Расшифровать ДНК: миссия выполнима

Сегодня отмечается День женщин и девочек в науке. И уже по традиции в этот праздник мы публикуем интервью с нашим учёным, на этот раз микологом-биохимиком.

Определить биоразнообразие любой территории и открыть новые виды грибов по ДНК – всё это возможно в молекулярно-генетической лаборатории ЮГУ. Научный центр открылся благодаря гранту Минобрнауки РФ на базе университетского стационара в сельском поселении Шапша, которое расположено в 30 километрах от Ханты-Мансийска. Теперь делать сенсационные открытия учёные ЮГУ могут в собственной лаборатории. В ней сейчас работают 10 молодых сотрудников.

Мы взяли интервью у кандидата биологических наук Нины Владимировны Филипповой. Заведующая лабораторией молекулярно-генетических методов анализа ЮГУ рассказала о Музее грибов Югры, возможностях лаборатории и о том, зачем нужно изучать грибы.

- Расскажите о месте, где вы сейчас работаете?
- Это стационар ЮГУ в посёлке Шапша, где мы работаем с 2007 года. Здесь есть молекулярно-генетическая лаборатория и обширная коллекция грибов. Чтобы рассказать о грибах научно и популярно, мы создали экспозицию «Музей грибов Югры». Он открыт с 2015 года. Тогда мы собирались небольшим кругом людей и проводили семинары Сибирского микологического общества. Мы рассказывали друг другу о разных свойствах грибов – лекарственных, ядовитых, о ремёслах, связанных с грибами. Накопилась коллекция экспонатов, которую мы позже оформили в виде экспозиции. В прошлом году нам помог грант Фонда культурных инициатив, пространство оформили профессионалы музейного дела, дизайнеры. Они сделали настоящую музейную экспозицию.

- Музеи грибов – редкая история для России?
- Да, довольно редкая. Грибы как объекты экспозиции демонстрируют не часто. Я знаю буквально несколько музеев. В Дарвиновском музее есть большая экспозиция муляжей грибов, оформлено очень красиво – с канвой их местообитания. При изготовлении макетов грибов применяется сложная техника. Сами грибы как чучела животных нельзя сохранить. Существуют другие разные техники. В частности, в нашей галерее можно увидеть фотографии, профессионально сделанные рисунки в разных жанрах – в натуралистичном виде и, наоборот, фантастичном. У нас есть муляжи – высушенные плодовые тела грибов. Представлены разные прикладные направления, связанные с грибами: лекарства, ремёсла – шляпы из гриба, окрашенная шерсть. Все эти редкие экспонаты можно посмотреть, потрогать и какие-то даже примерить, сделать селфи.

- Какие мастер-классы проводятся в Музее грибов Югры?
- Наша галерея украшена работами разных художников и ремесленников, которые вдохновились грибами. Когда сюда приходят люди, у них тоже зажигается искра творчества. Здесь есть несколько грибных направлений: можно слепить грибы, написать картину грибными раскрасками. Мы сделали несколько видов чернил. Посетители могут нарисовать грибы грибами. Есть гриб, который можно использовать как палитру. Он так и называется гриб художника. У него на нижней поверхности можно рисовать очень тонкие узоры. Когда гриб высыхает, узоры сохраняются.

- Открытие музея грибов - выполненная задача из плана Сибирского микологического общества. На 2025 год общество запланировало полет на спутник Земли. Зачем микологам лететь на Луну?
– Грибы вездесущие организмы, живут в совершенно разных экосистемах. Сибирское микологическое общество - это объединение микологов из разных городов Сибири, которые обмениваются информацией, дружат и помогают друг другу. В целях популяризации мы проводим выставки, экскурсии. И полёт на Луну – это как символ нашего развития. Это такая мечта, стремление развиваться дальше!

– А вы бы полетели на Луну?
– Да, конечно! Это очень интересно - посмотреть на нашу планету со стороны.

– Когда у вас проснулся интерес к грибам?
– У меня, наверное, с детства был интерес к животных и растениям. Мои родители тоже биологи. И у меня такой врождённый натурализм. Я ходила на станцию юных натуралистов. Если о растениях в окрестностях мама все знала и показывала мне, то с грибами – другое дело: очень много неизвестных видов, их очень большое разнообразие. Уже будучи в университете, я показывала их специалистам, они говорили: «Это что-то непонятное», «Это мы не знаем». И действительно, спустя какое-то время мы нашли в Югре новый вид для науки и описали его. Потом было ещё несколько видов. Эта группа слабоизученная, много можно сделать открытий.

