Новая биология – переход от случайного поиска к рациональному дизайну

Директор Института цитологии и генетики СО РАН академик Николай Александрович Колчанов рассказывает об актуальности конференции «Биоинформатика регуляции и структуры геномов и системной биологии», а также о комплексе наук, формирующих новую биологию:

– Высокотехнологичная биология подходит к ситуации, которая была в физике сто лет назад, когда в эту науку начали внедряться математические методы, благодаря чему стало возможным делать очень точные прогнозы. Сложность биологических объектов, конечно, выше, чем физических, потому что они являются предметом эволюции 4-5 миллиардов лет только на Земле. У биологии есть своя специфика, многие ее особенности нехарактерны для других наук. Например, одна мутация может полностью изменить фенотип объекта, потомка. Замена всего одного нуклеотида из трех миллиардов может привести к сильной патологии, к изменению физических, психических особенностей человека. Если же речь идет о растениях, животных и микроорганизмах, то это может привести к появлению качественно новых полезных свойств или наоборот, таких, которые будут мешать их использовать. Скажем, синдром Туретта, то есть замена одного нуклеотида на другой в одном из генов, функционирующих в мозге, приводит к тяжелым последствиям. Возникает комплекс, который характеризуется рассеянным вниманием, снижением умственных способностей и повышенным риском появления наркотической зависимости. Сегодня в науке образуется консорциум – комплекс наук новой биологии, в который входит молекулярная генетика, молекулярная биология, геномика, протеомика, генетика в союзе с биоинформатикой. Смысл заключается в том, что между этими областями происходит действительно очень плотное взаимодействие, в котором одно невозможно без другого: эксперимент без биоинформатики, биоинформатика без эксперимента.

Результаты исследований в области новой биологии могут быть фантастическими. В тех странах, которые провели генотипирование и сделали информационный анализ, позволяющий подбирать родительские пары для получения нового потомства скота, стремительно повысилось качество молока и надой с одного животного. Всего лишь за 10-15 лет у них произошел огромный сдвиг. Но это приводит к другой проблеме – необходимости учитывать влияние кормления. Человек и животное очень чувствительны к тому, чем они питаются.

Если говорить о селекции, то достижения сильно зависят от знания генетических механизмов, формирующих те или иные признаки. Генотипирование позволяет выявить особенности организации нуклеотидного контекста в хромосомах, которые связаны с этими признаками, а затем проводится биоинформационный поиск нужных комбинаций. В этом случае союз биоинформатики и экспериментальных наук дает очень выраженные результаты, повышается качество растений (как продуктов питания человека), увеличивается количество полезных веществ, которые в них аккумулируются. Вот так и выглядит новая биология – это переход от случайного поиска к рациональному дизайну и решению биологических задач.

Мне очень понравился доклад Егора Борисовича Прохорчука, заведующего лабораторией Центра «Биоинженирия», который говорил о проблемах функционирования генетического материала в связи с метилированием. Метилирование – это определенные биохимические модификации, которые приводят к тому, что ДНК частично изменяется, она начинает по-другому взаимодействовать с регуляторными молекулами, у нее появляется новые свойства. Метилирование лежит в основе эпигенетики, то есть приобретении некоторых признаков в зависимости от условий среды, которые наследуются и передаются в ограниченном ряду поколений. Это ненаправленное изменение структуры генетического материала, которое приводит к тому, что гены начинают работать по-другому. Поэтому надо очень осторожно относиться к тому, чем человек питается, дышит, в какой среде живет, все это может сказаться не только на его собственном здоровье, но и на здоровье будущих поколений. Проводились эксперименты, которые показывают, что если кормить крыс определенными смесями, то у них на сотый день начинается ожирение, повышается артериальное давление, возникает диабет второго типа. У потомства мам, которые жили на такой диете, несмотря на правильное питание, все равно могут появиться перечисленные признаки. Так что не ешьте фастфуд и не пейте кока-колу, уже 30 % американцев болеет ожирением, это и есть эпигенетика. Сейчас доказано, что эпигенетическое наследие передается не только через материнскую, но и особо через отцовскую линию, поэтому женщины несут главную ответственность за качество генетического материала и за его сохранение.

Подготовила Алла Аршинова

Источник: Байкал 24 наука