Приоритетное направление VI. 42. Биология развития и эволюция живых систем. Программа VI. 42. 1



Скачать 340.17 Kb.
Дата27.04.2016
Размер340.17 Kb.
ТипПрограмма
Приоритетное направление VI.42. Биология развития и эволюция живых систем.

Программа VI.42.1. Геномика и эпигенетика, организация генетического материала и ее роль в индивидуальном и эволюционном развитии прокариот и эукариот (координатор ак. И.Ф. Жимулев).

В Институте молекулярной и клеточной биологии в рамках международного проекта по картированию генома собаки (Dog Map project) проведено сравнительное изучение геномов собаки и ближайших родственников - видов собачьих евроазиатской, африканской и американской фаун (красной лисицы, американской, большеухой, бразильской и серой лисиц, фенека, майконга и кустарниковой собаки). Меченные различными флуорохромами 275 BAC-клонов, покрывающих геном собаки с интервалом в 10 мегабаз были локализованы на хромосомах всех перечисленных видов (рис.1). Выявлено большое число дополнительных перестроек внутри геномов собак, а также горячие точки перестроек, полученные данные нанесены на известное филогенетическое древо семейства. Обнаружено, что В-хромосомы лисицы и китайской енотовидной собаки, несут уникальные участки из различных аутосом Canidae, тогда как добавочные хромосомы японской енотовидной собаки несут только ген c-kit. В издательстве Karger (Базель), вышла монография «Evolutionary dynamics of mammalian karyotypes», в которой суммируются данные об организации и эволюции геномов и хромосом всех основных таксонов млекопитающих. 6 из 15 глав книги написаны сотрудниками Института.

Рис.1. Локализация BAC-клонов хромосом 1, 33 и 12 собаки на хромосоме 1 лисицы. A - G-окраска хромосомы 1 лисицы; B - локализация BAC-клонов, меченных различными флуорохромами; C - cхема хромосомы 1 лисицы и гомологичные ей районы трех хромосом (CFA) собаки.

Учеными этого же Института изучается генетическая история антропологических изолятов Сибири и Севера, в том числе и алеутов Командорских островов (всего 22 популяции) (рис.2). 1650 образцов крови юкагиров, чукчей, науканских, сирениковских, чаплинских эскимосов и командорских алеутов были подвергнуты детальному мтДНК/SNP-анализу. 270 митохондриальных ДНК из них секвенировали на полногеномном уровне и интегрировали в глобальную базу данных (GenBank). Подтверждена гипотеза, согласно которой азиатские предки первых американцев пережили время последнего ледникового максимума (20-18 тыс. лет назад) в двух рефугиумах южного пояса Сибири - Алтае-Саянском нагорье и на Нижнем Амуре. Получены предварительные данные в пользу единства происхождения сирениковских эскимосов, палеоэскимосов Гренландии (Saqqaq) и командорских алеутов.

Рис.2. Примерное расположение основных антропологических изолятов.

Учеными Лимнологического института на основе разработанного алгоритма, позволяющего проводить de novo идентификацию LTR и non-LTR повторов (ретротранспозонов) в геноме диатомовых водорослей, проведен их филогенетический анализ (рис.3), который показал наличие общего предка LTR-ретротранспозонов диатомей.

Рис.3. Филогенетический анализ ретротранспозонов диатомей по методу «ближайших соседей».


Приоритетное направление VI.43. Экология организмов и сообществ.

Программа VI.43.1. Структурно-функциональная организация биотических компонентов экосистем Центральной и Северной Азии (координатор чл.-к. РАН В.И. Евсиков).

Учеными Института систематики и экологии животных выявлен один из важнейших механизмов, определяющих закономерности колебания численности в популяциях непарного шелкопряда. Впервые показано, что задержка в начале питания насекомых листьями березы может приводить к снижению одного из важнейших показателей иммунитета беспозвоночных – активности фенолоксидазы в гемолимфе. Установлено, что это вызывает активацию латентной бакуловирусной инфекции, персистирующей в популяциях шелкопряда. Также отмечено увеличение чувствительности насекомых к экзогенному заражению вирусом (рис.4). Таким образом, задержка в начале питания насекомых может определять последующую динамику численности массовых видов фитофагов за счет увеличения их чувствительности к паразитам.

Рис.4. Влияние задержки в распускании кормового растения на физиологические и популяционные показатели непарного шелкопряда.

В этом же Институте на основе экспериментального изучения соотношения двух видов полового отбора (конкуренция между самцами и выбор полового партнера самками) на примере нескольких видов грызунов с разными системами спаривания реконструированы исторические пути формирования разных типов семейных отношений (рис.5). Показано, что исходным типом семейных отношений является промискуитет, при котором за сезон размножения происходит беспорядочное спаривание с разными партнерами; он характерен для одиночных территориальных видов. При доминировании конкуренции самцов формируется полигинный тип, при котором агрессивные конкурентоспособные самцы получают доступ к нескольким самкам. В случае преобладания брачных предпочтений самок формируется моногамный тип, при котором партнеры образуют простые или сложные семьи; при этом снижается агрессивность самцов, растет их родительский вклад.

Рис.5. Формирование типов семейных отношений у грызунов в результате действия механизмов полового отбора.

Приоритетное направление VI.44. Биологическое разнообразие.

Программа VI.44.1. Научные основы и подходы к устойчивому использованию, сохранению, воспроизводству и мониторингу биоразнообразия наземных и водных экосистем Сибири (координатор чл.-к. РАН В.П. Седельников).

Учеными Центрального сибирского ботанического сада на основе наземных исследований, дешифрирования космических снимков Landstat-7 и использования современных ГИС-технологий разработана карта экосистем основных нефте-газодобывающих и промышленно освоенных северных регионов России (п-ова Ямал, Гыдан, Тазовский). Применение передовых ГИС-технологий позволило выделить и охарактеризовать основные территориальные единицы (рис.6). Карта является основой для текущего и долгосрочного экологического мониторинга, разработки научно обоснованных схем рационального природопользования, систем особо охраняемых территорий и объектов, оценки ресурсного потенциала растительного мира.

Рис.6. Карта экосистем основных нефтегазодобывающих и промышленно освоенных северных регионов России (п-ова Ямал, Гыдань, Тазовский).

В этом же Институте завершены комплексные крупномасштабные исследования по выявлению таксономического разнообразия флоры Азиатской России. Издан “Конспект флоры Азиатской России: Сосудистые растения”, в котором впервые выявлено таксономическое разнообразие высших сосудистых растений на огромной территории от Уральских гор до Тихого океана, составляющей 75% территории России. Установлено, что на этой территории представлено 6692 вида сосудистых растений из 1187 родов и 191 семейства (рис.7). Ведущими семействами являются Asteraceae, Poaceae, Fabaceae, Cyperaceae. Полученные данные необходимы для разработки научно обоснованной стратегии охраны и рационального использования растительных ресурсов восточных регионов России, перспективных для дальнейшего освоения.

