В 2014 году мы получили первый грант РНФ на создание новой лаборатории генетических ресурсов животных для изучения, сохранения и рационального использования биоразнообразия сельскохозяйственных и родственных им диких видов животных.
На первой международной конференции, в которой приняли участие исполнители проекта, интерес к нашим работам был невысок, так как мы сильно проигрывали по методической составляющей исследований. В тот момент мы могли пойти разными путями: собирать и передавать образцы биоматериала в зарубежные лаборатории и ждать статей с нашим упоминанием, либо идти более сложным путем – развивать приборную базу, поднимать методический уровень исследований, повышать квалификацию собственных научных кадров. Мы выбрали второй, более сложный и длинный путь. Наша первая полнотекстовая публикация в Q1 вышла только в 2016 году, на третий год реализации гранта. Ее рецензирование заняло более года, и это неудивительно: у нас тогда не было международной репутации ведущего научного коллектива в этой области исследований.
Центр реализует 12 проектов по грантам РНФ, 3 из них – в филиале Центра в Санкт-Петербурге. Фото: пресс-служба РНФ
В ходе реализации проекта впервые в мире мы провели полногеномное генотипирование домашних и диких северных оленей. Две этих формы северных оленей существуют в одних и тех же природно-климатических условиях, что является отличной моделью для изучения процессов доместикации. Нам впервые удалось найти различия на генетическом уровне между дикой и домашней популяциями северных оленей и разработать тест-системы для оценки степени интрогрессии диких северных оленей в домашней форме. Кроме того, мы разработали тест-системы для контроля достоверности происхождения, которые сегодня стали неотъемлемым элементом селекционно-племенной работы в северном оленеводстве. Данная разработка успешно внедрена в племенных оленеводческих предприятиях в Ненецком, Ямало-Ненецком автономных округах и в республике Коми.
Олень играет большую роль в жизни северных народов и остается важным элементом всей экосистемы Севера. Однако из-за антропогенных и природных факторов происходит резкое снижение численности оленей, что приводит к снижению генетических разнообразия животных, которое необходимо для выживания в новых условиях обитания. Благодаря беспрецедентной поддержке РНФ нам удалось проводить не только генетические исследования, но и применять самые современные методы молекулярно-генетического анализа. Вероника Харзинова, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник ВИЖ, грантополучатель РНФ.
На фото: Вероника Харзинова. Источник: пресс-служба РНФ
В рамках нашего первого проекта нам удалось впервые применить полногеномные методы для характеристики отечественных сельскохозяйственных генетических ресурсов. Это дало возможность при помощи самого современного инструментария получить объективную информацию о состоянии аллелофондов пород крупного рогатого скота, овец, северных оленей и их диких родственников. В исследовании мы применяем ДНК-чипы высокой плотности, которые по десяткам тысяч отдельных мутаций в геноме позволяют оценивать биоразнообразие, идентифицировать сохранившиеся в современных популяциях животных аутентичные геномные компоненты, выявлять желательные с точки зрения хозяйственной ценности аллельные сочетания, чтобы использовать полученную информацию для разработки программ сохранения отечественных пород, эффективного управления промышленными популяциями и создания новых улучшенных селекционных форм.
Грант позволил сформироваться нескольким самостоятельным направлениям исследований. Вероника Харзинова, в прошлом – исполнитель моего проекта, сама стала руководителем и продолжает углубленно исследовать геном северного оленя.
Еще один проект, вышедший из первого гранта, связан с исследованиями жироотложения у овец.
На протяжении истории и эволюции пород животных у человека была потребность в создании таких форм, которые были бы хорошо адаптированы к условиям различных климатических зон. Так, например, у пород овец, обитающих в жарком климате южных регионов России, одним из таких приспособленческих признаков стал жирный хвост. Животные используют жир, накапливаемый в хвосте, как источник энергии для поддержания своей жизнедеятельности, когда южное солнце высушивает растительность. В связи с этим у местных народов сложилась традиция использования хвостового (курдючного) жира в приготовлении национальных блюд. Современные тенденции в питании изменили отношение человека к пищевым продуктам: сегодня востребована более здоровая, постная пища. Что делать с жирнохвостыми породами овец, полученными методами народной и заводской селекции и в течение многих столетий обитающими на этих территориях? Завозить другие породы? С высокой вероятностью они не смогут адаптироваться к экстремальным условиям Юга России. Нужны породы, которые сохранят приспособленность к местным условиям, но при этом будут накапливать меньше жира. Поэтому мы ведем поиск генов, которые участвуют в процессах жироотложения у овец.
