Ранее я, работая в Институте цитологии и генетики СО РАН (Новосибирск) часто ездил в Москву, чтобы провести совместные исследования с сотрудниками московских Институтов. В настоящее время в Институте цитологии и генетики д.б.н. Н.Б. Рубцовым создана самая современная база микроскопического анализа хромосом, и я, уже работая в Москве, теперь перемещаюсь в обратном направлении для проведения совместных исследований в Новосибирском Академгородке.

В настоящее время на базе СФУ в Красноярске есть реальная возможность создания нового учебного и научного центра мирового уровня. Для его развития, в частности, необходимо активное сотрудничество с новосибирским Академгородком и московскими институтами. Многие сотрудники СФУ уже прошли стажировку в ведущих научных центрах, как нашей страны, так и других стран, и эта традиция продолжается.

Лично я, после завершения учебы на кафедре биофизики КГУ (Красноярск) и выполнения дипломной работы в Институте цитологии и генетики (Новосибирск), продолжил свои исследования хромосом в Институте молекулярной биологии (Москва). Далее последовала защита кандидатской диссертации в Московском государственном университете им М. В. Ломоносова и защита докторской диссертации в Институте общей генетики (Москва, 1992).

В начале 70-х годов возникло новое направление в изучении хромосом: флуоресцентная микроскопия хромосом. Этот метод позволил идентифицировать все хромосомы человека. Вначале мы анализировали дифференциальную черно-белую флуоресценцию хромосом. Наши пионерские работы в этой области были опубликованы в отечественных и зарубежных изданиях. В том числе и на обложке популярного научного издания журнала “Природа” № 2, 1974 года.

Сейчас современный флуоресцентный анализ хромосом - это цветовой спектральный анализ локализации на хромосомах уже отдельных ДНК-проб (флуоресцентная in situ гибридизация или FISH). Этот метод является эффективным инструментом изучения генома человека и других видов млекопитающих, реорганизации хромосом в ходе эволюции, анализа хромосомных перестроек как при раковых, так и наследственных болезнях. ДНК-пробы участков или целых хромосом в основном получаются методом микродиссекции (микрохирургического вырезания тонкой иглой, подобно работе Левши) с предметного стекла кусочков хромосомы. Затем из каждой хромосомы выделяется ДНК и размножается в пробирке с помощью специальных методов. Затем ДНК-пробы, соединенные с определенными специфическим цветными флуорохромами, наносят на исследуемый хромосомный препарат одного вида или препараты от различных видов и выясняют, как они там локализованы. При этом есть возможность выяснить, как идет эволюция этих ДНК-проб у разных видов. Все это мы видим в цвете: красном, зеленом и синем. Глазу открывается красочная картина цветных хромосом и их участков с чередованием различных цветов в соответствии с помеченной своим цветом ДНК- пробой.

Для исследований в соответствии с поставленной задачей в области генетики большое значение придается подбору удобного модельного объекта, поэтому одним из таких значимых модельных объектов и является мушка дрозофила. У нее новое потомство появляется через каждые 10 дней с заданными экспериментатором (в результате различных воздействий) признаками (к примеру, смена цвета глаз, отсутствие крыльев и др.).

При изучении млекопитающих есть свои модельные объекты. Это мыши и крысы. Как линейные, так и из природных популяций. Изучать перестройки хромосом хорошо на грызунах, у которых процессы эволюции хромосом происходят в 10 раз быстрее, чем у других видов этого класса. В популяциях грызунов в настоящее время фиксируются множественные видовые и межвидовые хромосомные изменения, как по числу хромосом за счет соединения целых хромосом, так и за счет перегруппировки участков отдельных хромосом. Подобные процессы у человека с его 46 хромосомами ведут к патологии развития. Самый простой и широко известный пример - это болезнь Дауна. При этом заболевании у человека наблюдается лишняя 21 хромосома (трисомия).

В отличие от человека, восточноазиатская мышь Apodemus peninsulae, обитающая на обширной территории от Алтая до Приморья, кроме основного набора 48 А-хромосом, почти у всех особей имеет от 1 до 24 В-хромосом. У мышей с разными числами В-хромосом морфологических отличий не обнаружено. Высказывается мнение, что В-хромосомы - это паразитические элементы в геноме. Но недавно цитогенетики из Новосибирска обнаружили в В-хромосомах лисиц и енотовидной собаки копию структурного гена C-KIT, мутации по которому сопровождаются различными видами рака. Ранее в В-хромосомах многих видов растений и животных были обнаружены активные гены рибосомальной РНК. Интерес к изучению этих загадочных В-хромосом в последние годы возрос у ученых всего мира. В 2004 году весь номер международного журнала “Cytogenet Cell Genet” был посвящен проблеме В-хромосом. В этом номере есть и наша статья по флуоресцентному анализу В-хромосом восточноазиатской мыши.

Геном растений и животных насыщен “лишней” (не кодирующей белки) ДНК в огромных размерах, а тут еще почти у 2000 видов есть сверхчисленные В-хромосомы. Среди более 4000 видов млекопитающих их больше всего у грызунов (42 вида с В-хромосомами на 2000 видов). В основном встречаются виды с 1-3 В-хромосомами и то не у всех особей.

Восточноазиатская мышь почти чемпион по числу В-хромосом. Более того, эти В-хромосомы у нее имеют различные размеры от крупных до мелких и хорошо отличаются по морфологии от А-хромосом. Размер системы В-хромосом у отдельных особей данного вида может достигать 30% от гаплоидного генома. Популяции этого вида из различных точек ее ареала, как правило, отличаются средним числом В-хромосом и своеобразием сложной системы морфотипов В-хромосом. У мышей из окрестностей Красноярска выявлено много микро-точечных В-хромосом.

