Новосибирск - один из крупнейших научных центров России. Новосибирский Академгородок, созданный когда-то энтузиастами - молодыми, талантливыми, одержимыми наукой умами, и сегодня - эпицентр дерзких и невероятных гипотез. Их генерируют нынешние молодые ученые, впитавшие смелость творческой мысли вместе с воздухом университетских аудиторий и лабораторий здешних научных институтов.
О них – авторах сегодняшних открытий - проект Сиб.Фм «Будущее российской науки». Молодые новосибирские ученые расскажут, как в недалеком будущем изменят нашу жизнь их идеи, «работает» ли закон «ньютонова яблока» на современных исследователях, о чем мечтают и как отдыхают.
Итак, страница вторая. И снова – чудодейственная генетика. Но, прежде, чем отправиться к нашей новой героине – старшему научному сотруднику лаборатории молекулярной генетики и цитогенетики растений Института цитологии и генетики Сибирского отделения Российской Академии наук Антонине Киселевой, расскажем небольшую предысторию.
Куда подевался хороший хлеб
Те, кто обычно пропускает сельскохозяйственные новости с их беспокойствами за урожаи, рассуждениями о ценах на пшеницу и другими «скучными» и «далекими», особенно для горожан, темами, порой даже не задумываются, как на самом деле близка к нам эта сфера. А она – вот она, за дверями ближайшего супермаркета.
Покупаешь аппетитную хлебную буханку в магазине – пышная, ароматная…ммм! А уже на следующий день разламываешь – оп! Внутри - липкая, кисловато пахнущая консистенция. Знакомо?
Специалистам-то сразу понятно: одна из основных причин – низкое качество зерна, из которого делают хлебопекарную муку. Особо пытливые потребители или те, кто еще помнят, каким был хлеб полвека назад, начинают листать интернет, ища причины таких метаморфоз.
А причин несколько. И одна из них в том, что Россия – не Болгария, не Армения или другие страны с умеренным климатом. Мы все же больше северяне, и территорий с идеальными условиями для этих злаков у нас не так много. Тем более, в Сибири, которую называют территорией рискованного земледелия. Погода непредсказуема: то снег в июне, то засуха почти до сентября. Ну, не всегда успевает наша пшеничка созреть. Из-за погодных сюрпризов хозяйства теряют порой до половины урожая и даже больше.
Для хорошего хлеба самой подходящей считается пшеница 3 класса (а всего их 5) – ей не нужно никаких добавок. А вот пшеницу 4 класса уже надо разбавлять пшеницей высокого – 1 или 2 класса, чтобы получить хороший хлеб. В советское время так и делали, и, если не хватало собственной, недостающую пшеницу высоких сортов импортировали. А пшеница 5 класса считается кормовой – из нее не делали хлеб вообще.
А вот теперь еще одно – оп! С 1990 –х годов многое пошло иначе, и сегодня эксперты не скрывают, что пшеницу 1 и 2 классов у нас практически не выращивают (эту информацию можно найти на сайте, в том числе, Россельхознадзора), пшеница 3 класса в большом количестве идет на экспорт. А для себя и 4-й класс сойдет. Некоторое время к продовольственной была причислена даже та пшеница, которая предназначена для корма животным, правда, потом ее исключили из этого списка, но не факт, что перестали использовать для этой цели.
Чтобы хлеб из зерна 4-го и 5-го класса был более-менее съедобен, имел хоть какой-то вкус и аппетитный вид, вместо высококлассной пшеницы, в муку чаще всего добавляют так называемые «улучшители»: окислители для увеличения объема хлеба, восстановители для эластичности мякиша, ферменты, эмульгаторы для замедления черствения, модифицированные крахмалы и прочую химию. Вот, как говорится, и вся хлебная математика.
А теперь – к хорошим новостям. За ними мы и отправились в Институт цитологии и генетики СО РАН.
Перехитрить погоду
Понять механизм, от которого зависят сроки колошения пшеницы, и получить сорта, которые будут «вовремя» вызревать, не дожидаясь непогоды, будут устойчивы к стрессам и давать большие урожаи с высоким качеством зерна – именно над этим работают сейчас новосибирские генетики.
Антонина Киселева родом из С.-Петербурга. В Новосибирск приехала после окончания университета: на одной из научных конференций познакомилась с заведующей лабораторией, рассказывает Антонина Андреевна.
