Что Вы знаете о геномике?

Сегодня мы часто слышим о новшествах и открытиях в современной науке — геномике и биоинформатике. Если большую часть населения, далеких от научной области людей, интересуют вопросы «Что именно изучает наука? Как генетические технологии меняют нашу жизнь?», то не многие знают, что в Узбекистане продуктивно работает Центр геномики и биоинформатики Академии наук Республики Узбекистан.

Созданный в рамках постановления Президента «О дополнительных мерах по развитию фундаментальных и прикладных исследований, а также инновационных работ в области геномики и биоинформатики» от 10 февраля 2017 года в форме государственного учреждения на базе действующего с 2013 года Центра геномики и биоинформатики, он является его правопреемником по правам и обязательствам.

На сегодняшний день его основными задачами являются проведение научных исследований по актуальным проблемам инженерной биотехнологии, внедрение в производство разработок ученых в области сельскохозяйственных растений. В центре ученые изучают структуры геномов сельскохозяйственных растений, проводят биоинформатический анализ функций генов, имеющих экономическое значение; применяют методы генной инженерии и геномных технологий для создания новых генетически модифицированных высокопродуктивных сортов хлопка, пшеницы, сои, риса, граната и винограда, ведут разработку программ генной и клеточной инженерии, маркерной селекции и создают на их основе «генетически обогащенные» линии и сорта хлопчатника с высоким качеством волокна, устойчивые к стрессовым факторам (холод, засуха, засоление посевных земель), к болезням и вредителям растений. Также здесь ведется научная работа по изучению персонализированных сельскохозяйственных культур.

Сегодня в составе центра функционируют 6 лабораторий с использованием современных научных методов и оборудования, отделы по изучению персонализированных сельскохозяйственных культур и Национального координационного центра по тестированию генетически модифицированных организмов и их продуктов, а также спецсеменоводческое хозяйство, теплица, фитотрон и уникальные объекты по хранению гермоплазмы, территориально расположенные в Ташкентской области.

Каждый из 130 специалистов, среди которых 42 научных сотрудника, 12 докторантов и технический персонал, обеспечивающий бесперебойную работу лабораторий, вносит свой вклад в изучение генома растений, разработку новых сортов и внедрение передовых технологий в сельское хозяйство. Благодаря совместным усилиям здесь создаются инновационные решения, способные изменить аграрный сектор.

В ходе пресс-тура, организованного для представителей средств массовой информации, ученый секретарь центра, кандидат биологических наук Шухрат Шерматов отметил, что по сравнению с другими институтами по республике центр является самым молодым. Он был организован по инициативе академика Иброхима Юлчиевича Абдурахмонова, который на сегодняшний день занимает должность министра сельского хозяйства.

— Мы можем заниматься исследованием любых организмов, но приоритетным направлением являются генная инженерия и биотехнология растений. В частности, хлопчатник, который уже долгие годы является основной экономической культурой в Узбекистане. Поэтому на создание новых сортов и развитие хлопководства выделяются огромные средства. На сегодняшний день данным направлением занимаются лаборатории в разных странах, в том числе в США и Китае. У людей может быть предвзятое отношение к хлопчатнику, на который в советское время обращалось огромное внимание. Но на самом деле это ценная культура. Например, США являются одним из ведущих государств по выращиванию хлопка, который практически весь уходит на экспорт, — рассказал Шухрат Эрматович.

— В области геномики мы сотрудничаем со многими американскими и китайскими партнерами. За эти годы мы достигли важных результатов, некоторые их них имеют мировое значение. Например, мы впервые исследовали ассоциативную картину хлопчатника, разработали новую технологию, которая была запатентована в 140 странах.