В Центре проводят масштабные полногеномные исследования на крупном рогатом скоте, овцах, свиньях, северных оленях и их диких родственниках. Так, впервые удалось «прочитать» геном дикого родственника домашних овец - снежного барана. Если раньше это был наименее изученный вид Ovis (род парнокопытных из семейства полорогих, включающий домашнюю овцу), то сегодня он стал наиболее исследованным из диких видов Ovis.Фото: пресс-служба РНФ
Можно было бы сравнивать жирнохвостых овец и тощехвостых, и на этом остановиться. Но помимо того, что эти овцы отличаются толщиной хвоста, они отличаются и другими признаками, что затрудняет идентификацию «нужных» генов. Поэтому мы создаем ресурсную популяцию, скрещивая тощехвостых овец – романовских с жирнохвостыми – карачаевскими. Это позволит нам на относительно небольшой по численности популяции животных получить широкий спектр фенотипической изменчивости по толщине хвоста – от тощего до жирного и по результатам полногеномных ассоциативных исследований идентифицировать гены, ответственные за проявление данного признака. Такие гены станут мишенями для селекции, в том числе с использованием генного редактирования. На основании полученных данных мы надеемся в будущем создать новую универсальную породу овец. Татьяна Денискова, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник ВИЖ, грантополучатель РНФ.
На фото: Татьяна Денискова. Источник: пресс-служба РНФ
Для получения животного сырья, наиболее полно отвечающим потребностям человека в здоровой пище, мы меняем саму природу животных. Сегодня активно развивается свиноводство с применением генетических технологий. Свинья становится животным с низким содержанием жира. Один из проектов Центра посвящен поиску генов, связанных с полезными свойствами свиней.
Стремление получить постное мясо приводит к появлению быстрорастущих животных с минимальным содержанием жира в туше, что проявляется в снижении толщины подкожной жировой прослойки (шпика). С одной стороны, это экономически эффективно, с другой – может привести к ухудшению вкусовых качеств мяса. Этому способствуют разные стрессовые и пищевые факторы, которые мы изучаем, чтобы в дальнейшем нивелировать их. Роман Некрасов, доктор сельскохозяйственных наук, профессор РАН, заведующий отделом ВИЖ, грантополучатель РНФ.
На фото: Роман Некрасов. Источник: пресс-служба РНФ
Первый год проекта показал, что такие факторы, как групповое содержание свиней, транспортный стресс, стресс перед убоем, смена структуры и компонентов рациона приводят к биохимическим изменениям в организме животных, влияют на показатели обмена веществ, гормональную систему и убойные показатели, такие, как выход мяса и другие. Исследования ведутся совместно с ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова.
На фото: Роман Некрасов с одним из исполнителей проекта Надеждой Боголюбовой. Источник: пресс-служба РНФ
Создание и внедрение в практику технологии получения эмбрионов крупного рогатого скота in vitro является сегодня актуальной задачей. Ее решение позволит проводить работу по воспроизводству и созданию новых и улучшению существующих пород животных более интенсивно и целенаправленно. Сотрудники под руководством Галины Сингиной отрабатывают технологию прижизненного получения яйцеклеток от коров и их результативного использования в системе экстракорпорального оплодотворения.