Рис.7. Редкие и эндемичные виды растений во флоре Азиатской России: а – башмачок крупноцветковый, б - горькуша Дорогостайского, в - горькуша оргадай, г – рябчик Сонниковой, д – гвоздика майнская, е – кандык сибирский.

Сотрудниками этого же Института подведены итоги исследования таксономического состава возбудителей заболеваний листьев древесных растений, их морфологических особенностей и биологии развития в Западной и Центральной Сибири. В результате многолетнего фитопатологического мониторинга древесных растений получены сведения о региональном распространении патогенов, патогенезе, а также выявлены устойчивые и поражаемые патогенами виды растений . Полученный материал издан в виде монографии «Атлас патогенных микромицетов древесных растений Сибири». Описан новый вид микромицета, а также впервые обнаружены таксоны, не указанные ранее для России (рис.8 ); выявлены новые растения-хозяева возбудителей заболеваний; установлены особенности путей формирования патогенной микобиоты древесных растений. Полученные данные позволят более эффективно бороться с возбудителями болезней древесных растений.

Рис. 8. А − Новый вид спородохиального гифомицета Cheiromycella foliicola

U. Braun, Melnik & Tomosh.; Б − микрофотография пропагул гриба Mycopappus alni;

В − симптомы заболевания на листьях ольхи, пораженных Mycopappus alni.

Учеными Института общей и экспериментальной биологии изучено и систематизировано разнообразие почв тундровой, таежной, лесостепной, степной и сухостепной природных зон, а также интразональных образований (поймы, дельты, болота и др.) на основе свойств, интегрированных в диагностические горизонты и признаки (квалификаторы в WRB). По результатам составлена мелкомасштабная почвенная карта Республики Бурятия, масштаб 1: 3 000 000 (рис.9).

Рис.9. Почвенная карта Республики Бурятия.

В Институте почвоведения и агрохимии для Атласа природного районирования и современного состояния почв Новосибирской области составлена интегральная картосхема в масштабе 1:2500000. Она объединила оригинальные сведения о степени нарушения почв при антропогенных воздействиях и данные о потерях гумуса пахотных земель за последние 100 лет. Выполнено зонирование территории Новосибирской области по данным параметрам (Рис.10).

Рис.10. Картосхема современного состояния почв Новосибирской области

Cотрудниками Института биологических проблем криолитозоны дана прогнозная оценка воздействия на почвенный покров зоны строительства Канкунской ГЭС в Южной Якутии. Показано, что более 60% площади занимают органогенные почвы (подбуры сухотофянистые и торфяники) и для предотвращения образования избыточных количеств сероводорода, метана, растворимых фенольных соединений при разложении торфа и попадания их в водную среду, рекомендуется снять торфяной слой из зоны затопления и переместить его во временные отвалы (карьеры) для последующего использования при рекультивации земель (рис.11).

Рис.11. Фрагмент почвенной карты бассейна реки Тимптон. Условные обозначения:

1 –подзолистые почвы в комплексе с подбурами типичными; 2 – подбуры оподзоленные в комплексе с подзолистыми иллювиально-гумусовыми;

3 – мерзлотные торфяники верховые в сочетании с переходными и низинными; 4 – подбуры сухоторфянистые ; 5 – подбуры типичные в комплексе с подзолистыми иллювиально-железистыми и мерзлотно-таежными типичными; 6 – подбуры типичные в комплексе с горно-тундровыми щебнистыми; 7 – примитивные неразвитые и курумники; 8 - мерзлотные аллювиальные в комплексе с торфяно-болотными.

Программа VI.44.2. Биосферная роль и ресурсный потенциал лесных экосистем Сибири. Динамика структуры, функционирование и воспроизводство (координатор д.б.н. А.А. Онучин).

Сотрудниками Сибирского института физиологии и биохимии растений впервые для агроэкосистем лесостепной зоны Иркутской области разработана и апробирована методика оценки годового баланса углерода и потоков СО2 из почв, учитывающая приемы землепользования и другие экологические факторы (рис.12).Формирование потока углерода, зависящее от активности почвенного микробного комплекса, рассматривается как один из гомеостатических механизмов саморегуляции системы. Полученные результаты могут служить научной основой экологического нормирования антропогенных воздействий на агроэкосистемы с целью оптимизации землепользования.

Рис.12. Геоинформационный картографический анализ баланса углерода и эмиссии СО2 в агроэкосистемах Иркутской области (на примере Усольского района).

Учеными Института леса для болот Западной Сибири получены интегрированные характеристики экосистемного и продукционного разнообразия большой группы коренных и производных пушистоберезовых лесов (Betula pubescens Ehrh.), дифференцированных по четырем основным типам водно-минерального питания. Установлено, что каждый из них обусловливает формирование специфического экогенетического спектра дендроценозов, групп ассоциаций и синузий характерных видов. Их пространственные комбинации образуют мозаику фитогенного рельефа, в условиях которого с максимальной полнотой диагностируются динамические ряды количественных и качественных признаков биоразнообразия (рис.13). Показано, что пушистоберезовые леса функционируют преимущественно в евтрофном типе водно-минерального питания, отличаясь наибольшей продуктивностью, структурной изменчивостью и обилием видов сосудистых растений. В то же время, несмотря на ограниченное распространение и незначительную продукционную емкость, выделяются березняки гетеротрофного типа водно-минерального питания с относительно расширенным видовым составом растительных сообществ. Это выдвигает их в категорию болотных лесов с особым статусом биоразнообразия.

Рис.13. Элементы биоразнообразия болотных пушистоберезовых лесов Западной Сибири.

В этом же Институте на основе теории фракталов Леви разработан метод моделирования текстур лесных изображений по материалам лазерной локации и цифровым аэро- и космическим снимкам высокого разрешения. Метод позволяет решать задачи статистического моделирования и синтеза крупных ландшафтных текстур, состоящих из небольших текстурных фрагментов (рис.14), реализован в программном комплексе, состоящем из трех основных модулей: модуля проектирования трехмерных поверхностей, а также модулей визуализации природных и оптических эффектов. С помощью разработанного программного комплекса строятся трехмерные лесные ландшафтные сцены, по которым выделяются однородные по таксационным признакам участки древостоев. Внутри каждого выдела определяется таксационная структура древостоев с оценкой характера распределения деревьев по ступеням толщины их изменчивости по высоте и диаметру. На примере редкостойных лиственничников урочища Ары-Мас выявлены функциональные связи рангов деревьев с редукционными числами древостоев. Установлено, что для целей составления таксационных таблиц наиболее подходят трехпараметрические функции: нормальная, логнормальная, гамма и Вейбулла.

Рис.14. Синтезированные лазерно-локационные изображения структуры лесного покрова и рельефа местности в формате представления лесорастительных и топографических данных программного комплекса Altexis 2.0.