Вакцина от коронавируса

Сегодня мы уже немного подзабыли те дни, когда перед человечеством встала угроза, от которой на тот момент не было спасения, не было нужных вакцин. Тогда перед многими институтами разных стран стояла задача создать лекарство, которое избавит людей от болезни. Правительство нашей республики поручило ученым разработать национальную вакцину, в том числе на основе растений. Ранее такие вакцины были известны, но широко не применялись. Так как современная наука шагнула далеко вперед и находится на более высоком уровне, это стало актуальным. Наши специалисты проводили научные исследования. В итоге на основе томата была разработана вакцина против коронавируса, которой дали название TOMAVAC. В отличие от зарубежных препаратов ее основное преимущество — безопасность. Продукт был запатентован, а статьи о разработке были опубликованы в ведущих научных журналах. Многократные исследования с экспериментами на мышах, а потом уже и на добровольцах показали, что никаких неблагоприятных побочных эффектов не наблюдалось, у всех вырабатываются высокие уровни нейтрализующих антител в сыворотке крови и в кишечнике.

Идеология разработки растительной вакцины в мире актуальна. Например, российским Минздравом зарегистрирована назальная вакцина от коронавируса. Шухрат Эрматович отмечает, что подобную вакцину можно сделать на основе любого растения. Главное, чтобы оно не подвергалось термической обработке. Например, в сравнении с листьями салата или, как в данном случае, помидором, которые нужно только помыть под проточной водой, картофель для употребления нужно приготовить, а значит, термообработка разрушит тот важный и необходимый белок. Растительную вакцину могут создать в разных странах, в том числе небогатых. Она может быть решением некоторых проблем, например, для лечения животных и птиц, которые тоже болеют.  Здесь у ученых широкое поле деятельности.

О значимых на сегодняшний день открытиях

Помимо хлопчатника и вакцины проводятся исследования других растений, например кукурузы или сои, являющихся важными для продовольственной безопасности. В последние годы идет активное изучение граната и особенно винограда, который составляет большую часть в экспорте нашей страны. Сегодня генная инженерия позволяет ускорить процесс. Если на разработку нового сорта хлопчатника традиционным способом требуется до 20 лет, то при селекции намного меньше. Главное — определить ген, на основе которого будет создан новый вид с необходимым показателем.

На сегодняшний день с учетом климатических изменений развитие геномики и биотехнологий особенно важно. Каждый из нас является свидетелем происходящих на планете, и в Узбекистане в том числе, природных изменений. Наблюдаем постоянное повышение общей температуры, которая, по мнению специалистов, в ближайшие десятилетия будет расти. Человечество стоит перед водным дефицитом. Поэтому большую роль будет играть и развитие медицины, которая со временем станет персонализированной. Определив генетическую особенность пациента, врач сможет подобрать препарат для его быстрого восстановления. Развитие технологий способствует определению последовательности клеток и расшифровке кодов ДНК.

— В 90-м году прошлого столетия, когда не было таких современных условий, несколько государств участвовали в проекте по данному направлению. За несколько лет был подсчитан ДНК человека. В 2003 году был опубликован первый черновой вариант генома человека. Казалось бы, дело сдвинулось, человечество избавится от многих заболеваний. Но оказалось, все не так уж просто, неизвестно, какой ген за что отвечает, — рассказывает Ш.Шерматов. — С тех пор прошло 20 лет. Современные технологии могут прочитать геном одного человека за 24 часа. С тем, что раньше делала тысяча машин за 10 лет, сейчас справляется одна. Технологии развиваются, придет день, когда в каждой поликлинике будет такая машина, при помощи которой врач назначит нужное лекарство, человечество сможет найти лечение для многих заболеваний. Медицина страны станет более эффективной, сможет выявлять болезни на стадии эмбриона.

Конечно, читатель может возразить, что генную инженерию можно применять и в создании вирусов, и это невозможно контролировать. Специалисты отмечают, что для этого необходимы высокий уровень защиты, специфические лаборатории, реагенты, за которыми ведется строгий контроль и анализ их применения.

