Иногда можно своими глазами увидеть, как наука смыкается с искусством. Победители конкурса молодых ученых РАН по итогам 2012-го года сотрудники Института цитологии и генетики СО РАН кандидаты биологических наук Екатерина Андреевна Башева и Анна Александровна Торгашева сыплют терминами, рассказывая о процессе рекомбинации, Однако затем исследователи называют его самым романтическим. «Это загадочно и красиво. Поэтому нам очень приятно чувствовать свою маленькую причастность, приоткрывать завесу тайны», - отзываются девушки.
Пролог. Как все начиналось
«Они у меня появились ровно шесть лет назад, и с этого момента жизнь моя изменилась, - утверждает заведующий лабораторией рекомбинационного и сегрегационного анализа ИЦИГ СО РАН доктор биологических наук Павел Михайлович Бородин. - Я давно хотел взяться за эту тему, и тут появился замечательный метод, который позволяет решить поставленные проблемы. Надя, Аня и Катя пришли одна за другой, и начали все с нуля. Они просто взяли протоколы из публикаций и по протоколам все сделали. Многие эксперименты планировали сами».
Научная часть №1. Как?
Если говорить об обобщающей теме цикла работ, представленных на конкурс, то она звучит так: сравнительный анализ рекомбинационных характеристик геномов млекопитающих. Для неспециалиста – весьма непонятно. Анна Торгашева начинает распутывать клубок объяснений: «Рекомбинацией называют возникновение новых сочетаний генов при обмене участками хромосом от матери и отца. Это один из основных механизмов, которые обеспечивают наше разнообразие, в том числе, и в эволюционном плане. Происходит рекомбинация тогда, когда образуются половые клетки - или гаметы. Мы исследуем, где именно и как часто происходит рекомбинация, как распределяется точки рекомбинации, сравниваем разные виды, выявляем факторы, от которых зависит скорость перетасовки генов».
В работе ученые использовали новый метод – иммунофлуоресцентной локализации. Как комментирует Екатерина Башева, до этого анализ проводился другими способами, но они были более трудоемки и менее точны. «Фактически мы визуализировали белки, которые играют ключевую роль в мейозе», - добавляет она. Ученые брали антитела с флуоресцентными метками, которые видны в микроскоп, и наносили их на препараты с хромосомами.
Отступление. Изобразительное искусство
На слайдах – картинки, совмещенные из нескольких микрофотографий. Красным окрашены оси хромосом. Зеленый маркирует те места, где происходит рекомбинация. «Мы смогли увидеть расположение этих точек, и дальше уже пытались понять почему они расположены так, а не иначе», - рассказывает Екатерина Башева и, после паузы добавляет: «Насколько удивительно, как красочно все выглядит на стекле, которое само по себе прозрачное и куда наносится небольшое количество невидимой глазу жидкости! Вполне естественно, что мы говорим о своей работе в терминах романтики – потому что, по сути, так оно и есть».
Научная часть №2. Зачем?
Исследователи изучали 21 вид млекопитающих, в том числе, кошку, норку, лисицу, собаку, а также полевок и землероек.
«Они рассматривали механизм тасования генов: с какой скоростью это происходит у разных видов, что эту скорость определяет, какая анатомия хромосомы способствует быстрой перетасовке, какая - медленной», - рассказывает Павел Михайлович Бородин. Оказывается, есть интересная особенность – чем медленнее сменяются поколения, тем больше при этом частота рекомбинации. Человек в этом отношении является чемпионом, и это логично: процесс, который постоянно генерирует изменчивость, необходим для лучшей приспособляемости к неизвестному миру будущего, в котором будут жить наши дети. «Понятно, что чем больше пройдет времени между родителями и потомством, тем больше вероятности, что последнее будет существовать в изменившихся условиях, и тем выгоднее, чтобы они были немножко другими», - добавляет Анна Торгашева.
Рекомбинация также помогает избавляться от накапливающихся мутаций. Они возникают регулярно, причем, по словам Павла Бородина, главную опасность представляют не совсем-совсем, а чуть-чуть плохие: от них не умрешь, но жить становится хуже.
«Например, бактерии делятся - и все те мутации, которые произошли при копировании ДНК, сохраняются и передаются следующим поколениям, - объясняет Анна Торгашева. - Они справляются с этим грузом мутаций за счет огромной численности: могут позволить себе обильно размножаться, и те, кто накапливает много нехороших изменений, погибают». При половом размножении число потомков намного меньшее, и, на первый взгляд, получается, что его эффективность ниже. Кроме того, процесс, сопровождающий рекомбинацию на молекулярном уровне, для организма весьма тяжел и сложен. По словам Анны Торгашевой, для того, чтобы произошла рекомбинация, в хромосому вносится множество разрывов. Впрочем, как говорит ученый, все эти ужасы компенсируются возможностью избавления от не очень плохих мутаций и закреплением хороших: «Это настолько важно, что перекрывает всю затратность полового размножения». «То есть, сортируя гены, можно создать как «чистые», свободные от мутаций гаметы, так и те, что перегружены неблагоприятными изменениями. Последние будут нежизнеспособны - и пусть, зато генофонд популяции освободится от груза», - говорит Павел Бородин.
Кроме того, рекомбинация помогает правильному расхождению хромосом: после того, как они встретились и обменялись, клетке нужно поделиться, чтобы в каждой гамете остался полный их набор, без избытка или недостатка.
Отступление. Искусство кулинарии (или алхимии?)
Как, собственно, готовятся препараты для анализа? «Теоретически – берешь пипетку и капаешь на стекло. Для этого есть протокол», - рассказывает Павел Бородин, отмечая: «На самом деле, это все близко…к кулинарии, наверное. Если вы возьмете «рецепты» того, как готовить цитологические объекты, там указано: щепотка, на кончике ножа. У Кати в этом отношении есть замечательный талант: она знает, где взять первое, а где – второе».
«У самки нужно взять яичник, у самца – семенник, – объясняет Екатерина Башева. - Затем провести серию операций, поколдовать и потом нанести полученную суспензию на стекло. Это все очень секретные вещи. Я склоняюсь думать, что любая деталь играет роль. Если получается хороший препарат, то начинаешь думать: какой был день недели, сколько было времени, во что ты был одет. Все факторы важны, я не утрирую».
«В жизни Кати был момент, когда она делала это все в катакомбах Санкт-Петербурга, в подвалах Зоологического музея АН. В этих совершенно нечеловеческих условиях у нее получались идеальные препараты. Еще был случай: она их готовила на кухне в гостинице. В соседней кастрюле булькали макароны. Я думал, не получится ничего, какая-то дрянь была на стеклах. Потом приехали, посмотрели – все замечательно».
Научная часть №3. Что дальше?
«Сейчас мы продолжаем работать над этой темой, - говорит Анна Торгашева, - анализируем разные виды. Одно из направлений – более детально изучать процесс рекомбинации у гибридов. Мы уже увидели, что у потомства двух видов полевок в мейозе образуются интересные структуры».
Если вспомнить про романтические термины, то можно описать это так: разные хромосомы, которые не должны полностью совпадать друг с другом и нормально обмениваться, пытаются найти свою пару. Ученым интересно: как они будут решать этот вопрос, и насколько успешно у них будет получаться. «Гибриды – сочетание сразу нескольких хромосомных перестроек. Как правило, они стерильны, что говорит о следующем: их гаметы созревают неполноценно, - отмечает Анна Торгашева. - Мы ищем тот момент, который не позволяет нормально им развиться - нарушения могут происходить в разное время, на разных стадиях процесса».
Екатерина Пустолякова
Фото: Ю. Позднякова