Сотрудниками Института мониторинга климатических и экологических систем разработаны методы оперативного локального мониторинга припоселковых кедровников как особо охраняемых природных территорий, основанные на комплексной диагностике состояния экосистем, а также принципы создания припоселковых кедровников нового поколения, предусматривающие учет лесорастительных условий и оптимизацию генотипического состава популяций. Исследовано современное состояние припоселковых кедровников южно-таежного Приобья. Выявлены активно протекающие процессы трансформации лесного биоразнообразия, определяющие высокие темпы и комплексный характер деградации уникальных окультуренных лесных экосистем и связанные с интенсивным антропогенным воздействием и климатическими изменениями (рис.15).

Рис.15. Признаки деградации в припоселковых кедровниках Томской области. А – наиболее распространенный современный тип виталитетной структуры кедра сибирского (I – здоровые деревья, II – ослабленные, III – сильно ослабленные, IV – отмирающие; V ­­– сухостой); Б – динамика вспышек размножения рыжего соснового пилильщика и радиального прироста деревьев кедра сибирского; В – площадь санитарных рубок в Протопоповском кедровнике (светлые участки внутри массива, космоснимок, 1997 год); Г – то же, 2011 год. Красная линия – граница деградированной площади кедровника, выявленная при маршрутном обследовании 2012 года.

Приоритетное направление VI.45. Общая генетика.

Программа VI.45.1. Генетические основы эволюции и селекции. Реконструкция и модификация геномов методами хромосомной и генной инженерии (координатор ак. В.К. Шумный).

В Институте цитологии и генетики подготовлена база данных «Parahost» и продолжена реконструкция генных сетей, прогнозирующих реакцию организма хозяина на инвазию паразита. Создана коллекция из 800 образцов печеночных сосальщиков семейства Opisthorchiidae, являющихся возбудителями заболевания описторхоз/клонорхоз у человека. Определены последовательности митохондриальных геномов 3-х представителей описторхид: Opisthorchis felineus, O. viverrini и Clonorchis sinensis. Около 300 образцов из состава коллекции генотипированы по 2-4 генетическим маркерам. Секвенирован транскриптом мариты O. felineus и в терминах Gene Onthology выполнена функциональная аннотация белков этого вида трематод (Рис.16). Проведен кариологический и молекулярно-цитогенетический анализ хромосом пяти видов описторхид (O. felineus, O. viverrini, Metorchis xanthosomus, M. bilis, C. sinensis) и исследована ультраструктурная организация метацеркария O. felineus. Выявлены гены O. felineus, участвующие в метаболизме антигельминтных лекарственных препаратов.

Рис.16.Структурно-функциональная геномика описторхид: обобщенный митогеном печеночных сосальщиков семейства Opisthorchiidae (а); сеть гаплотипов O. felineus по cox1 - распределение терминов классификации пептидов по терминам GO (молекулярная функция, биологический процесс, клеточные компоненты) (б); анализ хромосом: от морфологии компактных метафазных хромосом (в) до анализа молекулярного состава пахитенных хромосом (повторы рДНК формируют два субблока в GC-богатых районах хромосомы 3, повторы указаны стрелкой) (г).

Учеными этого же Института создана база данных о пациентах с потерей слуха в Республике Тыва. Наибольший вклад в развитие наследуемой потери слуха в популяциях человека вносят мутации гена GJB2, кодирующего трансмембранный белок коннексин 26 (Сх26), дефекты которого приводят к развитию глухоты. Мутационный анализ кодирующей области гена GJB2 показал, что у 24,3% обследованных пациентов с врожденной или рано возникшей нейросенсорной тугоухостью 3-4 степени потеря слуха объясняется мутациями этого гена (рис.17). Мутация p.W172C , спорадически встречающаяся только в Республике Алтай и Монголии, является мажорной для населения Республики Тыва (81% среди всех мутантных хромосом в выборке пациентов-тувинцев). Мутация p.W172С в гетерозиготном состоянии обнаружена с высокой частотой (4.3%) в выборке несвязанных родством тувинцев с нормальным слухом. Полученные данные вносят существенный вклад в понимание молекулярно-генетических механизмов наследуемой глухоты, ее распространенности в популяциях Сибири и актуальны для разработки оптимальной методологии молекулярной диагностики патологии.

Рис.17. Оценка генетической компоненты (вклад мутаций гена GJB2) в этиологии потери слуха у пациентов с нейросенсорной тугоухостью 3-4 степени/глухотой в Республике Тыва.

В этом же Институте в опытах на мышах впервые исследованы «отцовские эффекты», обусловленные иммунизацией самцов гемоцианином накануне спаривания. Наблюдаемое у самок, покрытых антигенстимулированными самцами, повышение в околоплодных водах концентраций прогестерона и гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора (ГМ-КСФ), а также увеличение массы эмбрионов (рис. 18), указывают на то, что опыт, приобретенный отцом при столкновении с чужеродными антигенами, источниками которых могут быть инфекции, вакцинации или аллергены, вносит вклад в повышение жизнеспособности потомков. Новый феномен отцовского влияния на изменчивость потомков расширяет представления о роли антигенной среды в поддержании устойчивого воспроизводства на фоне паразитарного окружения.

Рис.18.Увеличение массы эмбрионов и концентраций прогестерона и гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора (ГМ-КСФ) в околоплодных водах у интактных самок мышей, покрытых антигенстимулированными самцами. Опыты поставлены на мышах SPFстатуса – линии C57Blи BALB. В качестве антигена использован гемоцианин (Keyholelimpethemocyanin – KLH).

Сотрудниками этого же Института впервые проведено комплексное исследование молекулярно-генетических механизмов формирования признаков окраски у пшеницы.(Рис.19). Установлено, что гены, определяющие фенотип пшеницы по признакам окраски, являются регуляторными: разные аллели этих генов предопределяют различия в транскрипционной активности структурных генов, кодирующих ферменты биосинтеза флавоноидных пигментов. Впервые картированы более двадцати генов пшеницы, участвующих в биосинтезе флавоноидов. Полученные результаты вошли в международный каталог генных символов пшеницы. Установлено, что гены, картированные на хромосомах первой гомеологической группы пшеницы, участвуют в регуляции биосинтеза флавоноидных пигментов флобафенов и определяют окраску колоса, а гены, локализованные в хромосомах седьмой гомеологической группы, контролируют транскрипцию генов биосинтеза антоцианов, что приводит к окраске колеоптиля, пыльников, листа и стебля (рис.19).

Рис.19.Cхема исследования молекулярно-генетических механизмов формирования признаков окраски у пшеницы на примере регуляторных генов Rg-1 (red glume) и Pc-1 (purple culm) и структурных генов CHI (chalcone flavanone isomerase) и F3H (flavanone 3-hydroxylase). MRE – cis-регуляторные элементы в промоторной области генов.