– Почему вы выбрали ЮГУ для продолжения своей научной карьеры? Какие здесь для вас есть перспективы как для учёного?
– Я закончила Томский государственный университет. Там же работала директор нашего НОЦ Елена Дмитриевна Лапшина. В то время она из Томска переезжала в открывающийся Югорский госуниверситет. Здесь организовывала свою лабораторию и приглашала сюда сотрудников, закончивших ТГУ. И мы приехали. Это понятная ситуация, когда в новый университет приезжают специалисты, закончившие другие ближайшие вузы. Было замечательно, что здесь – в Шапше и Мухрино – сразу появился стационар. Начали работу в полевых условиях, были, можно сказать, первопроходцами. Территория слабоизученная, потому что это Север, здесь только недавно стали открываться университеты.

- Вы являетесь соавтором первого полного списка шляпочных грибов России. Каков ваш вклад в этот список?
– Это скрупулёзная, рутинная работа по составлению всех списков грибов, опубликованных в разных статьях, книгах за многие десятки лет в России. Такая работа требовала совместного усилия нескольких микологов. Мы обобщали и объединяли в одну общую базу данных региональные источники литературы. Мы здесь в нашей лаборатории тоже занимаемся оцифровкой данных о биоразнообразии и публикуем эти данные в открытом доступе в глобальной информационной системе по биоразнообразию GBIF. Это направление было нам знакомо. С коллегами из Ботанического института им. В. Л. Комарова РАН, которые руководители этой работой, мы вместе начали работать по нашей территории и сделали, таким образом, вклад в общий список.

– Сколько грибов для этой работы вы описали?
– Для региона (мы говорим про Север Западной Сибири) в литературе описано около 3 тысяч видов грибов. Это не только шляпочные, это и микромицеты, фитопатогены, лишайники. Для сравнения, например, у нас во флоре растений в Югре 1200 растений. То есть грибов уже раза в три больше. При этом грибы ещё недоописаны. Это может лишь 5-10% из того, что есть ещё. Большое разнообразие видов грибов ещё не описано наукой.

– Зачем нужно изучать грибы?
– Экспозиции нашего музея как раз рассказывают от том, как грибы органично вплетаются в нашу обыденную жизнь. Часто мы этого даже не замечаем. Такие вещи, как технология изготовления хлеба, где используются дрожжи (а дрожжи – это грибы), приготовление крепких напитков. За каждым изделием лежит штамм микроорганизмов, которые подбираются по определённым свойствам, проходит селекция. Грибы применяют в медицине. В нескольких классах лекарств используются вещества, которые содержатся в грибах. Грибы культивируют в специальных автоклавах и получают химическое вещество. С другой стороны, грибы – паразиты растений, они могут стать причиной заболевания. Нужно их изучать, чтобы знать, как от них защититься. Грибы – это симбионты деревьев. Они образуют с корнями деревьев микоризу (прим. микориза - симбиотическая ассоциация мицелия гриба с корнями высших растений). Деревья таким образом получают питательные вещества. Никакое дерево не сможет прожить без этого микоризного симбионта. При искусственных посадках деревьев на голых субстратах, чтобы они укоренились и начали расти, нужно знать, какие должны быть у них партнёры-симбионты. Посадки плантаций на голых почвах всегда сопровождаются микоризацией: сначала корешки опускают в жидкий субстрат – например, глину, смешанную с микроорганизмами - грибами. Благодаря этому дереву удаётся укрепиться в почве. Грибы поставляют деревьям микроэлементы, фосфор, другие важные элементы. И воду дерево получает тоже, как ни странно, за счёт грибов. Каждый корешок оплетён сгустком тонких гиф, благодаря этому площадь всасывания значительно увеличивается. А без воды дерево не смогло бы жить и достичь такой высоты.

- Есть мнение, что аборигены не едят грибы. Так ли это?
- В разных популяциях грибы используются в пищу с разным успехом. Существует такая классификация – микофобы и микофилы в плане использования различных грибы в традиционной пище. Есть исследования, показывающие, что у разных групп людей разная способность к перевариванию грибов. Поскольку клетки гриба покрыты хитиновой стенкой, нужны ферменты, чтобы их переваривать. Тут переплетение и культуры (традиционно не собирали, боялись, что могут попасться поганки, или по религиозным причинам – боязнь грибов, как посланников злых духов) и генетики. В среднем на Севере меньше употребляют грибы, чем в других регионах, например, центральной России.

- Ваши любимые грибы?
– Я люблю шиитаке. Хотя это не наш гриб. У него юго-восточный ареал. На Дальнем Востоке России он уже растет. Но традиционно он культивируется в Китае, Японии, Корее. Гриб очень ароматный. Его можно и самому выращивать. Он является лекарственным: есть препараты из порошка и вытяжек шиитаке.

