Ростовские учёные создали уникальные ДНК-карты

Учёные Южного федерального университета для работы с ценным генетическим материалом создали стерильные носители для хранения ДНК, превосходящие аналоги.

Научная лаборатория «Идентификация объектов биологического происхождения» Академии биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского ЮФУ специализируется на работе с древними и уникальными объектами: останками древних людей и мамонтов, биоматериалом краснокнижных растений и животных. Зачастую у учёных нет возможности повторно получить образцы для изучения, а в тех образцах, которые всё-таки попадают в руки генетиков, бывает крайне мало сохранившейся ДНК.

В этом случае необходимо использовать ДНК-карты — стерильные бумажные носители, которые применяются для длительного хранения дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). На карту можно наносить капиллярную или венозную кровь, слюну, гомогенаты растительной или животной ткани, клетки, препараты — любой биоматериал, содержащий ДНК.

На рынке представлены в основном ДНК-карты иностранных биотехнологических компаний, и исследователи Южного федерального университета поставили перед собой задачу выпустить конкурентноспособный отечественный продукт.

Доктор биологических наук, профессор кафедры биохимии и микробиологии Академии биологии и биотехнологии ЮФУ им. Д.И. Ивановского Игорь Корниенко, кандидат медицинских наук Татьяна Фалеева и аспирантка Академии биологии и биотехнологии ЮФУ Ольга Арамова для внедрения своих научных открытий в реальную экономику основали ООО «Генотип» — компанию, специализирующуюся на разработке инновационных отечественных продуктов в области биотехнологий.

Компания была основана при поддержке Фонда содействия инновациям в научно-технической сфере и уже успела создать антисептический состав, который привлек внимание ряд крупных компаний-потребителей. Вторым значимым проектом этого научно-технологического предприятия стала разработка ДНК-карт, превосходящих аналоги — изобретение учёных ЮФУ способно сохранять генетический материал при комнатной температуре не менее 50 лет.

«Карта ДНК состоит из целлюлозной волокнистой матрицы и специального химического соединения — буфера. Это соединение при контакте с биологическим образцом разрушает клеточные мембраны, денатурирует белки, а нуклеиновые кислоты (ДНК) стабилизирует и защищает от разрушения и действия ферментов, окислителей и ультрафиолета. Именно эту буферную композицию мы модернизировали и запатентовали. Наша разработка является наиболее простым и экономически выгодным инструментом, поскольку в таком виде биологические образцы могут храниться без использования холодильного и морозильного оборудования в течение длительного времени в отличие от ряда аналогов», — объяснил Игорь Корниенко.

Профессор добавил, что такая карта инактивирует вирусы и предотвращает рост бактерий и других микроорганизмов, которые разрушают ДНК. Карта-носитель позволяет осуществлять захват нуклеиновых кислот (ДНК) непосредственно на матрице в один этап при контакте с образцом. Таким образом пользоваться ей достаточно просто: нанести на карту образец, содержащий ДНК, и он будет храниться долгое время.

Первая партия ДНК-карт уже отпечатана — на ней будут храниться ДНК-образцы осетровых рыб из разных регионов страны с целью изучения, сохранения и поддержания биоразнообразия. В последствии биологи планируют использовать карты собственного производства и для других актуальных исследований, проводимых в научной лаборатории «Идентификация объектов биологического происхождения».

«Например, у нас была работа по идентификации предположительно отца писателя Фёдора Достоевского — Михаила Достоевского, чья могила утеряна в подмосковном поместье. Для этого к нам поступили останки предполагаемого отца писателя и кровь его потомков для установления родства. Однако анализ оказался отрицательным. Чтобы сохранить ДНК потомков, мы нанесли ее на ДНК карту и ждем новых поступлений предполагаемого Михаила Достоевского. Мы можем быть спокойны — ДНК точно сохранится и нам не придется снова брать кровь у потомков писателя, когда будет найден настоящий отец классика русской литературы», — рассказала Ольга Арамова.

Аспирантка ЮФУ и директор ООО «Генотип» подчеркнула, что на упаковке каждой карты есть место для описания нанесенного образца: вид, дата забора и прочие важные пометки, например штрих-код. С помощью ДНК-карт можно без особых усилий и дополнительного оборудования создать настоящие «биобанки» вымирающих или особо-ценных в сельском хозяйстве видов растений и животных.

«В нашей лаборатории мы работаем с останками мамонтов, найденных в Якутии и на юге России. Безусловно, генетический материал северных мамонтов сохранился лучше, но митохондриальная ДНК (мтДНК) в больших количествах сохраняется в объектах возрастом около 30 000 лет. Мы пытаемся изучить функционально-значимые участки мтДНК, что способствует пополнению базы данных по генетике шерстистых мамонтов Евразии и вносит вклад в понимание генетического полиморфизма позднеплейстоценовой северо-восточной популяции этих животных», — подчеркнула Ольга Арамова.

Она добавила, что если нанести на ДНК-карту генетический материал мамонта, то ученые будущего с более совершенными технологиями смогут заново вывести и клонировать этих удивительных животных. Так же ДНК-карты повсеместно применяют в клинико-диагностических лабораториях человека и криминалистических центрах.

Кандидат медицинских наук, сооснователь ООО «Генотип» Татьяна Фалеева подчеркнула, что одним из приоритетных направлений научно-технологического развития Российской Федерации в настоящее время является персонализированная медицина, основанная на индивидуальном подходе и учете особенностей конкретного пациента. Переход к персонализированной медицине предполагает формирование нового подхода к хранению информации о каждом пациенте, в частности, генетического материала для анализа.

«При этом следует учитывать, что генетический материал со временем претерпевает значительные изменения. На протяжении жизни человека в ДНК возникают тысячи изменений — мутаций. Большая часть этих изменений нейтральна, 1% мутаций приносит явный вред, полезные мутации возникают еще реже. Скорость возникновения и накопления мутаций различается в разных тканях и органах. К примеру, в одной нервной клетке мозга (нейроне) у человека возникает одна мутация раз в две недели. Таким образом, к восьмидесяти годам среднестатистический нейрон несет в себе около 2400 мутаций. Причинами мутаций могут являться как нарушения процесса копирования ДНК в клетках, так и действие внешних факторов, к которым относятся электромагнитные излучения, в частности ультрафиолет и радиация, многие химические вещества, вирусы. Полностью защитить человека от них не представляется возможным, поэтому приходится учитывать тот факт, что геном пациента неизбежно подвергается изменениям. В свете этого представляется разумным отбирать образцы ДНК для хранения и последующего анализа в начале жизни», — рассказала Татьяна Фалеева.

Проекты огромных хранилищ данных о геномах уже существуют. В России есть хранилища при МГУ и других крупных университетах, использующиеся в научных целях, можно найти также единичные предложения от крионических компаний. Перспектива создания ДНК-хранилищ данных представляет интерес для ведомств, работа в которых сопряжена с риском для жизни, прежде всего это Вооружённые Силы, МВД и МЧС РФ. Технология типирования биоматериала позволила бы им в кратчайшие сроки проводить идентификацию жертв техногенных катастроф и значительно повысить раскрываемость уголовных преступлений, считают учёные ЮФУ.