии растений. Кстати, Юрий Михайлович — единственный из специалистов, кто занимается внеядерным геномом митохондрий. Именно митохондрии он пытается сейчас трансформировать чужеродными генами.

Если хлоропластные геномы все-таки в мире как-то вовлечены в работу, то к митохондриям только присматриваются. Предпринимаются лишь отдельные попытки. Но здесь еще непаханое поле, системы не развиты, не отработаны, масса проблем. Думаю, что подход, который мы пытаемся использовать в сортировке на клеточном уровне, очень пригодится.

— Есть ли все необходимое оборудование?

— Абсолютно! В нашей лаборатории имеется даже специальная генная пушка, с помощью которой можем «выстреливать» фрагментами ДНК в хлоропласты.

— Что на сегодня удалось сделать по интеграционному проекту?

— Обсудили со всей тщательностью пути и варианты решения задач и сейчас находимся на стадии интенсивной проработки каждого из пунктов проекта, всех тонкостей эксперимента — каждый со своих позиций. Регулярно собираемся. Правда, Юрий Константинович, поскольку находится в Иркутске, общается с нами с экрана компьютера. Очень бурными бывают дискуссии. Важно не просто понять, что и как делать, а синхронизировать действия, настроиться на одну волну. Чтобы сердца стучали в унисон.

Фото В. Новикова

стр. 6-7

в оглавление

Версия для печати  
(постоянный адрес статьи) 

http://www.sbras.ru/HBC/hbc.phtml?10+496+1