Учеными этого же Института созданы генетические модели – ядерно-цитоплазматические гибриды, сочетающие ядерный геном мягкой пшеницы с цитоплазмой культурного ячменя. Их изучение позволило выявить молекулярные механизмы, обуславливающие ядерно-цитоплазматический конфликт у ячменно-пшеничных гибридов, и разработать методы его преодоления в результате реорганизации ядерного генома пшеницы. На основе одного из ядерно-цитоплазматических гибридов, имеющего в ядерном геноме пшенично-ржаную транслокацию 1RS.1BL, а в цитоплазме копии митохондриальной и хлоропластной ДНК ячменя, при сотрудничестве с СИБНИИСХ Россельхозакадемии (г. Омск) создан среднеспелый сорт яровой мягкой пшеницы Сигма (рис. 20). Этот сорт, сочетающий высокую полевую устойчивость к бурой и стеблевой ржавчине, устойчивость к полеганию, повышенную урожайность, по качеству зерна отнесен к сильным пшеницам. В 2012 г. сорт Сигма передан на Государственное сортоиспытание РФ. Возделывание этого сорта экологически целесообразно и экономически выгодно: не требуется применения фунгицидов против широко распространенных грибных патогенов, поражающих пшеницу; в зерне этого сорта высокое содержание сухой клейковины – растительного белка, используемого в качестве натуральной пищевой добавки при приготовлении высококачественных хлебобулочных изделий, а также мясных продуктов.

Рис.20. Схема создания сорта яровой мягкой пшеницы Сигма.

Приоритетное направление VI.46. Структура и функции биомолекул и надмолекулярных комплексов.

Программа VI.46.1. Протеомика, ферменты и белково-нуклеиновые молекулярные машины (координаторы: чл.-к. РАН О.И. Лаврик, д.х.н. Г.Г. Карпова).

Учеными Института химической биологии и фундаментальной медицины установлен новый структурный элемент мРНК-связывающего центра рибосомы человека – консервативный у эукариот мотив YxxPKxYxK рибосомного белка S26е (рис.21). Получено современное представление о молекулярных механизмах трансляции у высших организмов, проливающее свет на ключевую роль этого мотива во взаимодействии малой субчастицы рибосомы с эукариот-специфичным фактором инициации eIF3 и в поддержании рамки считывания мРНК.

Рис.21. Расположение рибосомного белка S26е и фактора инициации eIF3 на малой субчастице рибосомы эукариот. Вверху слева – крио-электронно-микроскопическая модель 40S рибосомной субчастицы млекопитающих, связанной с фактором инициации eIF3 (Siridechadilok et al., 2005). Вверху справа – рентгеноструктурная модель 40S субчастицы низших эукариот (Tetrahymena thermophila) (Rabl et al., 2011), на которой обозначены рибосомные белки. Внизу – увеличенная структура белка S26, на которой выделен голубым цветом консервативный мотив YxxPKxYxK.

Сотрудниками этого же Института открыт новый путь репарации ДНК у человека. Впервые показано, что тирозил-ДНК-фосфодиэстераза 1 (Tdp1) человека – фермент, участвующий в репарации необратимых комплексов топоизомеразы 1 с ДНК, способен также расщеплять апуриновые/апиримидиновые (АР) сайты в двуспиральной и однонитчатой ДНК. Обнаруженная активность позволяет предположить участие Tdp1 в новом механизме репарации АР-сайтов (Рис.22). Биологическая значимость обнаруженной активности подтверждается тем, что мутация в активном центре Tdp1, H493R, приводящая к потере АР-расщепляющей активности фермента, вызывает тяжелое нейродегенеративное расстройство – синдром спиноцеребральной атаксии и нейропатии (SCAN1). Процесс репарации АР-сайтов с участием Tdp1 может быть отнесен к путям, обеспечивающим дополнительную надежность функционирования механизмов репарации ДНК.

Рис.22. Новый механизм репарации АР-сайтов с помощью тирозил-ДНК-фосфодиэстеразы 1 Tdp1, полинуклеотидкиназы/фосфатазы (PNKP), XRCC1, ДНК-полимеразы бета (Polβ) и ДНК-лигазы.

Tdp1 гидролизует АР-сайт с образованием мононуклеотидной бреши с фосфатными группами на 3′- и 5′-концах. В дальнейший процессинг повреждения вовлечены полинуклеотидкиназа/фосфатаза (PNKP), удаляющая 3’-фосфат, ДНК-полимераза бета, заполняющая брешь, и комплекс ДНК-лигаза/XRCC1, восстанавливающий целостность цепи ДНК.

Учеными Института биофизики на основе мутантных вариантов Са2+-регулируемого фотопротеина обелина с измененными характеристиками биолюминесценции разработан и апробирован на клинических сыворотках способ одновременного микроанализа двух форм пролактина – тотального и иммуноглобулин-связанного (макро), циркулирующих в кровяном русле (рис.23). Анализ показал близкие результаты по содержанию тотального пролактина по сравнению с традиционным радиоизотопным методом и его макроформы, без дополнительной обработки сывороток (осаждение ПЭГ, гель-фильтрация). Подход не имеет аналогов и позволяет существенным образом ускорить анализ, сократить материальные затраты, а также избежать ошибок традиционного раздельного определения.

Рис.23. Одновременный биолюминесцентный анализ тотального и макропролактина в сыворотках. А - cхема анализа, Б - результаты определения: быстрый «фиолетовый» сигнал измеряет тотальный, а медленный «зеленый» сигнал – макропролактин.


Приоритетное направление VI.47. Молекулярная генетика. Механизмы реализации генетической информации. Биоинженерия.

Программа VI.47.1. Механизмы контроля молекулярно-генетических систем и процессов. Нанобиоинженерия (координатор д.б.н. Т.И. Меркулова).

Учеными Института цитологии и генетики на модели инбредных мышей, чувствительных (C3H) и устойчивых (C57BL и CC57BR) к действию фенобарбитала как индуктора опухолей печени, показана ключевая роль конститутивного рецептора андростанов (CAR) в механизме действия фенобарбитала. Установлено, что в печени мышей чувствительной линии С3Н ДНК-связывающая активность CAR увеличивается в 2,3 раза под действием фенобарбитала, тогда как у мышей устойчивых линий она не меняется (рис.24 а). Введение животным фенобарбитала приводит к усилению экспрессии генов Sult2a1 и Mdm2, являющихся генами-мишенями CAR, также только у мышей чувствительной линии. Уровень мРНК гена Sult2a1, кодирующего основной фермент катаболизма тиреоидных гормонов возрастал в 260 раз в печени мышей чувствительной линии и менялся в значительно меньшей степени у мышей устойчивых линий (рис.24 б). Снижалась концентрация тиреоидных гормонов в плазме крови у мышей С3Н, тогда как этот показатель оставался неизменным в плазме крови мышей устойчивых линий. Повышение уровня мРНК гена MDM2, важного регулятора пролиферации и апоптоза, было отмечено только у мышей С3Н (рис.24 в).Таким образом, показано, что CAR-опосредованная стимуляция гепатоканцерогенеза фенобарбиталом может осуществляться за счет одновременного подавления опухолесупрессорной функции тиреодных гормонов и индукции генов, непосредственно контролирующих пролиферацию и апоптоз.