Источник: пресс-служба РНФ
Яйцеклетки можно получать из убойного материала и от животных прижизненно. Отличие в том, что во втором случае мы можем извлекать их многократно. В мире существует огромный интерес к этой технологии, ведь яйцеклетки, полученные от живых коров с высокой племенной ценностью, позволят многократно тиражировать их качества в потомстве. Кроме того, с развитием геномного редактирования встает задача получения в раннем возрасте как можно большего количества потомства от «отредактированных» животных. Однако, данная технология требует совершенствования, чем мы и занимаемся. Галина Сингина, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник ВИЖ, грантополучатель РНФ.
Источник: пресс-служба РНФ
Задачей проекта является поиск факторов, способных улучшить результативность технологии получения эмбрионов коров in vitro. Мы изучаем внеклеточные везикулы – пузырьки, присутствующие в фолликулярной жидкости. Роль этих везикул пока неизвестна, а белки, которые они переносят, пока не идентифицированы. Как только нам удастся всесторонне исследовать эти объекты на материале, получаемом post mortem, можно будет транслировать технологию на прижизненно извлекаемые яйцеклетки. Мы надеемся, что качественные характеристики эмбрионов, получаемых in vitro, будут сопоставимы с качеством эмбрионов при естественном оплодотворении.
Исследование генофондов пород крупного рогатого скота составило основу разработки системы геномной селекции молочного скота в России. В Московской области такая система уже внедрена. В каталоги, где публикуется информация о быках-производителях, дополнительно включены данные об их геномной племенной ценности. Это дает возможность работникам племенных организаций принимать более грамотные селекционные решения, повышая, тем самым, уровень генетического прогресса в селекции молочного крупного рогатого скота. Фото: пресс-служба РНФ
Проблема разведения коров неотрывно связана с рядом других сложностей, в частности, с маститом, воспалением молочной железы. До 70% коров страдают субклиническими формами этого заболевания, основным возбудителем которого является золотистый стафилококк. Если сами бактерии удается уничтожить при пастеризации, то от выделенных ими токсинов избавиться намного сложнее, а именно они играют главную роль в развитии аллергии на молоко и аутоиммунных заболеваний у детей. Стафилококки, несущие токсины, устойчивы к антибиотикам, поэтому мы ищем гены, отвечающие за эту устойчивость.
Мы определили, какие токсины могут продуцировать те или иные организмы, проверили гены устойчивости к антибиотикам и провели полногеномное секвенирование штаммов. Доказано, что токсины убивают эпителиальные клетки, поэтому одна из наших задач – определить способность антител, защитников организма, подавлять их влияние на клетки эпителия. Федор Бровко, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник ВИЖ, грантополучатель РНФ.
На фото: Федор Бровко. Источник: пресс-служба РНФ
Создание криобанков биологического материала сельскохозяйственной птицы – одна из приоритетных задач современных агропромышленных технологий, направленных на сохранение, поддержание и восстановление генофонда ценных пород и линий. Мы разрабатываем современные технологии криоконсервации, то есть сохранения в замороженном состоянии половых клеток и предшественников половых клеток перепел, кур, цесарок, уток, гусей и индеек. Евгения Томгорова, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник ВИЖ, основной исполнитель проекта по гранту РНФ.
Источник: пресс-служба РНФ
На фото: Евгения Томгорова за компьютером. Источник: пресс-служба РНФ
Одно из важных направлений исследований Центра – изучение древней и исторической ДНК животных. Это связано с большой проблемой потери аутентичности наших пород.
Понимать, как направленный отбор влияние на изменение генотипа в популяциях сельскохозяйственных животных, важно для развития устойчивых систем животноводства. Существует особый интерес к геномным регионам, подверженным естественному или искусственному отбору, так называемым «отпечаткам селекции». В 80-х годах в Советском Союзе было много местных пород свиней с уникальными характеристиками. Сейчас они неконкурентоспособны по сравнению с зарубежными коммерческими породами. Чтобы вернуть нашим породам конкурентные преимущества, команда Ольги Костюниной проводит полногеномные исследования отечественных пород свиней и идентифицирует «отпечатки селекции».
Мы хотим посмотреть, какие были животные раньше, как шел процесс селекции пород, как изменение условий окружающей среды повлияло на генотип животных. Мы изучаем не только современные, но и исторические образцы. Ольга Костюнина, доктор биологических наук, заведующая лабораторией ВИЖ, грантополучатель РНФ.
