Генетика – это часть биологии. В рамках Месяца генетики и качества жизни Года науки и технологий профессор кафедры молекулярной биологии Петр Каменский рассказывает о том, как стать генетиком, какие проекты в этой области делаются в Московском университете и в мире.
Какие проводятся передовые генетические и геномные исследования в мире?
Все передовые мировые исследования перечислить невозможно, остановимся на самых впечатляющих — это работы в области синтетической биологии. Синтетическая, или инженерная, биология — быстро развивающаяся в последние годы научная дисциплина на стыке генетики, компьютерных и инженерных наук, основной задачей которой является придание живым организмам несвойственных им ранее признаков. Для этого используется инженерный подход, в котором различные участки геномов рассматриваются как части генетических «регуляторных контуров». В этих контурах на генетическом уровне могут быть реализованы логические операторы И, ИЛИ, ЕСЛИ…ТО и др. В результате при помощи направленной модификации геномов новыми регуляторными контурами имеется возможность создания «геномных триггеров» (переключение метаболизма клетки с одного пути на другой в ответ на внешнее воздействие), «геномных осцилляторов» (самоподдерживающееся ритмическое изменение экспрессии гена) и многих других инженерно-геномных элементов.
Для простоты приведу пример: недавно ученым удалось сконструировать штамм бактерий, которые при росте на питательной среде приобретают синюю окраску в ответ на запах роз! Понятно, что здесь мы имеем дело с сортом «научного баловства», но ведь очень легко представить себе, например, аналогичный штамм бактерий, которые будут менять окраску, например, при появлении в среде нефтепродуктов. А это уже простой и дешевый способ выявления загрязнений окружающей среды при нефтедобыче!
Синтетическая биология фактически находится еще в процессе зарождения, но перспективы, которые открывает перед человечеством эта научная дисциплина, поистине захватывают воображение.
Расскажите о выдающихся научных группах, которые занимаются генетикой и геномикой в МГУ
Группа Алексея Шайтана (биофак МГУ) занимается математическим и суперкомпьютерным моделированием генетических процессов. К примеру, в их недавней статье в Nature Communications им удалось с небывалой доселе точностью смоделировать движения ДНК относительно нуклеосомы — белкового комплекса, обеспечивающего компактную укладку ДНК в ядре.
Группы Сергея Разина и Василия Студитского (биофак МГУ) занимаются 3D-геномикой, то есть изучением трехмерной организации генома в клетке. В последние годы стало ясно, что 3D — это еще один важнейший уровень регуляции экспрессии генов. В этой лаборатории вплотную подошли к разработке «3D-геномных редакторов» — молекул и технологий, позволяющих регулировать экспрессию генов посредством влияния на трехмерную структуру генома.
Группа Сергея Дмитриева (НИИ Физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского) исследует связь процессов реализации генетической информации со старением. Для этого ученые используют рибосомный профайлинг — мощнейшую технологию, позволяющую оценивать движение рибосомы по мРНК в процессе трансляции практически в реальном времени.
Группа Ольги Донцовой (химфак МГУ, Институт функциональной геномики) занимается механизмами реализации генетической информации. Для определения функций генов, вовлеченных в эти процессы, ученые при помощи геномного редактирования получают линии лабораторных мышей, геномы которых лишены соответствующих генов, и описывают последствия отсутствия этих генов для организма животного.
Какие есть образовательные программы и как по ним готовят специалистов в области генетики биологии?
Сосредоточусь на МГУ. В целом, специалистов в области генетики готовят как минимум на четырех факультетах МГУ: биологическом, химическом, ФФМ, ФББ. Качество образования на традиционных образовательных программах этих факультетов традиционно высоко.
Однако я хотел бы отдельно отметить образовательную деятельность МГУ в области генетики в рамках научно-образовательных школ — внеструктурных подразделений университета, созданных в 2020 году для усиления междисциплинарности науки и образования в МГУ.
Одна из этих школ носит название «Молекулярные технологии живых систем и синтетическая биология», и генетика — одно из основных направлений работ в рамках этой школы. За последний год коллективом школы были разработаны и внедрены три новые образовательных программы, так или иначе связанные с генетикой. Отличительной чертой этих программ является их междисциплинарность: все они преподаются силами трех или более подразделений МГУ.
А это значит, что студенты, обучающиеся по данным программам, приобретают уникальный набор компетенций, поскольку курсы, которые они проходят, посвящены одной и той же проблеме, но подходят к ней с разных сторон. Программы пользуются большой популярностью у абитуриентов.
Программа «Геномика и здоровье человека» разработана в интересах ПАО НК Роснефть — главного технологического партнера Федеральной научно-технической программы развития генетических технологий в России. В рамках этой программы студентов обучают работе на высокопроизводительных секвенаторах и способам анализа данных, которые можно получить посредством полногеномного секвенирования.
Программа «Структурная биология» посвящена методам исследования атомарной структуры биологических молекул, программа «Регенеративная биомедицина» — молекулярным механизмам, по которым происходят процессы регенерации тканей в организме человека.
Источник: https://scientificrussia.ru/…