Рис.24. Механизм действия фенобарбитала как промотора опухолей печени:

увеличение ДНК-связывающей активности CAR (а) и уровня мРНК генов Sult2a1(б) и MDM2 (в) в присутствии фенобарбитала (ФБ) в печени мышей С3Н, но не CC57BR и C57BL. За единицу принята активность CAR в печени животных, не получавших ФБ(а). Данные RT-QPCR по уровню экспрессии генов Sult2A1(б) и Mdm2(в) представлены в относительных единицах от уровня экспрессии Gapdh.

В этом же Институте проведен анализ химических элементов, ассоциированных с микробными сообществами, основанный на корреляции изображений в оптической и рентгеновской областях. Впервые совместно с сотрудниками Института ядерной физики отработана методика получения изображений микробиологических объектов с заданными координатами в оптической и рентгеновской областях. Проведена обработка рентгеновских изображений, совмещение изображений и анализ полученных карт. Получены совмещенные изображения для природных микробных сообществ Курило-Камчатского вулканического пояса (источник Термофильный, источник Заварзина), Байкальской рифтовой зоны (источник Гаргинский) и ряда лабораторных культур коллекции микроорганизмов (рис.25). Отработанная методика позволяет проводить элементный анализ различных природных образцов, оценивать содержание ряда элементов в пробе, отслеживать закономерности накопления элементов сообществом микроорганизмов, устанавливать вероятностные связи элемента с биологическим образцом.

Рис.25. А, Б - Изображения природного образца источника Термофильный, полученные в рентгеновской области. В – изображение, полученное в оптической области и совмещенное с меткой (Au), полученной в рентгеновской области. Стрелками показаны точки с повышенными концентрациями As и Hg (А, Б) и совпадающее с ними местоположение цианобактериальной клетки (Phormidium sp.) (В). Сторона квадрата сетки на совмещенном изображении и изображениях, полученных в рентгеновской области, равна 5 мкм.



Приоритетное направление VI.48. Молекулярные механизмы клеточной дифференцировки, иммунитета и онкогенеза.

Программа VI.48.1. Защитно-репарационные системы организма, основы технологий исследования и коррекции патологических процессов на уровне клетки и организма (координатор д.б.н. А.В. Таранин).

Учеными Института молекулярной и клеточной биологии впервые охарактеризован на белковом уровне лейкоцитарный рецептор SLAMF9 – иммуномодулирующий белок, вовлеченный в реакции клеточного и гуморального иммунитета. Получены клоны гибридом E11 и G5, которые продуцируют моноклональные антитела, связывающие, соответственно, первый и второй внеклеточные домены SLAMF9 человека. Установлено, что SLAMF9 продуцируется в виде гликозилированного полипептида с молекулярной массой 33-37 кДа. Продукция белка активируется при стимуляции тимоцитов, что указывает на участие SLAMF9 в регуляции созревания и обучения Т-лимфоцитов (рис.26).

Рис.26. Экспрессия лекоцитарного рецептора SLAMF9 человека

Сотрудниками Института экологии человека показано, что у мужчин с немелкоклеточным раком легкого частота обнаружения высоких уровней IgG-антител против бензо[a]пирена выше, чем у здоровых, при определенных сочетаниях генетических полиморфизмов ферментов биотрансформации химических канцерогенов. У мужчин с комбинацией генотипов CYP1A2 (C/A+C/C), GSTT1“+”, GSTM1“0” в сочетании с повышенным уровнем IgG-антител против бензо[a]пирена риск возникновения рака легкого (OR) возрастает в 9 раз (рис.27).

Рис.27.Комбинация методов иммуноанализа антител против бензо[a]пирена и молекулярно-генетического анализа полиморфизмов ферментов биотрансформации для формирования групп повышенного риска рака легкого.

Учеными Института химической биологии и фундаментальной медицины методом фагового дисплея отобраны одноцепочечные антитела человека, связывающие ортопоксвирусы и способные нейтрализовать инфекционность этих вирусов. На основе вариабельных доменов одного из них сконструировано полноразмерное антитело человека, достигнута его продукция в эукариотических клетках HEK293T и показано, что оно способно нейтрализовать инфекционность вируса осповакцины (PRNT50 ~ 15 µg/ml) (рис.28). Это делает возможным использование данного антитела для профилактики поствакцинальных осложнений.

Рис.28. Нейтрализация in vitro вируса осповакцины последовательными разведениями фагового антитела (А) и полноразмерного антитела (В). Вирус осповакцины разведен до 320 pfu/ml. (С) - атомно-силовая микроскопия фаговых антител (показаны стрелками), связывающих вирусы осповакцины.
Приоритетное направление VI.49. Клеточная биология. Теоретические основы клеточных технологий.

Программа VI.49.1. Клеточные и молекулярные механизмы, регулирующие онтогенез и морфогенез. Технологии управления дифференцировкой и пролиферацией клеток (координатор д.б.н. О.Л. Серов).

Учеными Института цитологии и генетики проведен анализ гетерокарионов и гибридных клеток, полученных слиянием эмбриональных стволовых клеток (ЭСК) и фибробластов. Показано, что репрограммирование клеток осуществляется в течение 5-7 дней после слияния. Установлено, что инициация репрограммирования начинается на стадии гетерокариона, причем репрограммирование носит двустороний характер, так, возникают гибридные клетки фибробластного (рис.29 а, д) и ЭСК-подобного (рис.29 б, е) фенотипов. Направление репрограммирования реализуется через доминирование одного из родительских вариантов. Для завершения репрограммирования требуется эпигенетическое закрепление путем метилирования/деметилирования промоторов ключевых генов, ответственных за сохранение плюрипотентности.

Рис.29. Иммунофлуоресцентный анализ экспрессии белков Oct4 и коллагенаI в гетерокарионах и гибридных клетках. а, в, г - гетерокарионы с фибробластоподобной морфологией без экспрессии Oct4; б – гетерокарион с экспрессией Oct4; д, ж – гибридные клетки фибробластного фенотипа; е, з – колонии гибридных клеток ЭСК-подобного фенотипа. Красный сигнал цитоплазматической локализации – коллаген I, ядерной локализации - Oct4, синий – ядра. Указано время после слияния.

