ОТ КАРИОТИПА —
К ПОЛНОМУ ГЕНОМНОМУ
СЕКВЕНИРОВАНИЮ
В августе в Академгородке прошла 5-я международная конференция «Кариосистематика беспозвоночных животных». В Новосибирске специалисты-кариологи собрались впервые. Основные заботы по организации престижного научного мероприятия взяли на себя Институт цитологии и генетики Сибирского отделения РАН и Новосибирский государственный университет при поддержке Института систематики и экологии животных СО РАН, Института зоологии РАН, Вавиловского общества генетиков и селекционеров.
Л. Юдина, «НВС»
Организационный комитет международной конференции возглавляла доктор биологических наук, главный научный сотрудник ИЦиГ, Заслуженный деятель
науки РФ
И. И. Кикнадзе.
И вот здесь я позволю себе небольшое лирическое отступление. Ия Ивановна — человек совершенно замечательный. Одна из самых первых сотрудников института, стопроцентный абориген Академгородка.
...Пятьдесят два года назад на перроне Новосибирского вокзала, ночью, почти в сорокаградусный январский мороз появилось существо совершенно необычное. На голове у девушки была легкомысленная шляпка, а на ногах — изящные ботики (европейский вариант!). Абсолютный романтик, И. И. Кикнадзе приехала покорять Сибирь, служить науке, даже не подумав о том, что климат в тех широтах заметно отличается от ленинградского.
Молодому специалисту не дали замерзнуть — встретили, приветили, поселили в теплой квартире. С тех пор Ия Ивановна с удовольствием трудится в ИЦиГ, обожает Академгородок, преклоняется перед теми, кто беззаветно служит науке.
Структура интерфазных хромосом, популяционная хромосомная изменчивость, кариосистематика беспозвоночных животных — это, собственно, то, чем
И. И. Кикнадзе занимается всю свою долгую научную жизнь. Еще в студенческие годы, в 1948 году она заинтересовалась структурой хромосомы. Позднее стала изучать, как дифференциальная активность генов определяет процесс развития организма, а затем увлеклась ролью хромосомной изменчивости в видообразовании.
В Сибири И.И. сразу почувствовала «дух свободы» — работалось легко и радостно. Она училась в ЛГУ в годы «лысенковщины» (здесь комментарии не требуются). А в Академгородок съехались сливки классической генетики, опальные специалисты самого высокого класса нашли здесь прибежище и убежище, работали в полную силу, «домоклов меч» не висел над их головами. Институт в то время возглавлял Н. Н. Дубинин.
Ия Ивановна вписалась в тематику института, продолжала работать в прежнем русле, но уже занималась тонкой организацией хромосомы с использованием молекулярных методов. Основным научным направлением Кикнадзе стала цитогенетика и кариосистематика.
— В чем суть кариосистематики?
— Кариосистематика — это раздел биологии, посвященный сравнительному изучению структуры и эволюции кариотипов видов живых существ. Кариотип вида включает в себя набор хромосом, в котором заключена генетическая информация о развитии каждого вида и характеризуется числом и морфологией хромосом. Кариотип — самая консервативная «деталь» в организме. По нему наиболее точно можно определить вид (если использовать соответствующие методики), в особенности в тех случаях, когда по морфологическим признакам это трудно или невозможно сделать.
— Специалисты в этой области собираются вместе не столь часто — во всяком случае, не регулярно. Первый раз провели всесоюзную конференцию в Ленинграде, в Зоологическом институте РАН в 1976 году. Сейчас только пятая. Чем это вызвано? Интерес к проблеме невысок?
— Интерес к кариосистематике всегда высок. Но в России регулярным встречам кариосистематиков существенно помешала перестройка: многие кариосистематики оказались в «странах ближнего зарубежья», многие уехали из страны, возникли финансовые трудности и.т.д. К тому же в последние годы кариосистематику потеснила геносистематика, основанная на применении молекулярных методов, которые значительно проще, чем цитологические. Однако, будущее, конечно, за разумным сочетанием кариосистематики и геносистематики.
— То есть процесс использования в кариологии новейших приемов исследования вполне закономерен?
— Все в духе времени — новое приходит на смену старому. Но в какой-то момент исследователи начинают осознавать, что нельзя и старое забывать. В любом эксперименте необходимо точно знать, с каким видом животных или растений проводится работа. Соответственно всегда нужна помощь кариосистематика, в особенности, когда требуется доказать, что все особи в исследуемой популяции принадлежат к одному виду. Конечно очень жаль, что в настоящее время число классических специалистов в области систематики и кариосистематики сокращается, и в скором времени мы можем встать перед проблемой серьезной нехватки таких квалифицированных специалистов. Поэтому в России стараемся всячески поддерживать развитие кариосистематики.
