О состоянии биологической науки Казахстана – статья К.Жамбакина, доктора биологических наук

Изучение биологического разнообразия фауны, флоры и микроорганизмов – одно из приоритетных направлений биологической науки не только в Казахстане, но и в мире. Во многих странах сохранению и устойчивому развитию биологических ресурсов придается первостепенное значение, поскольку эти исследования помимо фундаментальной научной ценности, несут огромный практический потенциал.
Более того, развитые страны все активнее проводят научные изыскания биологических ресурсов развивающихся стран, прежде всего для определения их потенциальной коммерческой ценности. В особенности это касается изучения дикорастущей флоры. Основой биологической науки Казахстана традиционно являлось изучение биологического разнообразия страны. Казахстан ратифицировал Конвенцию о биологическом разнообразии, взяв обязательства по его сохранению в нашей стране.
В ряде НИИ Казахстана проводятся исследования, направленные на сохранение и развитие коллекционных фондов растений, животных, микроорганизмов, вирусов и уникальных генетических банков как основы для фундаментальных исследований. Впервые в Казахстане на базе Института ботаники и фитоинтродукции был создан Семенной банк растений природной флоры Казахстана. Заложен питомник наиболее ценных плодовых растений.
В Институте общей генетики и цитологии ведутся исследования по системному изучению признаков и сохранению биоразнообразия лесных культур Казахстана. Усовершенствованы технологические схемы клонального микроразмножения хвойных, древесных и лесных культур.
Институтом микробиологии и вирусологии дана комплексная экологическая оценка нарушенных экосистем Кызылординской области в зоне нефтедобычи, разрабатываются способы восстановления загрязненных нефтью почв методами рекультивации и биоремедиации. Изучена распространенность, изменчивость и пути передачи возбудителей ряда актуальных для Казахстана вирусных инфекций (вирусы гриппа человека, свиней и птиц, парамиксовирусы птиц, вирус лихорадки Западного Нила, вирус Конго-крымской геморрагической лихорадки) и разработаны эффективные биопрепараты для их диагностики, профилактики и лечения.
В республиканской коллекции микроорганизмов впервые издан «Атлас микроорганизмов», который применяется для работы в профильных коллекциях, научных и образовательных целях. Разработан электронный каталог промышленных микроорганизмов.
В Институте биологии и биотехнологии растений впервые в Казахстане разработаны современные методы криоконсервации тканей и органов в жидком азоте (-196°C) для надежного и длительного сохранения в жизнеспособном состоянии наиболее важных генетических ресурсов растений. Создана и постоянно пополняется криогенная коллекция экономически важных культур (сорта, гибриды и дикие формы яблони, смородины, малины, вишни, земляники, винограда, картофеля, риса). Список коллекций по некоторым культурам включен в международную базу данных Botanic Gardens Conservation International.
В целях восстановления, сохранения и рационального использования генетических ресурсов растений изучена флора Казахстана. Выявлены ценные источники эфирных масел и созданы опытные образцы эфирных масел с антимикробной и антиоксидантной активностями. Проводятся исследования по фито- и биоремедиации локально техногенно-загрязненных территорий.
Помимо изучения биоразнообразия в Казахстане проводятся работы по экспериментальной биологии, связанной с физиологией, биохимией, генетикой и молекулярной биологией. Это направление традиционно развито на достаточно высоком уровне. Результаты фундаментальных исследований в изучении механизмов регуляции генов на молекулярном и клеточном уровнях, а также в культуре клеток и тканей растений находят практический выход в усовершенствовании методов прикладной биотехнологии.
В области физиологии человека и животных выявлены физиолого-биохимические особенности функций основных систем организма человека и животных при действии различных факторов окружающей среды в норме и при патологии. Разработаны способы коррекции и профилактики, способствующие повышению уровня здоровья и увеличению продолжительности жизни.
В Институте молекулярной биологии и биохимии им. М. А. Айтхожина установлены особенности структурно-функциональной организации, экспрессии, механизмов регуляции активности генов, участвующих в развитии социально-значимых сердечно-сосудистых, аутоиммунных (рассеянный склероз) и онкологических (рак молочной железы) заболеваний. Охарактеризованы группы риска и предрасположенность к этим заболеваниям в основных этнических группах Казахстана.
Выявлены белковые маркеры устойчивости картофеля и пшеницы к фузариозному заражению. Получены культуры клеток картофеля с признаками соле– и засухоустойчивости, которые будут использованы для создания новых перспективных линий.
В Казахском национальном университете им. аль-Фараби проводятся исследования, которые расширяют возможности получения рекомбинантных белков и препаратов для медицинского применения на основе культур клеток животных, растений и микроорганизмов. Впервые в Казахстане проводятся исследования, направленные на получения биоэтанола из возобновляемых и дешевых источников целлюлозы.
