26 сентября 2022
Почему сельское хозяйство – это технологично: ученые Университета «Сириус» редактируют геном растений
Современные технологии позволяют сделать растения устойчивыми к возбудителям заболеваний, изменяющимся условиям окружающей среды и повысить урожайность многих культур. Эти возможности становятся критически важны, когда речь заходит о продовольственной безопасности. Пообщались со студенткой магистратуры Университета «Сириус» Татьяной Коваленко, и узнали, зачем ученые редактируют геном винограда.
Из педагога в ученые
Большинство жителей маленького городка Кропоткин, откуда родом Татьяна, заняты в сельском хозяйстве. Поэтому и она отправилась учиться на учителя химии и биологии в Адыгейский государственный университет, там же начала работать с одаренными детьми. На пятом курсе бакалавриата, прямо перед защитой диплома, она прошла отбор на первую программу по биологии растений Университета «Сириус» – «Генетика и генетические ресурсы растений», где и познакомилась со своим будущим научным руководителем Юлией Ухатовой.
«Нас очень здорово встретили! Я тогда подумала, что не хочу уезжать. И Юлия Васильевна мне очень понравилась, и новое оборудование в лаборатории – тут по-настоящему кипит жизнь. Поэтому сразу после выпуска я подала документы в “Сириус” на программу “Генетика и генетические технологии” и прошла. Выбрала в качестве специализации растения и попала в лабораторию “Биологии и биотехнологии растений”. Теперь вот занимаюсь виноградом», – поделилась Татьяна.
Как и зачем улучшают виноград
Вместе с коллегами Татьяна работает над проектом по редактированию генома винограда, цель которого сделать его устойчивым к грибковому заболеванию, мучнистой росе. Это не самое опасное заболевание, но одно из самых распространенных. Чтобы виноград меньше подвергался этому возбудителю, ученые редактируют ген MLO-7 при помощи системы CRISPR/Cas. Зарубежные исследования показали, что при редактировании этого гена повышается устойчивость винограда к заболеваниям, но на отечественных сортах таких исследований еще не проводилось. Непосредственным объектом исследования ученых Университета «Сириус» стал виноград сорта Кокур, он относится к сортам бассейна Черного моря и, скорее всего, будет хорошо расти на полях Краснодарского края.
При помощи технологий компьютерного моделирования (in silico) ученые подбирают таргеты – мишени, в которые будет целиться CRISPR-система и которые она будет вырезать. Конструируется плазмида – сначала in silico, а затем и в пробирке. Плазмида встраивается в бактериальные клетки. На этапе создания плазмиды в нее вставляется ген устойчивости к какому-либо антибиотику. Культуру сеют на среду, в которой содержится этот антибиотик, и нетрансформированная бактерия погибает, а трансформированная бактерия выживает. В жидкой среде эта культура размножается и ученые выделяют нужную плазмиду. Ее встраивают в протопласт – клетку винограда без клеточной стенки. Протопласт отправляется на регенерацию, и ученые смотрят, выживет он или нет. Если выживает, его высаживают, он начинает делиться, и впоследствии может вырасти растение.
Татьяна отмечает социально значимый характер этой работы: «Есть надо всем, и если наука может дать такие блага, как устойчивый сорт, то нужно этим заниматься. Сейчас меняются климатические и политические условия, правильно и классно создавать что-то новое, если мы это можем».
Благодаря выведению сорта винограда, устойчивого к грибковым заболеваниям, также снизится и потребление химических веществ, которыми в настоящее время обрабатывают виноград. А это значит и меньший вред экологии и снижение затрат на производство химикатов.
Об учебе и работе в «Сириусе»
В магистратуре Татьяна учится различным методам работы с растениями. Например, студентов учат выделять плазмидную ДНК из бактериальных клеток, основным методам выделения ДНК и РНК из растительных объектов, методам их трансформации, введения в культуру in vitro и поддержанию уже введенных образцов. В дальнейшем эти же методы студенты будут использовать в своих исследованиях. У ребят много практических занятий в лабораториях, потому что вокруг практики строится весь образовательный процесс в Университете «Сириус».
Один из двух месяцев магистерской практики Татьяна провела в университете-партнере – Всероссийском институте генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова в Санкт-Петербурге. «Там мы учились криоконсервации, методам создания криопротекторов, как выделять протопласты, готовить среды под разные культуры, стерилизовать семена и участки растений, вводили растения в in vitro, черенкованию побегов и почек, рассадке введенных в культуру образцов. Это как из маленького горшка пересадить в большой, чтобы было место, и они хорошо себя чувствовали», – поясняет студентка. За время учебы ребятам удается побывать на всех этапах работы с растениями.
Татьяна с теплом говорит о команде проекта: «У нас классный коллектив. Для меня очень важно, что в коллективе дружеская обстановка и благоприятная для работы атмосфера. Все очень мирно, прелестно. В том числе именно поэтому я и выбрала ботанику – здесь все по-доброму, с душой».
В дальнейшем Татьяна сможет изучать не только виноград, но и другие растения, потому что механизмы работы в большинстве своем универсальны и применимы практически везде. В будущем Татьяна планирует продолжать исследования в аспирантуре Университета «Сириус».
Если вы тоже мечтаете о карьере ученого, ждем вашу заявку на образовательную программу «Биологические материалы и бионаноструктуры» до 25 сентября и на конференцию «Молекулярно-генетические основы старения» до 9 октября. Приезжай в «Сириус», попробуй себя в роли биолога будущего!
Материал подготовлен Алисой Велиной, студенткой Высшей школы экономики.
Партнеры:
ВСЕРОССИЙСКИЙ ИНСТИТУТ ГЕНЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ РАСТЕНИЙ ИМ. Н.И. ВАВИЛОВА