— В нашей лаборатории мы в основном занимаемся трансформацией растений, создаем специальные условия, которые позволяют нам изучать его развитие и тестировать различные генетические изменения. За последние три месяца основным объектом наших исследований стал виноград. Наши эксперименты направлены на улучшение его устойчивости к различным стрессовым факторам, засухе, перепадам температуры и заболеваниям, — поделился докторант Хумоюн Юсупов.

Рассказывая об исследованиях, проводимых в теплице центра, докторант Анваржон Муродов отметил, что большая проблема сохранения помидоров — это потеря упругости плода, которая начинается примерно через неделю после созревания.

В поиске решения он работает над созданием помидоров с длительным сроком сохранения свежести, минимум две недели. Сегодня в теплице выращиваются два вида помидоров: черри и классические томаты. Первые результаты обнадеживают. Если следующие испытания пройдут успешно, то в будущем ученые смогут вывести их на местные рынки.

На сегодняшний день в центре проходят испытания растений, созданных с помощью методов генной инженерии и селекции. Ученые наблюдают за их ростом, анализируют, как они реагируют на засуху, заболевания и вредителей, кроме того, тестируют перспективные агротехнологии, выявляют способы улучшения урожайности, методы защиты растений и оптимальные условия выращивания. Центр имеет уникальные объекты по хранению гермоплазмы, это генетический банк, способствующий сохранению и изучению разнообразия культур. Ученые уверены, что разрабатываемые сегодня технологии помогут в будущем изменить сельское хозяйство республики.

Скажи, что ты ешь…

Сегодня все чаще на прилавках магазинов мы видим товары с надписью «без ГМО», но мало кто знает, что это такое, опасно ли это для человека.

— Скажем так, если вы поменяли ген, то это уже ГМО. Наши сорта растений, которые созданы при помощи генной инженерии, являются таким продуктом. Измененный вид нового сорта хлопчатника устойчив к засухе, он обладает высоким уровнем урожайности, длинным волокном, — говорит Шухрат Эрматович. — Проблема в другом — в безопасности. Генномодифицированные продукты на рынке появились давно. Данные технологии успешно развивались и коммерциализировались во многих странах. Сегодня создано немало сортов, которые выдерживают длительные хранение и перевозку. Если ученые специфически не ввели в растение ген, который синтезирует какой-то яд, то оно никогда не будет вредным. Если измененный ген не попал в вашу ДНК, а это невозможно, так как все, что человек употребляет в сыром виде, перерабатывается организмом, вы не увидите в себе изменений. Надпись «без ГМО», это скорее маркетинговый ход. Разработка технологий ведется в основном на таких малозатратных основных культурах, как хлопчатник, соя, помидоры, кукуруза. Нам пришлось доказывать безопасность применения. Такого рода исследования хлопкового масла, какие были проведены у нас, не проводились ни в одной другой стране. Каждая культура проходит многократную проверку. Отклонений не наблюдали. Поэтому можно смело сказать, что это безвредно. Чего нельзя сказать о других продуктах, которые наносят вред здоровью населения. Ведь люди болеют не от ГМО, а от количества химикатов в том или ином продукте. Продукт ГМО — самый исследованный продукт.