В Евразийском национальном университете им. Л. Гумилева активно и на самом современном уровне проводятся исследования в области клеточной биологии и молекулярной генетики. Эти фундаментальные работы позволят более детально понять внутриклеточные механизмы, лежащие в основе процессов стрессоустойчивости живых организмов.
В Институте биологии и биотехнологии растений разработаны ДНК-паспорта отечественных сортов пшеницы, ячменя, риса, овса, сои с использованием ДНК маркеров. Выявлены ценные генотипы пшеницы и ячменя, отличающиеся высокими показателями урожайности и качества зерна. Впервые с использованием метода ассоциативного картирования генов идентифицированы новые ДНК-маркеры, связанные с устойчивостью к двум наиболее опасным болезням ячменя в Казахстане – стеблевой ржавчине и темно-бурой пятнистости. Полученные результаты позволяют вести селекционные исследования зерновых и зернобобовых культур на геномном уровне.
В Институте общей генетики и цитологии определены генетические маркеры предрасположенности к развитию возраст-зависимых патологий в казахстанских популяциях. Разработана технология ранней диагностики и направленной терапии рака груди и простаты на основе специфической детекции растительными лектинами активированных рецепторов раковых клеток.
Проводится тестирование фармацевтических, сельскохозяйственных, пищевых и парфюмерных препаратов и биопродуктов на мутагенный, канцерогенный, эмбриогенный и тератогенный эффекты, а также проверка противовирусной активности лекарственных препаратов. Осуществляются исследования по биологии продуктивности сельскохозяйственных животных, направленные на радикальное совершенствование генетико-селекционной работы.
В Институте проблем биологической безопасности (НИИПББ) впервые для здравоохранения разработаны и внедрены отечественные вакцины Kazfluvac против высокопатогенного гриппа H5/N1 и Refluvac против гриппа H1N1. Разработан первый отечественный биочип для диагностики всех подтипов гриппа А и создан экспериментальный цех по их изготовлению.
В области фитопатологии получены новые биопрепараты и предложены устойчивые к заболеваниям сорта зерновых.
В Национальном центре биотехнологии (НЦБ) разработаны технологии производства человеческого рекомбинантного гамма-интерферона и рекомбинантного гранулоцитарного колониестимулирующего фактора (Г-КСФ) и подтверждена их терапевтическая активность.
В результате НИР в НЦБ создан оригинальный лекарственный препарат «Ангиогенин» для лечения незаживающих ран. Первая фаза клинических испытаний проведена в Научно-исследовательском кожно-венерологическом институте Министерства здравоохранения РК (г. Алматы).
Разработан клеточный препарат, направленный на восстановление дефектов хряща и остеоартрозов с использованием стволовых клеток самого пациента. Проводятся клинические испытания для подтверждения безопасности и эффективности препарата.
На основе фундаментальных и прикладных биотехнологических методов созданы 4 высокоурожайных сорта яровой мягкой пшеницы, а также биоудобрение на основе микоризных грибов и азотфиксирующих микроорганизмов для повышения урожайности сельскохозяйственных культур.
Созданы технологии производства вакцины против бешенства в блистер-приманках для пероральной иммунизации диких плотоядных животных и культуральной живой вакцины против оспы овец. Разработана технология получения высокоочищенного и специфического туберкулина для млекопитающих, имунохроматографические тест-системы для серологической диагностики лейкоза и бруцеллеза крупного рогатого скота и проведены их апробация в Министерстве сельского хозяйства РК.
Как следует из выше перечисленного, в Казахстане получили хорошее развитие практически все направления биологической науки – ботаники, зоологии, физиологии и биохимии, генетики. Биологической наукой в Казахстане занимаются вышеперечисленные научно-исследовательские институты, а также практически все университеты Казахстана.
Осуществляется сотрудничество отечественных ученых с зарубежными учеными в тех направлениях, где достигнуты определенные успехи казахстанских исследователей. Следует отметить некоторые значимые совместные проекты в области биологии.
Республиканской коллекцией микроорганизмов в рамках взаимного сотрудничества по проекту «Коммерциализация технологий» МОН РК и Всемирным банком реализованы 2 проекта: «Разработка биопрепарата для биологической очистки сточных вод липид-разрушающими микроорганизмами». В рамках этого проекта получен и реализован биопрепарат BIOMIX.
