В ПГУ собрали крупнейший банк ДНК животных
Уникальная база — результат почти 20-летней работы ученых. Ежегодно банк ДНК лаборатории пополняется сотней новых образцов. Материал для банка собирается преподавателями в экспедициях вместе со студентами, магистрантами и аспирантами. Банк ДНК используется при изучении филогенетических отношений видов и генетического разнообразия животных, а также актуальных вопросов молекулярной экологии и популяционной генетики. К тому же ученые из ПГУ обмениваются образцами ДНК с коллегами из многих стран мира, что способствует расширению географии и задач исследования.
Собранные сведения позволят ученым сократить время на проведение исследований.
«Уникальность лаборатории — в возможности просто взять данные из коллекции ДНК, а не ловить зверька», — комментирует руководитель лаборатории доктор биологических наук, профессор ПГУ Сергей Титов.
Лаборатория ПГУ оснащена системой хранения и изучения ДНК материалов. Подобных баз данных насчитывается, как отмечают пензенские ДНКведы, не более десяти по всей стране.
«Для Поволжья, а тем более для регионального вуза, наличие такого банка уникально самим присутствием. Лаборатория имеет широкие связи с отечественными и зарубежными научно-исследовательскими учреждениями и участвует в совместных проектах по изучению различных вопросов биологии животных», — отмечает Сергей Титов.
Лаборатория специализируется на изучении животных. Здесь совмещается работа зоолога-эколога и молекулярного биолога — это нечастое, но диктуемое мировыми тенденциями явление для современного научного мира. Поэтому в Пензенский госуниверситет из разных уголков мира поступают просьбы и предложения провести совместные исследования. С учеными из Израиля представители ПГУ изучали ископаемых сусликов, которым около 30 тысяч лет. А также ряд работ проведены с коллегами из Казахстана, Польши, Чехии, Канады, Вьетнама.
«Каждый год к нам приезжают московские специалисты, ученые из Саратова, Ульяновска, Саранска, Йошкар-Олы, Казахстана», — заметил Сергей Титов.
Лаборатория укомплектована самым современным оборудованием. Она была создана на средства грантов РФФИ в начале 2000-х годов, но продолжает модернизироваться за счет различных источников финансирования и сегодня.
В лаборатории имеется оборудование для проведения полного цикла молекулярно-генетических исследований, начиная от этапа выделения образцов ДНК из биопроб, амплифицирования и заканчивая полноразмерным секвенированием интересующих фрагментов ДНК.
В нескольких морозильных камерах хранятся пробы ДНК: млекопитающих, рептилий, амфибий, моллюсков, рыб, птиц (например, почти все виды крупных орлов, включая редкие: могильник, беркут и др.; сусликов, многих мышевидных грызунов). Материал, подлежащий длительному хранению и неиспользуемый в настоящее время, размещен в особой морозильной камере — кельвинаторе, где температура достигает –70 градусов Цельсия.
Ученые ПГУ изучают генетический полиморфизм видов и популяций животных в различных условиях их существования. Сергей Титов поясняет, что чем больше уровень генетического полиморфизма в популяции, тем легче ей адаптироваться к новой среде и тем больше ее устойчивость.
Имея информацию о генетическом разнообразии особей в популяции в разные годы ее существования, можно отследить, как сильно изменилось ее население, и предсказать ее будущее: исчезнет ли она или, наоборот, усилит свои позиции. Отметим, это еще один профиль работы лаборатории.
Генетическое разнообразие влияет и на устойчивость вида, существующего в популяциях. И именно в этой лаборатории, сравнивая ДНК разных представителей одного вида, можно определить, угрожает ли этому виду вымирание или насколько в принципе он стабилен. По общему правилу, чем выше генетическое разнообразие какого-то вида, тем более устойчив этот вид. Если в популяции присутствует много различных вариантов генов, то существует и широкое поле для отбора. С уменьшением числа особей в популяции исчезает и многообразие генов в ней.
Научная группа ПГУ также изучает генетические механизмы поддержания целостности вида и внутривидовой структуры. Помимо этого проводятся таксономические исследования, связанные с ревизией отдельных родов млекопитающих. Низкой численности популяция (в экологии это называется критической численностью) имеет низкое генетическое разнообразие, что ведет к близкородственному скрещиванию и вырождению населения (у животных наблюдают резкое ослабление конституции и жизнеспособности, снижение продуктивности, плодовитости, появление уродств). В случаях межвидовых контактов близкородственных видов, когда численность популяций снижается, то, как правило, могут появляться гибриды, поскольку самец или самка не могут найти себе видоспецифичного партнера, а природный инстинкт берет свое. Получаемое потомство зачастую бесплодно, но есть случаи успешного многолетнего существования целых гибридных популяций.
«Подобные исследования имеют большое значение для понимания фундаментальных общебиологических, экологических и эволюционных процессов, а также для формирования новых подходов и методов исследования разнообразия животных», — рассказывал Сергей Титов.
Образцы ДНК выделяются по стандартным методикам из биопроб — кусочков мяса, шерсти, перьев, рогов и буккального эпителия и других продуктов жизнедеятельности. Сергей Титов подчеркивает, что сбор биопроб производится гуманными неинвазивными способами, часто в результате прижизненной биопсии различных тканей. Эта процедура в наименьшей степени приносит дискомфорт животному. Например, при взятии пробы на ушной раковине зверек ничего не чувствует, так как ушные раковины почти лишены нервных окончаний.
В экспедициях ученые совершают мониторинг поселений, которые находятся под их многолетним пристальным вниманием, порой более 25 лет. Это несколько популяций сусликов в Ульяновской области и у села Усатово Саратовской области. Сергей Титов, более 30 лет изучающий популяции крапчатого и большого сусликов, объясняет:
«Нам очень хотелось бы изучать их в родном Сурском крае, но, увы, крапчатый суслик у нас почти исчез, а большой до нас не дошел в результате расселения в Поволжье. А вот территория Ульяновской области — это зона гибридизации этих видов. Там постоянно возникают случаи скрещивания этих двух видов сусликов».
На территории Ульяновской области существуют гибридные популяции большого и крапчатого суслика.
«Мы постоянно фиксируем случаи гибридизации этих видов. В последней апрельской экспедиции мы опять нашли новое контактное поселение», — добавил ученый.
Недавно научный коллектив вернулся из научной поездки в Ульяновскую и Саратовскую области. Это связано с сезонностью жизни сусликов: апрель — выход взрослых зверьков из спячки, июнь — выход молодняка.
Отметим, хронологически исследования в лаборатории начинались именно с группы степных зимоспящих грызунов (суслики, сурки). Ареал их обитания как раз и приходится на Поволжье и сопредельные территории: Заволжье, Западный Казахстан.
В банке ДНК Пензенского государственного университета содержатся образцы ДНК всех видов сусликов, обитающих не только в Поволжье (большой, желтый, малый и крапчатый суслик), но и в других районах Евразии (европейский, длиннохвостый, берингийский, даурский и др.).
Анна Келасьева
«Университетская газета», № 6 (1788) от 7 сентября 2023 года