— Какие главные вопросы обсуждались на конференции?
— Согласно программе — «Структура и эволюция кариотипа», «Структура хромосомы», «Кариосистематика и геносистематика», «Общие проблемы кариологии», «Методические проблемы современного цитогенетического анализа». Эти вопросы охватывают весь спектр проблем, которые волнуют в настоящее время кариосистематиков и цитогенетиков. Нужно отметить, что до сих пор изучены таксономатически не все существующие на Земле виды. Более того, нельзя дать точного ответа на вопрос, сколько всего видов существует. Всё живое на Земле делится на позвоночных и беспозвоночных. Последние, коим и посвящен наш представительный научный форум — комары, клещи, мухи, дождевые черви, саранча и т.д.
— Не очень приятные объекты, замечу...
— Не скажите! Беспозвоночные — неотъемлемая часть нашей биосферы. Они составляют 95 % от всех видов, что обитают на Земле. И каждый играет свою роль. Хотя, конечно, немало от них неприятностей: комары кусают и переносят опасные инфекции, мухи надоедают и разносят бытовую заразу, саранча подчистую съедает посевы. Но немало и тех, что приносят ощутимую пользу: насекомые опыляют растения, пчелы дают мед, дождевые черви рыхлят землю и.т.д. А вспомните бабочек — какую красоту они дарят людям. Недаром сейчас почти в каждом крупном городе мира существуют «Дома бабочек», в которых множество их видов живут на свободе. Целые семьи, взрослые и дети, проводят в этих домах свои выходные дни, отдыхая от мирских забот.
Но повторяю, далеко не все беспозвоночные изучены. Более того, есть (точнее, были) и такие, которые уже исчезли — прогресс наступает, люди осваивают новые территории, используют инсектициды и другие антропогенные факторы, которые вызывают исчезновение десятков видов.
В частности сейчас в Европе остро поставили вопрос об очистке водоемов от вредных отходов жизнедеятельности человека. Здесь то и понадобились кариосистематики, в особенности кариосистематики беспозвоночных, которые могут оценить все биоразнообразие водных организмов, служащих наиболее хорошими индикаторами чистоты воды и биологической продуктивности водоемов. В частности к нам в ИЦиГ обратились ученые из Нидерландов с просьбой кариотипически определить виды хирономид в водоемах этой страны и оценить у них хромосомные нарушения. Надо отметить, что при проведении работы были обнаружены несколько видов, ранее не известных науке.
— Что особенно интересного было сообщено на конференции по проблемам строения и эволюции кариотипа?
— Началась конференция с впечатляющего доклада Н. Б. Рубцова (Новосибирск) об организации хромосом в интерфазном ядре. Это одна из самых трудных проблем цитогенетики, т.к. выявить структуру и расположение хромосом в интерфазном ядре неделящейся клетки крайне затруднительно. Н. Б. Рубцов продемонстрировал широкие возможности современных оптических подходов к анализу хромосомных территорий в интерфазном ядре, что в дальнейшем несомненно будет полезным для кариосистематики и филогении.
 |
У новосибирских и санкт-петербургских ученых много общих проблем для обсуждения
(В. А. Лухтанов, Н. Б. Рубцов, М. С. Раутиан).
|
На конференции были представлены первоописания или детализированные описания кариотипов для многих видов паразитических перепончатокрылых
(В. Е. Гохман, Москва), африканских хирономид (В. Вюлкер и др., Россия-Германия), полужесткокрылых клопов (С. Грозева, Болгария), бабочек-голубянок
(Н. А. Шаповал, И. А. Лухтанов и др., Санкт-Петербург), саранчевых (А. Г. Бугров и др., Россия-Польша, А. М. Гусаченко и др., Новосибирск), описторхид (К. С. Задесенец и др., Новосибирск) и мн. др. Особенность всех этих работ — привлечение современных методов исследования кариотипа в сочетании с традиционными методами (флуоресцентная in situ гибридизация, использование молекулярных маркеров), что значительно расширило разрешаюшие способности сравнительной кариосистематики. Правда, следует отметить, что применение молекулярно-цитологических методик к анализу кариотипа у беспозвоночных пока отстает от кариосистематики млекопитающих.