А интерес к генетике пшеницы зародился еще в магистратуре. «Заведующая лабораторией предложила мне интересное исследование. Там была очень красивая постановка эксперимента, и после этого я втянулась», - вспоминает наша героиня.
Вот оно: «красивая постановка эксперимента»! Божья искра, печать таланта, свойственная настоящему ученому, не всегда заметна с первого взгляда. Но она обязательно выдаст себя, прорвется наружу в общении. Вот и сейчас одна короткая фраза дала понять, что стоящая перед нами худенькая, немного застенчивая девушка, скромно рассказывающая о своем исследовании – ученый не только по профессии, но и по призванию. Потому что только настоящий талант способен заметить не только пользу или логику, но и красоту научного процесса.
Кстати, в 2019 году работа Антонины победила в конкурсе молодых ученых России, и молодой генетик была награждена медалью РАН.
«Мое исследование поможет селекционерам и сельхозпроизводителям в разработке и использовании сортов, которые максимально приспособлены к определенным регионам. Потому что климат, почвы и другие условия везде разные. Например, в Новосибирской области нам нужны сорта с одними характеристиками, а где-нибудь на юге – в Краснодаре – совершенно с другими. Исходя из наших знаний о генах этих сортов, от которых и зависят характеристики, мы можем сказать, какие сорта лучше применять в той или иной местности. Или даже создать новые сорта с нужными свойствами, используя современные методы генетики, в том числе, геномное редактирование», - рассказывает о своей работе Антонина Киселева.
По словам ученого, сейчас она работает как раз в этих двух направлениях. С одной стороны - выявляет гены и их местоположение внутри хромосомы. Это то, что определяет различные признаки пшеницы. Например, время, когда растение начнет колоситься, зацветет, когда колосья созреют.
«Возьмем два сорта, один из которых выколашивается поздно, а другой рано, и сравним, что у них там внутри, какой у них генетический код, - описывает суть эксперимента генетик. - Мы выявим эти отличия и поймем, какой там ген работает».
По ее словам, это важно для адаптации пшеницы к условиям окружающей среды. Все просто: например, в Сибири, если пшеница рано выколосится, она избежит возможных августовских или сентябрьских засух или, наоборот, обильных дождей и так далее, сможет вызреть и дать урожай. А для каких-то других регионов с более благоприятным климатом, желательно, чтобы пшеница, напротив, выколашивалась и созревала позднее для увеличения урожая.
Вторая сторона, направление исследования Антонины - работа с этими генами методами геномного редактирования. Другими словами, создание сортов с нужными характеристиками. «На материале высокоурожайных российских сортов мы хотим получить рано выколашивающиеся линии пшеницы», - озвучивает конечную цель работы Антонина.
Моя работа помогает получать сорта, которые будут устойчивы к различным стрессам, это поможет избежать потерь урожая. Кроме того, мы нацелены на получение сортов, которые будут давать зерно высшего качества – 1 и 2 класса.
Геномное редактирование и селекция - в чем разница
Изменением, «улучшением» внешнего вида и свойств растений путем целенаправленного отбора и скрещивания люди занимаются давно, такому понятию как селекция уже больше двух столетий. А что такое геномное редактирование, и в чем его преимущество?
«Технология редактирования генома используется на пшенице с 2014 года. Именно тогда в Китае вышли первые публикации по этой теме», - рассказывает Антонина Киселева.
И сейчас, говорит она, во всем мире - особенно в Америке, Британии, Китае и, в том числе, в России, активно используются эти методы.
«Метод геномного редактирования позволяет более точечно вносить мутации, - объясняет генетик. – Например, у нас есть какой-то высокоурожайный сорт, который устойчив к патогенам. Но вот колосится он поздно. Кстати, у меня в работе как раз сейчас есть именно такой сорт. И вот мы хотим точечно поменять только один этот признак – сделать колошение более ранним. Для этого нужно внести изменения в один-единственный ген. Другими способами это будет не так аккуратно.
Селекция и другие методы, которые использовались ранее, такой прицельной точностью не обладают. Они все равно приводят к добавлению в наш желаемый сорт какого-то дополнительного генетического материала, который может этот сорт ухудшить, изменить свойства, которые мы хотим сохранить».
По словам Антонины Киселевой, еще используется метод селекции, основанный на маркерориентированном отборе. Его суть схожа с классической селекцией: зная последовательность гена, можно перенести его из одного сорта растения в другой, под генетическим контролем, позволяющим отследить, что попадает в необходимый сорт от донора. Но этот метод все-таки еще сохраняет все «недостатки» классической селекции – неизбежное внесение в геном сорта, который мы хотим изменить, других, нежелательных частей генома сорта-донора.
