Зачем нужны уникальные биоколлекции России?
В России, по данным Минобрнауки, хранятся более 120 уникальных научных биологических коллекций. В них — семена и сельхозрастения, гербарии и микроорганизмы, вирусы из животных и птиц, растения ботанических садов и культуры клеток, информирует «Тихоокеанская Россия».
Некоторые коллекции — достояние не только России, но и всего мира. Ученые с их помощью создают улучшенные сорта овощей и фруктов, делают новые вакцины и лекарства, изучают возможности лечения наследственных заболеваний. Сенаторы и депутаты внесли в Госдуму законопроект, который поможет сохранить научные фонды. «Парламентская газета» заглянула в хранилища коллекций и узнала, над какими открытиями работают российские ученые.
Рыбы, птицы и гады
Первые биологические коллекции появились в России еще во времена Петра I, в 1714 году, когда в Санкт Петербурге были учреждены Кунсткамера и Аптекарский огород. Изначально коллекция Кунсткамеры состояла только из нескольких сот склянок рыб, птиц и гадов, которые царь купил в Голландии, пишет официальный сайт музея, а также из анатомических экспонатов. Постепенно коллекция разрасталась — к ней присоединились экспонаты из Вест-Индии, минеральный кабинет, собрание анатомических вещей, трав и бабочек, золотые и часть серебряных медалей, физические и математические инструменты.
Как только в 1714 году было завершено строительство Летнего дворца, всю коллекцию разместили в Зеленом кабинете. Но в дворцовых покоях ей было тесно, да и широкой публике показать раритеты было невозможно. И в 1718 году начали строить здание Кунсткамеры на стрелке Васильевского острова. В этот же год Петр издал указ, в котором говорилось: «Ежели кто найдет в земле или в воде какие старые вещи, а именно: каменья необыкновенные, кости человеческие или скотские, рыбьи или птичьи, не такие, как у нас ныне есть, или и такие, да зело велики и малы перед обыкновенными, также какие старые надписи на каменьях, железе или меди…», тому предписывалось находки принести.
Из коллекций Кунсткамеры выросли Музей антропологии и этнографии имени Петра Великого РАН и Зоологический музей РАН. Сейчас это Зоологический институт, держатель одной из крупнейших и старейших зоологических коллекций в мире.
Сохранить накопленное веками
Сегодня биоколлекции — это не собрание диковинок и редких вещей, а национальный ресурс. Они сохраняют биологическое разнообразие страны, а генетические исследования на их основе связаны с главными вопросами выживания — продовольствием и здоровьем. При этом законодательство не регулирует ни использование коллекций, ни даже порядок их вывоза за границу. Собирают, сохраняют и изучают материалы научные коллективы, насколько хватает их возможностей и сложившихся академических традиций. Правительство эту работу поддерживает — Минобрнауки выделило более десяти краткосрочных целевых грантов на развитие коллекций.
Исправить правовые пробелы в работе с фондами призван законопроект о биоколлекциях и биоресурсных центрах, который внесла в Госдуму группа сенаторов и депутатов. Инициатива поможет сохранить коллекции — часто их накапливали веками, и при утрате восстановить их будет просто невозможно.
Проект закона вводит понятия «биологическая коллекция» и «биоресурсный центр». Отдельные положения регулируют цели создания коллекций и их типы. Уничтожить коллекцию и прекратить работу с ней будет непросто — только в случае необратимого повреждения, но при этом необходимо согласование со специальной межведомственной комиссией. Иностранцам материалы фондов предоставят исключительно в порядке обмена. Кроме того, до 1 сентября 2024 года по стране проведут инвентаризацию всех собраний, находящихся в федеральной собственности. Положения законопроекта не применят к отдельным видам коллекций, которые уже упомянуты в других нормативных актах — например, нормальной микрофлоры человека и сельхозживотных.
Первый форум «Генетические ресурсы России», в котором участвовали руководители большинства научных учреждений, работающих с коллекциями, еще летом 2022 года инициативу поддержал.
В центре науки
В России работают более ста научных учреждений, которые занимаются сбором, хранением, изучением и использованием коллекций. Об этом нашему изданию рассказал один из авторов инициативы, председатель Комитета Госдумы по науке и высшему образованию Сергей Кабышев. «Уникальность российских центров в том, что они содержат множество редких и уникальных видов, в том числе и тех, которые не встречаются нигде больше в мире. Это, в свою очередь, помогает сохранить биоразнообразие и разнообразие флоры и фауны, а также обеспечивает безопасность генетического наследия», — подчеркнул депутат. Правовой статус биоресурсных центров, по его словам, в том числе предотвратит несанкционированный сбор биоресурсов, а сами материалы коллекций будут безопасными и качественными.
В апреле этого года Владимир Путин поручил создать три биоресурсных центра со статусом национальных. Один из них, на базе Всероссийского института животноводства имени академика Л.К. Эрнста, займется развитием коллекций сельскохозяйственных животных. Центр промышленных микроорганизмов и центр автохтонных сортов винограда появятся на базе Курчатовского института. Его коллекция содержит информацию о геноме более двухсот сортов винограда. Эти данные необходимы для развития отечественного виноделия. На базе Научно-исследовательского института медицинской приматологии создадут центр, в ведении которого будут коллекции лабораторных животных.
А первым таким центром, созданным указом президента в феврале 2022 года, стал Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова. Ученые собирают ценные генотипы растений и на их основе создают новые гибриды и сорта, а также изучают, как сделать посадочный материал безвирусным, более урожайным, витаминным и подходящим для определенного региона.
От семечка до тарелки
Более ста лет назад великий русский ученый Николай Вавилов на базе действующего с 1984 года Бюро по прикладной ботанике организовал в Санкт-Петербурге Всесоюзный институт растениеводства. ВИР стал первым в мире генетическим банком растений, на принципах которого теперь работают генбанки всего мира. Вавилов вместе с соратниками совершил 180 экспедиций в 65 стран, и из каждой ученые привозили семена, а сейчас в ежегодные экспедиции ездят уже его последователи.
Сегодня Вавиловская коллекция содержит более 320 тысяч образцов генетических ресурсов растений в разных формах: от традиционных семян в пакетиках до криохранения в холодильниках и in vitro (в пробирках). По объему коллекция — лишь четвертая в мире после Индии, Китая и США. Однако по своей уникальности она первая: более 20 процентов сохраненных здесь образцов растений просто нигде больше нет, это исчезнувшие сорта и виды. Причина в том, что этот фонд был собран гораздо раньше, чем коллекции других стран, еще до повсеместной химизации почвы. По генетическому разнообразию пшеницы коллекция — одна из пяти ведущих в мире вместе с Мексикой, США, Италией и Австралией. Коллекции ржи, гречихи и льна — самые крупные в мире.
Опытные станции института разбросаны по всей стране. За Полярным кругом ученые еще со времен Вавилова наблюдают, как в северных условиях меняются физиологические характеристики растений. Сейчас это особенно актуально, так как «осеверение» растениеводства — одна из главных тенденций XXI века. В этой климатической зоне нет вирусных и грибных болезней, поэтому именно там поддерживают мировую коллекцию картофеля.
Адлерская опытная станция — субтропический сад сельхозрастений, там в живом виде растут десятки сортов киви, хурмы, а также персики, инжир, фейхоа, гранат, лимон и мандарин. Там же расположена единственная в стране научная и промышленная плантация киви.
На опытной станции недалеко от Владивостока собрана уникальная коллекция актинидии, лимонника, жимолости, амурского винограда, восточноазиатских видов вишни, смородины, аборигенных форм сливы уссурийской, абрикоса, черемухи и калины. Там же ученые работают с генетической коллекцией сои. Из-за идеальной комбинации жирных кислот и растительного белка эта культура — одна из важнейших в современном мире.
Непривычное для России растение, гуар, решает вопросы импортозамещения для газо- и нефтедобывающей промышленности. Из гуара делают гуаровую камедь, без которой не достать нефть и газ глубокого залегания. Традиционно этот компонент ввозили из Индии. Первые российские сорта, которые уже пробуют внедрять в производство, созданы в ВИР благодаря образцам из коллекции, собранным более 70 лет назад. Об этом нашему изданию рассказали в отделе управления проектами института.
В нефтяной отрасли гуаровая камедь используется, в частности, при проведении операций по гидроразрыву пласта. Эта технология позволяет разрабатывать трудноизвлекаемые запасы нефти и продлевать жизнь зрелых месторождений.
Благодаря коллекции ВИР в стране также создали 80 процентов всех сортов пшеницы, свыше 200 сортов ржи, овса, ячменя, а урожаи выросли в три раза. То, что привычный всем картофель, без которого не обходится ни одно меню российских семей, выращивают по всему ареалу нашей страны, от севера до юга, - тоже во многом заслуга института. Ежегодно ВИР получает около 150 заявок от селекционных учреждений и отправляет им образцы коллекции для создания новых сортов сельхозкультур — до пяти тысяч образцов в год. Итог этой работы — в лабораториях научных институтов по всей стране и на столах у россиян.
Криохранилище вирусов
Еще одно важное направление работы с биоколлекциями — медицина. Разрабатываемый законопроект деятельность таких коллекций не регулирует — они упомянуты в других нормативных актах. Например, положения о коллекциях патогенных микроорганизмов и вирусов содержит Федеральный закон от 30 декабря 2020 года «О биологической безопасности».