Это разнообразие В-хромосом по всему ареалу мы изучили с помощью специальных ДНК-проб, которые получали от А- и В-хромосом различных особей мышей этого же вида методом микродиссекции или микрохирургии хромосом и при этом пометили их ДНК флуоресцентными метками. Оказалось, что часть ДНК В-хромосом мышей из Сибири происходит от ДНК прицентромерных участков А-хромосом, а у мышей из Приморья от гомологичных участков половых хромосом. Более того, обнаружено, что примерно в центре ареала, в районе озера Байкал макро-В-хромосомы этих мышей сходны по ДНК с приморскими мышами, а по ДНК микро-В-хромосом с сибирскими мышами. Этот факт, по-видимому, свидетельствует о независимом происхождении и эволюции В-хромосом мышей двух удаленных регионов.

У сибирских мышей с помощью флуоресцентной метки мы нашли в В-хромосомах новый тип ДНК - неконденсированный на стадии метафазы. Это удивительно, потому, что на этой стадии клеточного цикла обычно вся ДНК плотно упакована. В световом микроскопе при обычной окраске такие В-хромосомы с неконденсированной ДНК видны как очень мелкие, а при флуоресцентной окраске их площадь увеличивается в 2 раза за счет флуоресцирующего ореола неконденсированной ДНК. Возникает вопрос какова роль этой ДНК в процессе эволюции тех же В-хромосом ? Вероятно, что эта ДНК вошла в состав В-хромосом позднее, чем обычная высокоповторяющаяся ДНК типичная для всех В-хромосом.

Другое новое и яркое явление мы обнаружили в районе красивейшего Телецкого озера на Алтае. В этом районе мы начали изучать изменчивость В-хромосом у восточноазиатской мыши с 1980 года. При очередном обследовании этой популяции в 2002 году мы обнаружили, что число В-хромосом в сравнении с 1980 годом выросло в три раза. Удивительное явление! Известно, что для А-хромосом это просто невозможно. Подобный рост числа В-хромосом никто ранее не наблюдал. Данные 2006 года по среднему числу В-хромосом у мышей в этом же месте показали такую же картину, как в 2002 году. Среднее число В-хромосом в популяции мышей было 6,5. А 22 года назад среднее число В-хромосом в этой же популяции было равно всего 2,3. Что за чудо? Трудный вопрос. И ответ на него пока не дан. Подобное явление обнаружено впервые в мире. Известно, что В-хромосомы наследуются случайно (не по Менделю), но при этом существуют механизмы, не дающие накапливаться В-хромосомам в больших количествах.

Может, это влияние внедрения в В-хромосомы нового типа ДНК - неконденсированной ДНК? А может это результат вирусной пандемии? Достоверно об этом неизвестно. Может, это влияние перемещающихся по геному мобильных систем? Откуда такой всплеск эволюции В-хромосом за период жизни небольшого числа поколений мышей? Какие внешние факторы могли способствовать началу роста числа и изменчивости морфотипов В-хромосом?

Много вопросов, а ответ должен быть один. Получим ли мы его?

Эти же вопросы задавали мне студенты СФУ на лекции, посвященной данной проблеме.

Да, есть одна особенность этих районов. Здесь, в том числе в районе падения (РП-326, Алтайский государственный заповедник) за последние 30 лет более 600 ракет оставили свои ступени. В каждой из них оставалась порядка 500 кг компонента ракетного топлива “знаменитого” гептила (НДМГ) – превращающего при окислении кислорода в сильнейший мутаген, который накапливается в цепи питания мелких грызунов.

По данным зоологов из Томского университета (зав. каф. зоологии д.б.н. Москвитина Н.С.) все полевки в обследованном нами месте по состоянию органов (печень, почки, селезенка) близки к Чернобыльским образцам. Затравка крыс гептилом в эксперименте показали увеличение числа хромосомных аберраций (работа сотрудников Казахского университета) и нарушения работ мембран клеточного ядра (работы академика РАМН Л. Е. Панина с сотрудниками из Новосибирска).

Данные архангельских медиков, полученные под руководством академика РАМН П.И. Сидорова при обследовании населения Мезенского района (района падения ступеней ракет с космодрома Плесецк), показали трехкратное увеличение онкологических заболеваний у жителей этого района.

Мы предполагаем, что в целом варианты системы В-хромосом мышей исследованных популяций восточноазиатской мыши по всему её ареалу на протяжении длительных интервалов времени, по-видимому, остаются относительно стабильными, и их изменчивость регулируется гомеостатическими процессами. При нарушении этих процессов, в частности, в результате антропогенной нагрузки, цикличность подъема и спада числа В-хромосом по годам может быть нарушена.

Вот так наши, казалось бы, чисто теоретические исследования генетической структуры популяций лесных мышей привели к проблемам охраны окружающей среды и здоровья человека.

Начинал я свою научную работу в лаборатории космической кариологии Института молекулярной биологии РАН, где изучалось влияние полетов в космос на состояние хромосом человека и других модельных объектов. Прошли годы, и теперь появилась задача оценить влияние запуска ракет, работающих на гептиловом топливе, на окружающую среду. Проблема космоса стала проблемой Земли.

Вопросы экологической генетики и мониторинга объектов живой природы особенно актуальны для Сибирского региона с его высокой концентрацией промышленности и ядерно-химического производства на относительно небольшой площади. Поэтому восстановительные процессы, протекающие в живой природе, здесь затруднены и ограничены.

Идеи рождаются в любых условиях, но реализовать их можно только в коллективе единомышленников и на современном оборудовании. Мне нравится перспектива СФУ.

Визит-профессор Ю.М.Борисов (Москва)