Источник: пресс-служба РНФ
Для изучения исторической ДНК мы используем черепа животных первой половины прошлого века, сохраняемые в краниологической коллекции Музея животноводства имени Е.Ф. Лискуна Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева. Данное исследование имеет особый смысл еще и потому, что академик ВАСХНИЛ Ефим Федотович Лискун был основателем и первым директором ВИЖ. По результатам исследований генома мы надеемся установить, каким образом проводимая в течение нескольких десятилетий селекция по ограниченному количеству признаков повлияла на биоразнообразие и изменила генофонд пород, какие аллели были утеряны.
Источник: пресс-служба РНФ
Материалом для исследований служит костный порошок, получаемый из исторических черепов животных разных пород. Уже первые результаты сравнительных исследований исторических образцов и современных представителей двух старейших отечественных пород крупного рогатого скота - холмогорской и ярославской выявили существенные отличия в их аллелофонда. Александра Абдельманова, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник ВИЖ, основной исполнитель гранта РНФ.
На фото: Александра Абдельманова. Источник: пресс-служба РНФ
Исследования исторической и древней ДНК мы проводим в новой лаборатории, введенной в строй в этом году для выполнения нескольких проектов, которые были поддержаны в рамках инфраструктурного конкурса Президентской программы РНФ. Исследования не ограничиваются областью сельского хозяйства: из пяти инфраструктурных проектов, реализуемых на нашей базе, два выполняются организациями биологического профиля. Все они объединены общей идеей – изучение генофондов видов сельскохозяйственных животных – крупного рогатого скота, овец, коз, лошадей. Мы планируем на геномном уровне дать оценку биоразнообразию национальных генетических ресурсов, чтобы в условиях меняющегося климата и роста техногенной нагрузки их лучше сохранять и эффективно использовать.
Генетические технологии нельзя рассматривать в отрыве от инфраструктуры. Под инфраструктурой я понимаю не только лабораторные мощности, необходимые для проведения собственно генетических исследований, но и квалифицированные научные кадры, способные проводить такие исследования, а также методические и технологические навыки в других областях исследований, необходимых для развития генетических технологий в животноводстве. Например, мы можем генетически модифицировать клеточную линию, но для получения на ее основе животных, нам потребуются вспомогательные репродуктивные технологии, а значит и кадры, способные работать с сельскохозяйственными животными. Такой междисциплинарный подход для развития генетических технологий мы и реализуем в нашем Центре, в том числе при поддержке Российского научного фонда.
Источник: пресс-служба РНФ
Следует отметить, что генетические исследования в нашем Центре были начаты более 30 лет назад по инициативе академика Льва Константиновича Эрнста, и сегодня мы продолжаем его дело. Национальный проект «Наука» и федеральная научно-техническая программа развития генетических технологий в Российской Федерации сделали эти исследования одними из приоритетов научно-технологического развития для страны. Имеющийся научный задел позволил нам быть готовыми к новым вызовам и активно развивать свои работы в этой области сегодня.
В рамках выполнения проектов РНФ мы активно коллаборируем с региональными институтами, поскольку реализация генетического потенциала видов и пород сельскохозяйственных животных связана с конкретными природно-климатическими условиями, технологиями кормления и содержания животных. Что касается международных коллабораций, то сегодня мы на равных сотрудничаем с учеными из Германии, Австрии, Франции, Великобритании, США и другими, обмениваемся полученными данными.
Я считаю, что самая большая ценность гранта, полученного на создание новой лаборатории, – это то, что мы смогли развить свой кадровый потенциал: целый ряд молодых ученых, подняв свой профессиональный уровень, сегодня сами стали руководителями грантов РНФ. Результаты наших исследований сегодня публикуются в ведущих профильных научных журналах, наши выступления на международных конференциях интересны мировому научному сообществу. Нас знают в мире и с нами хотят сотрудничать. И это те эффекты, которые дал первый для нашего Центра грант Российского научного фонда.