Большой интерес вызвал обзорный доклад В. А. Лухтанова и
В. Г. Кузнецовой (Санкт-Петербург), которые использовали для решения проблем кариосистематики беспозвоночных не только хромосомы ядра, но и хромосому митохондрий. Новые данные по перестройкам митохондриального генома беспозвоночных позволили критически пересмотреть гипотезы о взаимоотношении между основными группами на высоких таксономических уровнях.
— Скажите, пользуются ли авторитетом российские специалисты среди коллег за рубежом?
— Они очень уважаемы. В частности, кариосистематики из Санкт-Петербурга были приглашены принять участие в международной программе по изучению хирономид в реке По (Италия), которая сильно загрязнена тяжелыми металлами, новосибирские цитогенетики и кариоситематики возглавили международную программу по глобальному анализу хромосомных перестроек у хирономид на пяти континентах, ученые из Санкт-Петербурга впервые полно изучили кариотипы и молекулярную филогению бабочек-голубянок Балканского полуострова. Таких примеров можно приводить много.
— Рассматривались ли на конференции фундаментальные проблемы кариосистематики?
— Исследование структуры и эволюции кариотипа имеют как прикладное, так и фундаментальное значение, т.к. раскрывают сущность организации наследственного материала и его изменения при видообразовании. Но особенно важное фундаментальное значение приобретает изучение тонкой структуры главных элементов кариотипа — хромосом. Вопросам структуры хромосом посвятили два заседания. В связи с важностью оценки современных представлений об организации хромосом были заслушаны несколько глубоких обзорных докладов: В. А. Трифонов (Новосибирск) рассказал о природе теломерных районов хромосом, А. В. Вершинин (Новосибирск) — о природе центромерных районов и
Е. В. Дементьева (Новосибирск) — о сущности дозовой компесации генов у разных полов животных. На фоне этих обзорных докладов интереснее было обсуждать экспериментальные. С удовлетворением можно отметить, что большинство сообщений по структуре хромосомы содержали оригинальные данные, полученные с помощью новых методов локализации различных молекулярных маркеров в разных структурных элементах хромосомы: Н. Б. Рубцов (Новосибирск),
И. Е. Джетыбаев и др. (Новосибирск), Н. А. Шаповал (Санкт-Петербург), М. С. Вишневская (Санкт-Петербург),
К. С. Задесенец и др. (Новосибирск),
Г. Н. Артемов и др. (Томск), Т. В. Ананьева и др. (Томск), В. В. Голыгина и др. (Новосибирск), В. В. Дзюбенко (Новосибирск), А. Е. Ведерников и др. (Томск).
Приятно отметить, что стимулирующее действие на развитие молекулярно-цитологического изучения хромосом беспозвоночных оказала разработка в ИЦиГ метода микродиссекции отдельных участков хромосом и использование этой микродиссектированной ДНК в качестве молекулярных маркеров при сравнении кариотипов разных видов, проведенная под руководством Н. Б. Рубцова.
Обсуждение вопросов о структуре хромосомы никого из участников конференции не оставило равнодушным.
— Всегда интересно сопоставлять прошлое и настоящее. Вопросам эволюции уделили достаточно времени?
— Здесь также дебаты возникали постоянно. Заседания, где рассматривались эволюционные процессы, которые можно изучать с помощью анализа кариотипа, проходили очень интересно. Сравнивали, как работали кариосистематики раньше и каковы их нынешние возможности, что конструктивнее: анализ хромосом или молекулярный анализ.
Важно отметить, что фиксация хромосомных перестроек в эволюции теснейшим образом связана с событиями, происходящими в мейозе (деление половых клеток). Современные достижения в области молекулярно-цитологических механизмов мейотической конъюгации отцовских и материнских хромосом были строго и детально рассмотрены в докладе Ю. Ф. Богданова (Москва). В блестящем докладе П. М. Бородина (Новосибирск) эта тема была продолжена с позиций рекомбинации хромосом у гетерозигот по хромосомным перестройкам. С помощью четырех шнурков и при содействии двух санкт-петербургских барышень (см. фото) П.М. наглядно продемонстрировал, как в действительности происходят обмены участками между отцовскими и материнскими хромосомами в мейозе у гетерозигот.
 |
П. М. Бородин демонстрирует модель образования инверсионных петель у гетерозигот в мейозе.
|
Л. В. Высоцкая с соавторами (Новосибирск) обсудила новые аспекты взаимоотношений между кариологическими характеристиками мейоза и таксономическими признаками у саранчевых.
 |
Л. В. Высоцкая (Новосибирск) и
Ю. Ф. Богданов (Москва) — лидеры в области цитогенетики мейоза.
|
О сущности филогенетики как науки о генетических связях современных видов и необходимости разумной формализации полногеномных сведений дискутировал в своем докладе В. В. Алешин (Москва). Другой аспект филогении — филогеографии был подробно рассмотрен М. Г. Сергеевым (Новосибирск). Д. Ю. Щербаков (Иркутск) в своем эмоциональном докладе рассказал об особенностях видообразования у байкальских видов, используя методы геносистематики.