В Сибирском институте физиологии и биохимии растений впервые установлено, что в растениях при температурных стрессах осуществляется взаимодействие энергетической и информационной систем клеток. Это взаимодействие является одним из механизмов генетической детерминации устойчивости растений к флуктуациям температуры и включает в себя возможность регуляции экспрессии стрессовых генов за счет изменения редокс-состояния внутренней митохондриальной мембраны. После жесткой гипотермии (- 8 С) происходит снижение количества живых клеток и повышение мертвых (рис. 30,А). Одновременно снижается поляризация внутренней митохондриальной мембраны (рис.30,Б). При гипертермии (39 С) происходит поляризация мембраны (рис.30,В). Повышение потенциала на внутренней митохондриальной мембране при стрессе сопровождается повышением уровня цитозольного кальция в клетках и приводит к индукции синтеза стрессового белка (рис.30,Г). Таким образом, отклонение температуры от «нормальной» для данного растения приводит к значительным изменениям электрохимического потенциала митохондрий и сопровождается изменениями содержания кальция в клетках, что вызывает изменения в экспрессии стрессовых генов и влияет на жизнеспособность растений.

Рис.30. Изменение электрохимического потенциала митохондрий, синтез стрессового белка и выживаемость клеток растений при флуктуациях температуры.

А – жизнеспособность клеток при гипотермии (краситель флуоресцеиндиацетат, зеленый цвет – живые клетки, краситель пропидий иодид, красный цвет – мертвые клетки); Б – изменение потенциала (флуоресценция потенциалзависимого красителя JC-1, красный цвет) на внутренней митохондриальной мембране после действия гипотермии; В – повышение потенциала (тот же краситель, красный цвет) на митохондриальной мембране при гипертермии (390 С); Г – синтез стрессового белка (иммуноблоттинг, черный трек) при гипертермии (390 С).



Приоритетное направление VI.50. Биофизика. Радиобиология. Математические модели в биологии. Биоинформатика.

Программа VI.50.1. Компьютерно-экспериментальный анализ и моделирование молекулярно-генетических, биофизических, экосистемных и биосферных процессов (координатор ак. Н.А. Колчанов).

Проведенное учеными Института цитологии и генетики компьютерное сравнение генома древнего человека Homo denisova (H.d.) c геномом современного человека Homo sapiens sapiens (H.s.s.) выявило в геноме Homo denisova (H.d.) 29 быстро эволюционирующих ортологов миРНК человека, регулирующих экспрессию генов на уровне трансляции за счет взаимодействия с мРНК-мишенями (рис.31) Анализ проведен на основе информации из базы данных Star Base по аннотации мишеней миРНК, а также баз данных Gene Expression Barcode и Allen Human Brain Atlas по экспрессии мРНК человека с использованием статистического теста Монте-Карло. Показан достоверно высокий уровень экспрессии мРНК, регулируемых быстро эволюционирующими миРНК H.d. – ортологами миРНК человека в ряде структур мозга, которые у H.s.s. отвечают за интеллектуальные и когнитивные способности. К числу этих структур относятся: фронтальная часть поясной извилины (формирование эмоций, обучение и память), медиальная затылочно-височная извилина (распознавание речи), височная средняя извилина (понимание смысла слов в процессе чтения) и другие.

Рис. 31.Поиск и анализ функций миРНК в геномах древних людей.

А - миРНК комплементарно взаимодействует с мРНК в составе RISC-комплекса, подавляя трансляцию и стимулируя деградацию мРНК.

Б - Филогенетическое древо гоминид, включая H.denisova и современного человека с датировками времен дивергенции.

В - Примеры ряда структур мозга, в которых наблюдается повышенная экспрессия мРНК, регулируемых быстро эволюционирующими миРНК.

В Институте биофизики предложена и верифицирована континуальная модель трансформации и декомпозиции почвенного органического вещества, позволяющая преодолеть трудности, связанные с необходимостью учитывать большое количество этапов трансформации почвенной органики. Показано, что в рамках модели распределение почвы по скорости трансформации (степени гумификации) формируется путем движения резко выраженного фронта в сторону более устойчивых органических соединений (рис.32).

Рис.32. Полученные в модели стационарные (А) распределения органических веществ в почве для разных природных зон и кинетика формирования почвы (Б).


Приоритетное направление VI.51. Биотехнология.

Программа VI.51.1. Микробиология и вирусология, искусственные генетические системы, бионанотехнологии создания терапевтических препаратов и новых материалов (координатор ак. В.В. Власов).

Учеными Института химической биологии и фундаментальной медицины с помощью метода молекулярной селекции получены модифицированные РНК-аптамеры (рис.33), прочно связывающиеся с патогенными антителами, содержащимися в крови больных рассеянным склерозом. Эти РНК могут служить основой для создания специфичных методов диагностики рассеянного склероза и для создания средств терапии этого заболевания.

Рис.33. Схема отбора 2'-модифицированных РНК-аптамеров к поликлональным аутоантителам из крови больных рассеянным склерозом: 1 – инкубация аутоантител со смесью 2’-фтор-модифицированных РНК-олигонуклеотидов (РНК-библиотекой);

2 – удаление несвязавшейся части 2’-фтор-РНК-библиотеки; 3 – разрушение комплексов аптамер-антитело; получение ДНК-копий аптамеров; РНК-транскрипция, получение обогащенной библиотеки 2’-фтор-РНК-олигонуклеотидов; 4 – следующий цикл отбора;

5 – определение последовательностей 2'-фтор-РНК-аптамеров; синтез индивидуальных аптамеров; 6 – исследование свойств полученных аптамеров, выбор аптамера с наилучшими характеристиками.

В этом же Институте проведен анализ РНК плазмы крови здоровых доноров и пациентов с раком легкого на геномном секвенаторе SOLiD. Секвенировано более 1 млрд последовательностей, 35% из которых составляют ранее не описанные новые формы (Рис.34). Ряд некодирующих РНК (микроРНК и др.) могут использоваться как маркеры для диагностики рака.

Рис.34. Известные и новые формы РНК, фрагменты которых циркулируют в плазме крови человека

Учеными этого же Института выяснен механизм противоопухолевого действия рибонуклеазы А. В экспериментах на мышах c внутримышечно трансплантированной карциномой легких Льюис (LLС) было показано, что в случае инъекции рибонуклеазы А метастазирование опухоли подавляется. На высокопроизводительной платформе параллельного секвенирования SOLiD 3+ было проанализировано содержание некодирующих РНК в сыворотке крови животных и клетках опухоли и показано, что после лечения РНКазой А происходит изменение уровней 214-ти миРНК из 630-ти известных из базы данных mirBase. 25 миРНК, уровни которых менялись более всего, регулируют экспрессию генов, продукты которых отвечают за пролиферацию клеток и метастазирование. В клетках опухоли после лечения РНКазой А значительно возрастает уровень миРНК семейства let-7, мишенями которых являются металлопротеиназы, отвечающие за инвазию опухоли (рис.35).

Рис.35. Схема проведения эксперимента и результаты анализа уровня миРНК при действии РНКазы А на мышей LLC с опухолями.