Наука и молодежь

— В науку идут молодые ребята, но к сожалению, их не так много, как того хотелось бы. Тягу к знаниям и любовь к науке надо прививать с детства. Если в школе этого не случилось, то в вузе уже поздно. В нашем случае важно ребенка увлечь ботаникой, биологией, тогда в дальнейшем его жизненный путь приведет к научным исследованиям. Ведь современна биотехнология быстро меняется, что увлечет молодого ученого. Сегодня наша задача — знакомить простых ребят с наукой, рассказывать, что она представляет. Они должны видеть успешные проекты в Узбекистане, где и как они применяются — спектр широкий, — отмечает Ш.Шерматов. — Сегодня немногие студенты знают о нашем центре, инициатором которого стал академик Иброхим Абдурахмонов. По гранту от фонда «Эл-юрт умиди» он окончил магистратуру в Соединенных Штатах Америки, там начал первые исследования. Вернувшись на Родину, защитил кандидатскую диссертацию. В двухтысячные, когда наука была развалена, денег у ученых не было, он проводил исследования, которые признавались мировым сообществом. Будучи целеустремленным человеком, он стремился развивать в стране генномику. С момента основания центра, когда действовала лишь одна маленькая лаборатория, на сегодняшний день много изменилось. В шести лабораториях проводятся различные исследования, ведется разработка новых сортов растений. Приобретенное оборудование позволяет нашим молодым ученым продолжать свое обучение за границей. Ребята не останавливаются, а двигаются дальше в своих изысканиях.

Для ознакомления с деятельностью центра наши специалисты выезжают в общеобразовательные школы, где проводят беседы с учащимися. Идет сотрудничество с Агентством специализированных образовательных учреждений при Министерстве дошкольного и школьного образования. Во время посещений ребята наблюдают за ходом работ. Возможно, некоторые из них в скором времени придут к нам.

Среди молодых ученых центра есть те, кто сегодня учится в магистратуре в Японии, Италии, Китае и США. Ученый должен находиться в постоянном движении, обмениваться опытом. Побывав однажды в лаборатории другой страны и пообщавшись с коллегами, молодой ученый поменяет отношение к своему делу.

В нашу науку приходят те, кто действительно «болен» ею, кому интересны законы биологии, кто хочет открыть себя в новом статусе. Важно знать английский, так как научная литература в основном на этом языке. Если в центр придет молодой человек, увлеченный ботаникой, но не владеющий английским, то здесь не оттолкнут, а помогут. И даже если нет возможности принять в штат, двери центра для него не закроются. По составленному графику он сможет приходить и совершенствовать свои знания, набираться опыта. Здесь поддержат, даже если видят, что молодой специалист собирается уехать в другую страну, потому что верят в то, что когда-нибудь он вернется, но уже в статусе признанного ученого.

О дальнейших планах

— Сейчас большое внимание глава государства уделяет развитию как научной сферы, так и сельского хозяйства. Поэтому перед институтом поставлена задача разработки новых сельхозкультур, устойчивых к таким современным вызовам, как засуха, засоление земли, жаростойких сортов, не требующих частого полива. Реальность такова, что из-за изменения климата повышается не только дневная температура, но и ночная, что особенно важно для растений в период цветения. Важно сохранить цветок, от которого зависит урожай. Иначе же человечеству грозит голод. Принимая во внимание три основных вызова — проблемы воды, засоления и теплового стресса, упор делаем на разработку устойчивых к стрессам сортов, — сказал Шухрат Эрматович.

Подрастающая смена

Во время пресс-тура специалистов СМИ центр посетили и учащиеся специализированной школы имени Мирзо Улугбека и студенты университета «Янги Узбекистон». Среди них Фазила Курбонова, ученица 9 «Б» класса.

— Я родилась и выросла в семье с династией ученых. Поэтому мне интересно узнать о развитии данной науки и проводимых исследованиях, направленных в том числе на сохранение исчезающих видов растений. Нам рассказали о некоторых свойствах генетики, ДНК на примере двух типов растений и человека. Так как наша школа не специализирована на такие предметы, как химия и биология, нам было интересно узнать о новых для нас направлениях, — поделилась Фазила.

Такие экскурсии для студентов вуза «Янги Узбекистон» проводятся согласно плану. Тьютор

Отабек Абдувахидов отметил, что такие лаборатории в вузе тоже есть, у студентов есть возможность проводить некоторые исследования, опыты. Здесь они могут наглядно познакомиться с разработками узбекистанских ученых в данном направлении, получить ответы на интересующие вопросы и узнать у специалистов что-то новое.

Наталья МОРОЗОВА.