Институт биологии и биотехнологии растений был участником 7-й европейской рамочной программы «Генетика и физиология развития пшеницы до фазы цветения: новые методы селекции для улучшения адаптации и потенциала урожайности». В составе консорциума было 20 научных коллективов из различных стран мира. Проект действовал в 2012-2015 годах. В рамках программы осуществлено генотипирование 90 сортов яровой пшеницы Казахстана, зарегистрированных в ГСИ МСХ РК, с использованием чипа на 90 тысяч SNP-маркеров по технологии нового поколения компании Illumina Ltd. При сотрудничестве с Джон Иннес Центр (Великобритания) сконструирована генетическая карта гексаплоидной пшеницы от скрещивания сортов Памяти Азиева (Россия) и Парагон (Великобритания).
По научно-технической программе «Международные научно-технические программы и проекты на 2013-2015 годы» был выполнен проект по разработке приемов фиторемедиации почв, загрязненных пести-ци¬дами на основе конструирования микробно-растительных ассоциаций. В результате его реализации повышена эффективность фиторемедиации почв, загрязненных хлор¬органическими пестицидами с помощью растительно-микробных симбиотических систем. В этом же направлении в 2016 году Институту выделен грант NATO G4867 «Новая фитотехнология для восстановления загрязненных земель». Цель проекта: повышение экологической безопасности путем разработки фитотехнологии загрязненных военных земель для производства биомассы мискантуса для биоэнергетической промышленности.
Учеными Института общей генетики и цитологии совместно с учеными из Англии, Финляндии и США сделано научное открытие, имеющее важный социальный эффект для Казахстана: внуки людей, подвергшихся действию радиации, могут не бояться «мутационного багажа», полученного в наследство от родителей, поскольку частота генных мутаций в половых клетках зависит только от уровня радиационного загрязнения окружающей среды в настоящий момент.
В период 2013-2016 годы в Научно-исследовательский институт проблем биобезопасности комитета науки МОН РК в сотрудничестве с зарубежными учеными впервые в Казахстане созданы новые рекомбинантные штаммы вирусов, пригодные при создании вакцин. Разработана векторная вакцина против туберкулеза людей, вакцина против бруцеллеза крупного рогатого скота, внедрены методы получения рекомбинантных штаммов-кандидатов для создания вакцин, разработаны современные методы диагностики гриппа, бруцеллеза, туберкулеза, пастереллеза и клостриоза на основе ПЦР и биочипа.
Институт микробиологии и вирусологии в рамках МНТЦ осуществляет проект «Молекулярная характеристика вирусов гриппа свиней».
Представленные результаты показывают определенные успехи казахстанских биологов в сотрудничестве с зарубежными партнерами. В то же время, исходя из последних литературных источников, следует больше внимания уделять фундаментальным исследованиям в области молекулярной биологии, где произошли значительные успехи. При этом уже в ближайшем будущем данные фундаментальные исследования станут востребованы в практической медицине и сельском хозяйстве.
Судя по публикациям, поток информации в области молекулярной биологии постоянно растет, что настоятельно требует развития и совершенствования методов биоинформатики. Существенным подспорьем становятся различные программные обеспечения для молекулярных и молекулярно-генетических исследований. Усовершенствование таких программ зависит от фундаментальных открытий закономерностей проявления генов в тех или иных признаках.
Наиболее значимым открытием последнего времени в биологии следует считать открытие системы CRISPR/Cas9. За ее открытие в 2015 году получена Нобелевская премия по химии, которую разделили швед Томас Линдаль, американец Пол Модрич и турок Азиз Санджар.
Поскольку CRISPR методы редактирования просты в использовании, высокоэффективны и специфичны по сравнению с более ранними методами, их использование в исследованиях по биологии растений быстро получило популярность. Прежде всего, для повышения у возделываемых культур устойчивости к биотическим и абиотическим стрессам.
Особенность метода генного редактирования CRISPR/Cas9 состоит в том, что организм как бы самостоятельно с помощью естественных механизмов иммунной системы вырезает у себя неправильный участок ДНК по наводке генетиков. Подобные изменения в геноме организма могут происходить (и происходят) в результате естественной эволюции. Генетические эксперименты CRISPR/Cas9 и выращивание генетически измененных растений методом CRISPR/Cas9 не запрещено во всех странах ЕС.
Здесь приведены лишь отдельные примеры практического использования отечественных научных достижений. Дальнейшее развитие внедренческих работ напрямую зависит от реализации недавно принятого Закона «О коммерциализации результатов научной и (или) научно-технической деятельности» от 31 октября 2015 года. В законе определены механизмы коммерциализации результатов научной деятельности, озвучены государственные меры стимулирования и поддержки коммерциализации результатов научной деятельности. Более того, выделена определенная сумма Фонду науки для финансирования на конкурсной основе проектов по внедрению научных разработок в промышленности и сельском хозяйстве.
Кабыл Жамбакин, доктор биологических наук

Понравился пост? Расскажи об этом своим друзьям!
Загрузка...

Добавить комментарий