В этом же Институте впервые с использованием метагеномного секвенирования на платформе SOLiD 5500 обнаружены существенные различия в выявляемых последовательностях вирусных сообществ из микробиомов здоровых детей и детей, госпитализированных с острыми кишечными инфекциями с невыясненной этиологией. У здоровых детей не обнаружено патогенных гастровирусов, зато выявляются последовательности бактериофагов, контролирующих численность нормальной и условно-патогенной флоры кишечника. У больных детей последовательности таких бактериофагов не обнаружены, зато выявляются редкие патогенные гастровирусы, не детектируемые в настоящее время в клинике (рис.36).

Рис.36. Распределение встречаемости контигов, содержащих вирусные последовательности, обнаруженные в микробиомах группы детей, госпитализированных с острыми кишечными инфекциями неустановленной этиологии (А) и группы здоровых детей (Б).

В Институте биофизики СО РАН получены эффективные продуценты биоразрушаемых полиэфиров БИОПЛАСТОТАН, предназначенных для различных сфер применения. Из полимеров БИОПЛАСТОТАН и композитов на их основе разработано семейство специализированных изделий биомедицинского назначения: долговременные лекарственные препараты нового поколения, пригодные для различных способов введения (рис. 37 А,В), наноструктурированные опорные клеточные носители, сформированные ультратонкими волокнами высокого качества, перспективные для тканевой инженерии (рис. 37 Б ). Высокие биосовместимость и функциональные свойства матриксов доказаны в культурах клеток и в экспериментах на лабораторных животных; ряд изделий на основе БИОПЛАСТОТАНА (шовный материал, мембраны, протезы сосудов) переданы для испытаний в клиники.

Рис.37. А − растровая электронная микроскопия полимерных микрочастиц для депонирования и доставки препаратов,.Б − сканирующая электронная микроскопия ультратонких волокон из БИОПЛАСТОТАНА; В − окраска DAPI (флюоресцентный зонд на ДНК) фибробластов NIH 3T3, пролиферирующих на матриксе разных типов

Сотрудниками этого же Института на основе наноалмазов и биомаркеров сконструирована тест-система определения концентрации холестерина посредством ковалентной пришивки на наночастицы холестерин эстеразы, холестерин оксидазы и пероксидазы (рис.38). Установлено, что иммобилизованные ферменты проявляют активность и катализируют образование окрашенного продукта в цепи последовательных биохимических реакций. Тест-система позволяет многократно определять концентрацию холестерина in vitro; может функционировать в широком диапазоне температуры и рН, деионизованной воде и буферных системах разного состава; обеспечивает линейный выход продукта в интервале низких концентраций холестерина; проявляет функциональную активность после длительного хранения при +4oС.

Рис.38.Схема функционирования тест-системы определения концентрации холестерина, сконструированной на основе наноалмазов и ферментов.

В Институте биологических проблем криолитозоны совместно с Северо-Восточным федеральным университетом с помощью современных физико-химических биотехнологий переработки уникального по своему составу северного биосырья созданы комплексные биопрепараты адаптогенного, актопротекторного, иммуномодуляторного, гомеостатического, детоксикационного, антибактериального действия, отличающиеся повышенной биоактивностью и биоусвояемостью активного вещества. Разработки защищены 8 патентами РФ, 4 свидетельствами ЕВРАЗЭС и Евросоюза. Доклинические и клинические испытания биопрепарата «Ягель» показали его высокую эффективность при лечении сахарного диабета II типа, выявлены механизмы эффекта на уровне биоэнергетических процессов в клетках панкреаса, стимуляции секреции инсулина (рис.39) и системы трансмембранного переноса глюкозы в клетку. Клинически это выразилось в снижении уровня сахара крови у больных сахарным диабетом II типа в 1,42,3 раза, гликозилированного гемоглобина и липопротеидов низкой плотности на 18-38% в результате 3-4-х недельного приёма препарата .

Рис.39.Секреция инсулина при добавлении в культуру клеток биопрепарата «Ягель» (разбавление1:100) по сравнению с контрольными клетками (культивация без экстракта). А – контроль, Б – «Ягель».

Учеными Лимнологического института с помощью молекулярно-генетических методов выявлено, что в составе сообществ биопленок независимо от характера исследуемой породы в различных соотношениях доминируют три бактериальные филы: Cyanobacteria (8-46%), Proteobacteria (14-43%) и Bacteroidetes (10-40%). По биомассе доминируют автофототрофные азотфиксирующие цианобактерии. Они, как основные продуценты органического вещества, являются основой структурной организации биопленок каменистой литорали озера Байкал (рис.40).

Рис.40 .Доминирующие виды цианобактерий в составе обрастаний: а – колония R. rufescens, б – R. rufescens, S. rivulariarum(стрелка), в – T. limbata, г – C. fuscus, H. Pusilla (стрелка); а, в – световая микроскопия; б – СЭМ; г – флуоресцентная микроскопия.

Сотрудниками Института общей и экспериментальной биологии по данным пиросеквенирования фрагмента гена 16S рРНК выявлены особенности таксономического разнообразия бактериальных сообществ в зависимости от условий среды обитания. Установлено, что в поверхностных осадках содового оз. Соленое (рис. 41,A) большое число последовательностей принадлежат бактериям серного цикла (сероокисляющим, пурпурным фотосинтетикам, сульфатредуцирующим бактериям) из различных филогенетических групп. Разнообразие микробного мата из высокотемпературной области щелочной гидротермы Алла (рис. 41,Б) представлено ограниченным числом таксонов, в основном принадлежащих к группам аэробных органотрофов и сульфатредукторов.

Рис.41. Таксономическое разнообразие бактериальных сообществ водных экосистем по данным пиросеквенирования фрагмента гена 16S рРНК: А- бактерии в поверхностных осадках содового оз. Соленое; Б - разнообразие микробного мата из высокотемпературной области щелочной гидротермы Алла.


Приоритетное направление VI.52. Физиология нервной и висцеральных систем. Клиническая физиология.

Программа VI.52.1. Генетико-физиологические механизмы гормональной регуляции висцеральных функций и поведения. Доместикация как модель эволюции (координатор ак. Л.Н. Иванова).

Учеными Института цитологии генетики на основании собственных и литературных данных выдвинута концепция об участии антиапоптозного белка Bcl-xL, защищающего клетку от гибели, в нейробиологических процессах, обеспечивающих психо-эмоциональную устойчивость индивида при стрессе. Стресс активирует экспрессию гена bcl-x через сигнальные каскады глюкокортикоидов и нейротрофического фактора BDNF. Сигнальный каскад нейротрофина через его TrkB рецептор и транскрипционный фактор (CREB) активируется в клетках гиппокампа вскоре после острого стрессорного воздействия.(Рис.42). Внутриклеточные события, индуцируемые экспрессией антиапоптозного белка Bcl-xL (на схеме1-4), ведут к модуляции нейротрансмиссии в нервных цепях, контролирующих психоэмоциональное состояние индивида, проявляющееся особенностями его поведения. Поэтому средства, индуцирующие экспрессию гена Bсl-xL в головном мозге, могут быть перспективными в качестве антидепрессантов нового типа.