Государственную коллекцию вирусов II-IV групп патогенности хранит Институт вирусологии имени Д.И. Ивановского. Коллекция существует с 1944 года, а в постановлении Правительства от 24 июня 1996 года она признана достоянием государства. В ней больше 30 тысяч единиц, а это около 2800 штаммов вирусов, сообщает официальный сайт института. В коллекции хранят как РНК-содержащие вирусы, например, Arenaviridae, Вunyaviridae, Caliciviridae, Flaviviridae, Paramyxoviridae, так и ДНК-содержащие. Фонд пополняют разработки самих сотрудников института, государственные и частные научные организации, биотехнологические предприятия. Часть материалов находят «в полях» — при исследовании очагов инфекций на территории России и стран СНГ. Хранят штаммы в морозильниках при температуре -20, -80, -150, а некоторые образцы — в криохранилище с жидким азотом при температуре до -196°C.
Институт на основе коллекции создает диагностические препараты и тест-системы для диагностики особо опасных арбовирусных инфекций, патентует штаммы, пригодные для практического использования, создает новые лекарства для лечения опасных и социально значимых инфекций — например СПИДа или герпесвирусных инфекций.
Важное место в работе с коллекцией занимает безопасность. Работу ведут в соответствии с законами, регламентирующими деятельность, связанную с патогенными микроорганизмами. Есть у института и своя система мониторинга и оповещения при нештатных ситуациях.
По СанПиНу «Санитарно-эпидемиологические требования по профилактике инфекционных болезней», ко II группе относят вирусы лошадиных энцефаломиелитов, лихорадок Семлики, Бибару, клещевого энцефалита, желтой лихорадки, гепатита С, иммунодефицита человека, вирус SARS-СоV-2, высоковирулентные штаммы вируса гриппа А. Всю работу с ними должны выполнять специалисты не моложе 18 лет. Лаборатории размещают в отдельно стоящем здании или в изолированной части здания, но с отельным входом и автономной системой вентиляции. Помещение делят на так называемую чистую зону, где работу с материалами не проводят, и на «заразную». На входной двери обязателен знак «Биологическая опасность». В «заразной» зоне окна должны быть плотно закрыты, оконные кондиционеры запрещены, а пол, стены и потолок делают гладкими. Людей, работающих в «заразной» зоне, обязательно вакцинируют.
Генная разведка и целительные травы
Много в стране и маленьких коллекций, но от этого не менее интересных. В Тихоокеанском институте биоорганической химии имени Г.Б. Елякова ученые работают с небольшой, но единственной в стране коллекцией морских микроорганизмов, собранных почти во всех регионах Мирового океана. В ней более четырех тысяч штаммов гетеротрофных бактерий и более тысячи штаммов микроскопических грибов. Все развитые страны мира, которые имеют выход к морю, создают свои институты, которые занимаются морской биологией, а вот в России до недавнего времени такие исследования почти не вели. При этом микробные ресурсы океана практически неисчерпаемы. Это легко возобновляемое биологическое сырье, его легко культивировать и в промышленных условиях.
Сотрудники института применяют геномный биопроспектинг (от англ. bioprospecting — биоразведка). Это новое научное направление, где ученый, как разведчик, ищет коммерчески ценные гены в различных геномных данных. Метод помогает ученым разрабатывать лекарства, диагностические биопрепараты и БАДы на основе морских природных соединений. Об этом на первом научном Форуме «Генетические ресурсы России» сообщила руководитель лаборатории морской биохимии института Марина Исаева.
Например, благодаря разработкам могут создать новые эффективные обезболивающие и лекарства от диабета. «Благодаря такому подходу учеными было открыто более ста новых генов, кодирующих биологически активные соединения, один из которых кодировал интересный белок. Так, был разработан метод производства этого белка, обладающего пролонгированным анальгетическим эффектом, который превосходит по действию известные аналоги. Другой ген, обнаруженный в морских анемонах, кодировал пептид, способный понижать уровень глюкозы в крови мышей с диабетом второго типа. В настоящее время разрабатывается схема его получения рекомбинантным способом», — сказала нашему изданию заведующая лабораторией молекулярной фармакологии и биомедицины Тихоокеанского института биоорганической химии Елена Лейченко.
Еще один пример — Ботанический сад Южного федерального университета, который собрал коллекцию лекарственных растений. На сегодня, по данным сайта организации, она насчитывает 186 видов, и это далеко не самая крупная коллекция лекарственных растений в стране. Все виды разделены на 14 групп по своему фармакологическому действию. Например, к желудочно-кишечным относят аир болотный, бадан толстолистный и дрок красильный, к кровоостанавливающим — кровохлебку лекарственную, а к сердечно-сосудистым — наперстянку крупноцветковую и шлемник байкальский.
На сайте Института морской геологии и геофизики сообщают о создании минералогической коллекции. В нее входят, например, уникальные агаты Курильских островов, Сахалина, Приморья и Казахстана, драгоценные и поделочные камни, базальты с вулкана Меньший брат на Курильских островах и вулкана Килауэа на Гавайских островах. В коллекции есть и палеонтологические экспонаты — аммониты Сахалина, древние головоногие хищники, которые достигают размеров от 5 до 40 сантиметров в диаметре. Коллекцию показывают школьникам, студентам и аспирантам.
Елена Балабаева, «Парламентская газета»