Генетики Томского государственного университета исследуют трехмерную архитектуру генома малярийного комара. Именно она в большой степени определяет функциональные свойства всех живых организмов. Новые фундаментальные данные, полученные учеными ТГУ, станут основой для создания генетического инструмента. С его помощью можно будет регулировать численность тех видов малярийных комаров, которые являются злостными переносчиками возбудителей смертельно опасных заболеваний. Проект реализуется при поддержке программы «Приоритет 2030».
– Генетическая информация закодирована в ДНК, которая является линейной молекулой, которую можно представить в виде очень длинной нити, – говорит руководитель проекта, профессор Биологического института ТГУ и Политехнического университета Вирджинии Игорь Шарахов. – Она очень компактно уложена в ядре клетки. Представьте ДНК малярийного комара как пятикилометровую нить, которую уложили в шарик размером с теннисный мяч. Исследования направлены на то, чтобы понять, как это достигается и как геном работает в такой компактной упаковке.
Структура ДНК, генетический код абсолютно одинаковы во всех типах клеток комара, будь то пищеварительная или нервная система, глаза, антенны и прочее. Линейная структура ДНК одинакова, но генная экспрессия отличается – и именно это создает тканевую и клеточную специфичность.
Пространственная организация генома – как нить ДНК уложена – может отвечать за то, какие гены будут включаться и какая ткань получится в результате дифференцировки. Цель проекта, над которым работают ученые ТГУ, – выявить механизмы пространственной упорядоченности генома. Это поможет оценить функциональную значимость архитектуры ДНК у комаров в разных тканях.
Задача начального этапа исследований – выяснить закономерности пространственной укладки хромосом и ДНК в клеточных ядрах разных тканей. Уже получены данные в рамках ранее созданного задела и первого этапа проекта: установлено, что главными являются взаимодействия хромосом с оболочкой ядра, причем, есть специальные места прикрепления. Второй способ – взаимодействие ДНК-ДНК, при котором разные участки генома сопрягаются друг с другом на разных линейных расстояниях, образуя иерархические уровни укладки.
Участки ДНК, расположенные друг от друга на расстоянии многих миллионов пар нуклеотидов, в то же время, могут контактировать друг с другом в пространстве. Это взаимодействие можно представить в виде петли. Увидеть такие особенности ученым помогает, в частности, метод флуоресцентной гибридизации. Генетики метят определенные участки генома при помощи флуоресцентных проб разного цвета, которыми визуализируют разные районы хромосом.
Следующий этап исследований – экспериментальная манипуляция с пространственной организацией путем инактивирования белков ядерной оболочки. Ученые попробуют выключить белки, отвечающие за прикрепление хромосом, и выявят, какие звенья играют определяющую роль в удержании стабильности архитектуры ДНК.
Самая сложная задача проекта, которую генетики смогут выполнить в случае продления финансирования проекта, – манипуляция взаимодействиями внутри хромосом или между хромосомами при помощи технологии CRISPR.
– Если мы будем знать, как формируется трехмерная архитектура генома малярийного комара, мы сможем создать генетический инструмент, который позволит нарушать естественный ход развития организма, – объясняет Игорь Шарахов. – Это, в свою очередь, даст возможность регулировать численность популяций переносчиков возбудителей опасных заболеваний, причем, делать это гораздо более экологично и эффективно, нежели при помощи инсектицидов.
Например, одно из самых сильных средств, применявшихся ранее для борьбы с комарами, – ДДТ – уничтожало и множество других живых существ, включая насекомых-опылителей. Известно, что ДДТ имеет очень продолжительный срок разложения, передается по пищевой цепи другим организмам, накапливается в них и медленно отравляет.
Применение генетического инструмента даст возможность действовать прицельно на отдельно выбранный вид и популяцию. Например, регулировать численность комаров вида Anopheles gambiae, которые способствуют распространению малярии в странах Африки, где от этого заболевания ежегодно погибает около 500 тысяч человек. Большая часть из них – дети дошкольного возраста.
– Мы не хотим уничтожать комаров, не переносящих болезни, они являются очень важной счастью экосистемы, особенно в северных районах и в Сибири, – отмечает Игорь Валентинович. – На этих территориях они критически важны, поскольку ими кормятся рыбы, амфибии, многие птицы прилетают сюда, чтобы выводить и выкармливать потомство. Поэтому избирательность генетического инструмента, в основу которого лягут новые фундаментальные данные, – фактор глобально значимый.
Фото пресс-службы ТГУ и Игоря Шарахова
УПРАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОЛИТИКИ ТГУ
Нет комментариев