Рис.42. Схема регуляции синтеза и участия внутриклеточного антиапоптозного белка Bcl-xL в каскаде, обеспечивающем психо-поведенческую устойчивость к формированию депрессивно-подобного состояния при действии стресса.

В этом же Институте с целью изучения генетических механизмов одомашнивания животных проведен анализ транскриптома у лисиц из агрессивной и одомашненной популяций. Сравнение профилей генетической экспрессии проведено раздельно для генов с разной функциональной значимостью. У ручных лисиц (рис. 43) отмечено достоверное повышение вероятности усиленной экспрессии генов с нейрологической функцией, генов, вовлеченных в регуляцию ответа на стресс, воспаления, клеточного роста и пролиферации, иммунитета, а также генов, ответственных за развитие морфологических признаков (шерстный покров, скелетно-мышечная система). Эти данные могут объяснять наличие радикальных изменений как поведения, так и морфологических признаков у доместицируемых животных.

Рис. 43. Сравнение вероятностей повышенной более чем в два раза экспрессии генов у ручных (зеленые столбцы) и агрессивных (красные столбцы) лисиц. Гены разделены по функциональным группам в соответствии с каталогом Gene Ontology Database:

1 - нейрологические функции; 2 - внутриклеточная кинетика; 3 - система крови; 4 - процессы воспаления; 5 - рост и пролиферация клеток; 6 - генетические нарушения (патологии).



Приоритетное направление VI.53. Эволюционная, экологическая физиология, системы жизнеобеспечения и защиты человека.

Программа VI.53.1. Создание моделей патологических состояний человека: исследование генетико-физиологических, молекулярно-генетических и биофизических механизмов (координатор д.б.н. А.Л. Маркель).

В Институте цитологии и генетики разработан новый метод полногеномного анализа ассоциаций – главного инструмента картирования генов человека. По точности анализа новый метод GRAMMAR-Gamma соответствует лучшим из существующих методов, тогда как по скорости превышает их на порядки. В настоящее время это единственный метод, который может быть использован для анализа полногеномных данных при анализе больших выборок с использованием всех описанных однонуклеотидных замен (рис.44) С помощью нового метода проведено полногеномное картирование около 400 количественных признаков, описывающих метаболизм липидов. Идентифицированы новые локусы, контролирующие эти признаки.

Рис.44. Сравнение времени работы программы GRAMMAR-Gamma с временем работы самых быстрых из существующих в настоящее время программ анализа полногеномных данных.

Учеными Института биофизики построена экспериментальная с высокой степенью замкнутости модель биолого-технической системы жизнеобеспечения (БТСЖО) человека. Созданная система обеспечила непрерывное семимесячное поддержание массообменных процессов с утилизацией несъедобной растительной биомассы и минерализованных плотных и жидких выделений человека (рис.45). Включение в состав растительного конвейера ценоза солеросов позволило вернуть в массообмен БТСЖО хлористый натрий и поддерживать концентрацию хлористого натрия в питательном растворе для полива ценоза пшеницы в пределах (375 – 1000) мг/л, не приводящих к нарушению процессов роста и развития пшеницы. Коэффициенты замкнутости по эссенциальным химическим элементам составляли: для C, N, P, Ca и Mg более 90%, для K и S более 87%, для Na 78%.

Рис.45. схема потоков вещества и взаимосвязь работы звеньев в биолого-технической системе жизнеобеспечения человека

Программа VI.53.2. Фундаментальные основы генетических и клеточных технологий для регенеративной медицины (координатор д.м.н. А.И. Шевела).

Ученые Института химической биологии и фундаментальной медицины исследовали 81 семью, проживающую в Алтайском крае, отягощенную несколькими опухолевыми заболеваниями (так называемые «раковые семьи»). Было проведено определение мутаций в генах BRCA1 и 2 и гене P53. Выявлено 10 мутаций гена BRCA1 (8 мутаций 5382insC и 2 мутации 4153delA), а также ранее не описанная мутация в восьмом экзоне гена р53 - R306P (CGA->CCA) в семье, отягощенной по раку молочной железы, яичников и толстой кишки (рис.46). Было показано, что обнаруженная у матери неизвестная доселе мутация отсутствует у двух дочерей и следовательно дочери не попадают в группу риска. Идентификация мутаций генов онкосупрессоров, приводящих к таким тяжелым формам заболевания имеет как фундаментальный аспект для изучения молекулярно-генетических механизмов развития онкологических заболеваний, так и клинико-диагностические значение.

Рис.46. Наследование мутации гена р53 R306P (CGA->CCA) в семье, отягощенной по раку молочной железы, яичников и толстой кишки.

Учеными этого же Института получены новые данные о представленности основных повторяющихся элементов ДНК в составе внеклеточной ДНК апоптического происхождения. Апоптоз индуцировали в культуре эндотелиальных клеток человека при помощи ингибитора топоизомеразы I – этопозида и выделяли свободные апоптические тельца из культуральной среды. Анализ геномной ДНК эндотелиоцитов и ДНК апоптических телец проводили на секвенаторе SOLiD3. Оказалось, что в апоптической ДНК по сравнению с геномной повышено содержание Alu-повторов, таких как AluJ, AluS и AluY, локализованных в эухроматине (рис.47). Сателлитная ДНК в целом недопредставлена в составе апоптической ДНК, однако некоторые сателлитные повторы, такие как LSAU, SAT и GSAT напротив перепредставлены. При помощи метил-чувствительных количественных ПЦР показано, что эти повторы деметилированы в составе апоптотической и геномной ДНК и, следовательно, могут быть транскрипционно активны. Компьютерный анализ передставленных в апоптической ДНК уникальных последовательностей показал, что они содержат сайты чувствительности к ДНКазе I и CpG островки, деметилированные в составе ДНК эндотелиальных клеток. Данные секвенирования с последующим компьютерным анализом, а также данные метил-чувствительных ПЦР свидетельствуют о преимущественном включении в состав апоптических телец ДНК из деметилированных районов транскрипционно активного хроматина. Таким образом, для поиска циркДНК-маркеров необходимо в первую очередь тестировать регуляторные области генов, транскрипционно активных при исследуемых заболеваниях.

Рис.47. А − анализ повторяющихся элементов генома; Б − анализ уникальных элементов генома.

В этом же Институте разработаны оригинальные комплексные методы раннего выявления и консервативной коррекции нарушений мозгового кровообращения в системе позвоночных артерий. Создана комплексная программа оценки нарушений вегетативной нервной системы после ишемического инсульта на основе инфракрасной термографии, лазерной допплеровской флоуметрии и электронейромиографии, что позволяет разрабатывать индивидуальную программу реабилитации пациентов, перенесших инсульт (рис.48).



Рис. 48. Исследование состояния микроциркуляции и периферической нервной системы у неврологических пациентов после острого нарушения мозгового кровообращения. А − электронейромиография; Б − лазерная допплеровская флоуметрия.









База данных защищена авторским правом ©ekollog.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал