Обнинский ВНИИРАЭ — важнейший для этой истории институт. Здесь много лет изучают, как сделать продукты безопасными и качественными.
А одно из крупнейших направлений института — генетические технологии, Гентех. Недавно во ВНИИРАЭ под них создали отдельную большую лабораторию. В ней ученые разрабатывают технологии, которые позволят быстро создавать сорта, устойчивые к самым разным стрессовым факторам.
О задачах, которые стоят перед учеными, и их успехах в Гентехе мы поговорили с заведующей лабораторией молекулярно-клеточных основ сельскохозяйственной радиобиологии Екатериной Бондаренко и ведущим научным сотрудником ВНИИРАЭ Владимиром Бондаренко.
Фундаментальные и прикладные
Екатерина Бондаренко: «Благодаря поддержке Минобрнауки мы закупили современное оборудование»
Корр. Ваша лаборатория молодая. Но ведь сами по себе генетические технологии для ВНИИРАЭ — история очень давняя.
Владимир Бондаренко. Раньше они были жестко привязаны к радиации. И это были, в первую очередь, фундаментальные исследования. Мы изучали процессы, которые происходят под воздействием радиации в организме на всех уровнях — вплоть до молекулярного.
А в 2019 году в России приняли новую программу по Гентеху, и мы стали ее исполнителями с проектом по созданию стрессоустойчивых форм ячменя и люпина. Так что теперь мы вдобавок к исследованиям фундаментального характера занимаемся практическими задачами, от радиационного мутагенеза и до геномного редактирования. Это стало реальностью именно благодаря государственной поддержке и созданию новой лаборатории.
Екатерина Бондаренко. Вообще идея проекта началась с того, что мы заметили: те растения, которые устойчивы к ионизирующему излучению, например, в Чернобыле, показывают устойчивость и к другим факторам — засолению почвы, дефициту воды, засухе, холоду и так далее.
Получается, под действием ионизирующего излучения в них включаются какие-то механизмы, которые до конца еще не изучены.
◄ Научный сотрудник Марина Подобед
и младший научный сотрудник Яна Блинова
с образцами каллуса
И мы решили найти этот пока неизвестный фактор — мы его называем «универсальной радиоустойчивостью». Его можно будет использовать, чтобы повысить урожайность на фоне стрессовых факторов. Ведь стрессы в природе повсюду: то холод, то жара, то патогенные грибы на поля «нападут». А урожайность надо как минимум удерживать на определенном уровне, а лучше — повышать. К тому же каждый отдельный сорт «живет» 5-7 лет. Потом он вырождается или становится более подверженным различным патогенам. Или, например, появляется новый возбудитель, который его поражает. Поэтому сорта надо постоянно обновлять. Создание нового сорта классическими методами занимает 10-15 лет. Именно поэтому государство вкладывает огромные средства в разработку технологии, которая позволит решить эту задачу в короткие сроки.
Владимир Бондаренко. Наша изначальная идея — с помощью радиационного воздействия находить в растениях гены, которые отвечают за механизмы адаптации. И дальше с помощью генетических технологий, в том числе геномного редактирования, получать линии, которые будут обладать определенными хозяйственно-ценными признаками. В этой парадигме мы и двигаемся.
Люпин и ячмень
Корр. Эту технологию можно будет использовать для любых растений?
Екатерина Бондаренко. Фактически да. Ее можно будет адаптировать для создания новых сортов множества сельскохозяйственных культур. А именно во ВНИИРАЭ мы должны на выходе получить линии люпина, устойчивые к грибковым заболеваниям, в частности, к антракнозу, и линии ячменя, устойчивые к абиотическим стрессам.
Корр. Ячменя и люпина? Если ячмень — известная сельскохозяйственная культура, то люпин — это же просто красивые цветы?
Владимир Бондаренко. Это только так кажется. На самом деле это зернобобовая культура, которая, как и остальные бобовые, содержит большое количество белка, легко усваиваемого организмом. Его еще называют альтернативой сое. И при этом, в отличие от сои, его можно легко выращивать в зонах рискованного земледелия, получать хороший устойчивый урожай.
Екатерина Бондаренко. Хочу добавить, что СССР занимал одно из ведущих мест в мире по возделыванию люпина. Но изначально он очень горький. В 1950-х благодаря селекции появились сорта, где горечь удалось снизить, и животные стали есть эти растения. А современные сорта пригодны и для человека — они уже не горькие, при этом содержат уникальный состав аминокислот. Это делает люпин ценнейшим продуктом для диетического питания. К сожалению, появился гриб, который был настолько патогенным, что несколько лет подряд уничтожал практически 100% урожая. Позже разработали сорта, устойчивые к этому грибу. И началось возрождение люпина как сельскохозяйственной культуры. Так что это очень перспективное растение как для животноводства, так и для пищевой промышленности.
Мутации и редактирование
Корр. В чем конкретно заключаются ваши исследования? Что вы все-таки делаете?
Владимир Бондаренко. Мы вносим направленные мутации в строго определенные места генома, то есть, занимаемся геномным редактированием. Если говорить о деталях, это выглядит так: например, в растении мы нашли ген, из-за работы которого растение сильно страдает от холода. Чтобы избавить от него растение, его надо как-то «выключить». Как это сделать? Мы раз за разом повреждаем этот ген. На повреждения реагирует система репарации — чинит этот участок. И в какой-то момент система репарации ошибается и восстанавливает повреждённую последовательность как-то не так — то есть, возникает мутация, приводящая к «поломке» гена. В результате получается клетка, которая будет устойчива к холоду.
Екатерина Бондаренко. А вот дальше начинается самое сложное. Даже если мы точно поняли, что надо делать, чтобы отредактировать ДНК растения на уровне клетки, — это только начало. Что толку с одной клетки? Нам надо из одной клетки получить для начала организм. А потом и организм, который может размножаться, и будет это делать — то есть, сорт. Вот коротко суть нашего научного поиска.
Оборудование и кадры
Ламинарный бокс биологической безопасности
Корр. Все эти эксперименты требуют серьезного оборудования. Как у вас обстоят дела с материальной базой?
Екатерина Бондаренко. Благодаря поддержке Минобрнауки мы закупили современное оборудование. И не только наша лаборатория, но и другие — в общей сложности за последние 2 года институт приобрел оборудования примерно на 100 млн руб. У нас теперь есть секвенатор, при помощи которого можно определять последовательность нуклеотидов в объектах. Создали лабораторию масс-спектрометрии, где изучаем молекулярные изменения в растениях в ответ на какое-либо воздействие, начиная от облучения нашей любимой радиацией. Сделали фитотронный блок — лабораторию искусственного климата с полностью контролируемыми условиями. Закупили много общелабораторного вспомогательного оборудования, без которого тоже как без рук. И останавливаться в обновлении и расширении материально-технической базы не собираемся.
Корр. На любом оборудовании должен кто-то работать. Как у вас обстоят дела с кадрами?
Екатерина Бондаренко. Хотя направление генетических технологий для ВНИИРАЭ новое, у нас с кадрами все хорошо. Несколько лет назад в институте создали две молодежные лаборатории — и они стали для нас источником кадров. Надо сказать, что наши сотрудники постоянно дополнительно обучаются, ездят на стажировки. А их, что интересно, в последние годы стало очень много. Если раньше найти что-то для допобразования в нашей сфере было очень тяжело, то сейчас — нет. С прошлого года мы стали частью Курчатовского института, на базе которого создан крупнейший в России геномный центр, поэтому возможности для обучения у нас расширились.
И мы не только сами учимся, но и обучаем других. За последние два года мы разработали 4 курса для студентов и 1 курс дополнительного профессионального образования по радиационным и генетическим технологиям. Во ВНИИРАЭ по программе допобразования обучились уже 50 человек. А в этом году мы обучим больше 150.
Владимир Бондаренко. Что касается студентов, то мы видим, что многие хотят работать именно в нашем институте. Так что сейчас наша главная задача — уже не столько привлечь молодежь, сколько ее удержать. И не только зарплатами — они у нас на хорошем уровне. Молодой исследователь должен решать амбициозные задачи. Ведь все читают статьи, видят, чем занимаются другие ученые. И если человека не увлечь, он уйдет туда, где интереснее работать. К счастью, во ВНИИРАЭ у нас есть и серьезнейшие задачи, и материальная база, и оборудование.
Друзья и конкуренты
Корр. В науке всегда есть место конкуренции: хочется получить результат быстрее, данных больше, чем другие. Кто прямые конкуренты ВНИИРАЭ?
Владимир Бондаренко. У нас нет конкурентов. С одной стороны, в России в принципе не так много научных групп, которые занимаются генетическими технологиями в сельском хозяйстве. А во-вторых, научная группа не может заниматься одновременно множеством разных культур. Мы занимаемся люпином и ячменем. Другие — пшеницей и рожью. Так что у нас все друзья, мы все помогаем друг другу.
Екатерина Бондаренко. В нашей сфере все с готовностью делятся такими деталями, которые в условиях конкуренции могли бы скрыть. Рассказывают о неудачных экспериментах, чтобы коллеги не шли ложным путем, о каких-то особенностях работ, тонкостях редактирования. Так что здесь работает синергетический эффект у разных групп исследователей. Проект вообще объединяет ученых, которые вне его рамок могли бы и не узнать друг о друге. И даже если мы не будем совместно работать после его окончания, мы сейчас активно взаимно обогащаемся и выходим на другой уровень понимания процессов.