«Используем только гены пшеницы»
Эксперименты генной инженерии, вроде добавления к генам кукурузы или картошки совершенно чужеродных генов, сформировали у многих людей стойкое недоверие к продуктам с ГМО. Нет ли и здесь, в случае с пшеницей, таких радикальных решений?
«Для редактирования сортов нами используются только гены пшеницы, мы в принципе не используем какие-то другие гены и даже не вносим какие-то дополнительные к пшенице. Мы просто изменяем, основываясь на известном разнообразии этих генов, нынешние сорта пшеницы», - успокаивает Антонина.
Чем отличаются разработки новосибирских генетиков
На вопрос, в чем уникальность новосибирских исследований, наша героиня поясняет, что ее работа отличается, в первую очередь, используемым материалом. «У нас разные коллекции сортов, в которых мы можем найти что-то, чего нет у зарубежных коллег. Мы работаем над тем, что актуально, в первую очередь, для селекционеров нашей области ─ по яровой пшенице. В данный момент мы работаем с коллекцией пшениц, там порядка 200 сортов. И, в первую очередь, мы стараемся раскрыть потенциал отечественных сортов пшеницы. На мой взгляд, это просто клондайк для наших селекционеров», - говорит ученый.
Мечтала быть химиком
В судьбах творческих людей часто случается, что, вроде, и не они выбирают профессию, а профессия сама выбирает их.
«В детстве я мечтала стать химиком, - вспоминает наша собеседница. - Увлечение наукой началось еще в школьные годы. Мне очень нравилась химия - наука о превращении одних веществ в другие, мне было интересно, как все это взаимодействует, что из этого может получиться. У нас был химико-биологический класс, поэтому, кроме углубленного изучения химии, было еще изучение биологии. И этот предмет тоже меня увлек. А обстоятельства сложились так, что в итоге победила именно биология. Мне просто хочется знать, как устроен мир, как вообще это все работает. Живые организмы - это же самое интересное».
По словам Антонины, ее родители никак не связаны с наукой, но к ее выбору они всегда относились положительно. «Не препятствовали поступлению в такой «непрактичный» вуз и выбору такой работы», - шутит она.
«В повседневной жизни у меня много интересов, я люблю читать книги, танцую бразильский танец форро, увлекаюсь кулинарией. У меня есть два сибирских кота, они очень пушистые и помогают мне снимать стресс», - поделилась секретами душевного равновесия наша героиня.
О вдохновении, удаче и открытиях во сне
Рабочий день Антонины Киселевой проходит то в кабинете между компьютером и множеством всевозможных пробирок, колб и специальных приборов, то в теплице, где на грядках колосятся совершенно непохожие друг на друга растения пшеницы.
Интересуемся, а сколько времени длится рабочий день ученого? «Мой рабочий день не заканчивается в принципе, - смеется наша героиня. - Потому что ухожу я, может быть, не очень поздно с работы, но я постоянно о ней думаю, мне даже сны снятся часто про работу. Поэтому можно сказать, что я не ухожу с работы».
Кстати, о снах. Менделееву, который 20 лет размышлял над своей легендарной таблицей, говорят, ответ пришел во сне. Интересно, с сегодняшними учеными такое случается?
«Да, такое бывает, - подтверждает Антонина Киселева. - Однажды мне приснилось решение проблемы, которая вызывала у меня вопрос в течение всего дня. Я размышляла: почему вот так получилось? И мне приснилось решение этого вопроса».
А еще она уверена, что удача в жизни ученого играет не последнюю роль: «Потому что ты можешь сделать все правильно, как надо, но что-то не получается, и эксперимент не удается».
Самое важное для ученого – не терять интерес к своей работе, считает молодой генетик. «Мне очень нравится то, чем я занимаюсь, поэтому меня вдохновляют и сами растения, и когда получаются какие-то результаты. Меня удивляет и восхищает, как из одной маленькой клеточки развивается целое растение, и то, что мы можем изменить один какой-то маленький кусочек, даже один нуклеотид, то есть, одну буковку в его генетическом коде, и получить растение с совершенно иным внешним видом и свойствами» - говорит в заключение она.
Пока мы фотографируем теплицу, Антонина деловито, заботливо и с какой-то особой нежностью осматривает свои владения. Прощаемся, пожелав молодому ученому поскорее достичь поставленных целей.