— На любой научной встрече много внимания уделяется оснащению научных лабораторий современным оборудованием, сегодняшнему дню науки. Отдали ли участники конференции дань этой теме?
— Последний день (а работали мы пять дней) был посвящен современным методикам исследований. Попутно замечу, что в Институте цитологии и генетики вот уже не один год существует Центр коллективного пользования микроскопических исследований, возглавляет который заместитель директора ИЦиГ д.б.н.
Н. Б. Рубцов. Он сделал на конференции прекрасные доклады «Сравнительная цитогенетика беспозвоночных: методические аспекты» и «Современные методы микроскопии: возможности, ограничения, выбор микроскопа для исследований».
Центр оснащен прекрасным оборудованием. Сюда приезжают биологи со всей страны для проведения совместных работ. А в силу того, что Николай Борисович, являющийся высококвалифицированным специалистом, ещё и очень коммуникабельный человек, он умеет налаживать контакты с коллегами, работающими в разных направлениях. По итогам этих работ на конференции был представлен настоящий фейерверк новых методик изучения кариотипа в исследованиях, связанных с люминесцентными окрасками. Завораживающая картина — ярко окрашенные структуры хромосом на экране!
В заключительный день провели и «круглый стол». Говорили о том, как сделать процесс исследования кариотипов беспозвоночных более эффективным, какие микроскопы и какую оптику лучше выбрать. Побывали в лаборатории, провели практическое занятие по микроскопии.
— Делаю выводы, что конференция проходила в атмосфере всеобщей доброжелательности?
— Именно так. И я бы сказала, что этот настрой задала вступительная речь академика В. К. Шумного, заведующего кафедрой цитологии и генетики НГУ, много лет возглавлявшего ИЦиГ. Хочется особо отметить, что и обстановка, и острые проблемы, поставленные в докладах, послужили основой для весьма полезных дискуссий, сопровождавших каждое заседание. Среди множества интереснейших сообщений следует выделить масштабный проект В. А. Мордвинова, заместителя директора ИЦиГ: «От кариотипа — к полному геномному секвенированию». Он показал, как от успешного изучения кариотипа можно перейти к полному секвенированию генома и транскриптома. В частности, Вячеслав Алексеевич с коллегами в совместной работе с РНЦ «Курчатовский институт» и центром «Биоинженерия» РАН занимается изучением генетических основ серьезного эпидемиологического заболевания — описторхоза, широко распространенного в Сибири. Исследование генома описторхов существенно облегчит решение прикладных задач — получение молекулярных и хромосомных маркеров для точной и быстрой диагностики описторхоза и выявление фармакологических целей для лечения этого заболевания.
 |
И. Е. Джетыбаев — его премьерный доклад на конференции был вполне успешен.
|
Отмечу еще одну характерную деталь — в конференции участвовало много молодежи. Молодые выступали с сообщениями, активно подавали голос в дискуссиях. Запомнился Ильяс Джетыбаев, ученик Н. Б. Рубцова. Это был его дебют, он первый раз участвовал с докладом в международной конференции. Яркие сообщения сделали ученики В. А. Лухтанова (Санкт-Петербург) — Н. А. Шаповал и
М. С. Вишневская, а также ученики В. Н. Стегния (Томск) — Г. А. Артемов и
Н. М. Немирович-Данченко.
В общем, было много приятных моментов. Я вообще очень трепетно отношусь к Академгородку и НГУ. Смотрела и радовалась. Каких замечательных специалистов выпускает наш университет: Н. Б. Рубцов, Л. В. Высоцкая, П. М. Бородин,
М. Г. Сергеев и многие, многие другие участники конференции. Интересные, абсолютно преданные науке люди!
Сибирь умеет принимать гостей. Сюда любят приезжать на научные мероприятия. Долго помнят о днях, проведенных в Академгородке, и при первой возможности вновь приезжают.
Фото А. Истоминой
стр. 10-11
|