- Что полезнее – выращенные или собранные грибы?
- Тут надо конкретные грибы называть. Например, чага – лекарственный гриб – её пробуют культивировать, поскольку она продаётся как биологически активная добавка и лекарство. Выращенная в культуре она менее активная, потому что она берёт вещества от деревьев, частичный паразит. С другой стороны, например, шиитаке хорошо растёт на опилках, субстратах. Поэтому не важно, как он появился. Для большинства съедобных грибов не важно, как они выросли. Главное, чтобы субстрат был чистый. Грибы могут накапливать тяжелые металлы, радиоактивные элементы. Отдельные виды грибов накапливают их с разной эффективностью. Обычное предупреждение – нужно избегать антропогенных участков.

- Расскажите о коллекции грибов, которая хранится в ЮГУ?
- Коллекция грибов ЮГУ насчитывает около 9 тысяч образцов. Сами образцы хранятся, как гербарий – в сухом виде, только не в больших листах, а в конвертах - зип-пакетах. И коллекция называется не гербарий, а фунгарий - Фунгарий Югорского государственного университета. От латинского слово Fungus – гриб. Здесь около 9 тысяч образцов. Информация о них хранится в базе данных, которая доступна онлайн - fungariumysu.org . Микологи и другие специалисты этим пользуются, чтобы получить доступ к нашей коллекции дистанционно.

- Какими приборами пользуются микологи?
- Основной инструмент миколога – это микроскопы. Потому что грибы – это микроорганизмы. Там очень много микроструктур, морфологию которых можно изучить под микроскопом. Микроскоп даёт увеличение от 100 до 1000. Микроструктуры - споры, гифы, базидии - мы смотрим под такими увеличениями, чтобы сделать их точное описание и определить виды. Также у нас есть бинокуляр, благодаря которому можно рассматривать предметы с объёмным их восприятием. Мы можем посмотреть, чем покрыта верхняя часть шляпки, там могут быть чешуйки, волоски, опушения.

- Как в ЮГУ появилась лаборатория? И какие задачи перед ней стоят?
- Молекулярно-генетическая лаборатория создана на грант Министерства науки и образования. Грант мы получили в 2021 году. У нас появилось финансирование на оборудование приборной базы и ставки научных кадров. В этой лаборатории были трудоустроены 10 молодых научных сотрудников. Сейчас мы уже начинаем получать данные, секвенировать, проводить метагеномные исследования. Благодаря секвенированию мы можем подтверждать новые виды грибов. Теперь у нас есть возможность делать открытия в собственных лабораториях, а не отправлять материалы в Москву, другие центры. Это замечательно, когда есть такая лаборатория под рукой: новые виды будет зафиксировать быстрее и надёжнее. Задача молодёжной лаборатории – освоение методики метагеномного анализа: это возможность, не определяя сами грибы, из навески почвы или другого субстрата получить их ДНК и сказать, какие микроорганизмы там живут. Одна небольшая навеска почвы даёт тысячи последовательностей нуклеотидов, и по базам данных мы определяем, какие организмы там живут. Не только грибы. Таким образом можно определить присутствие животных: прошло животное, чешуйка кожи упала, эти остатки сохраняются в почве. Компактный, надёжный и достаточно быстрый способ определить биоразнообразие, которое содержится на определённом участке. Это востребовано экологами, биологами, для прикладных целей, когда идёт рекультивация или, наоборот, освоением участков, поиск новых очагов биоразнообразия.

- Из чего состоит и чем оснащена лаборатория?
- Наша лаборатория разделена на пять зон: зона выделения, зона полимеразной цепной реакции, зона очистки продуктов, зона секвенирования, зона электрофореза. Для каждой выделена отдельная комната - зоны разделены в пространстве, чтобы не было контаминации и были разные приборы. Инструменты такой молекулярно-генетической лаборатории специальные: они позволяют работать с молекулами, которые используются в очень маленьких концентрациях. Это стандартные классы приборов: центрифуги, дозаторы, вортексы, автоклав, ламинар. Например, нам нужны дозаторы, которые с точностью отмеряют от 0,5 микролитра (тысячные доли миллилитра) до миллилитра. Ведь реакции с ДНК, молекулами идут в очень маленьком количестве. Чтобы отделить одни молекулы от других, используются центрифуги. В неё вставляются пробирки и раскручиваются жидкости, растворы, молекулы отделяются друг от друга по весу.

- Что происходит в зоне полимеразной цепной реакции?
- Здесь выделенные ДНК многократно увеличивается в числе копий. Чтобы запустить полимеразную цепную реакцию, используется ламинар. Это – особо чистая зона, где воздух течёт через гипофильтры. В зоне, где проходит реакция, создаётся особое стерильное пространство. И после того, как всё в пробирках поставлено, мы их переносим к основному прибору, который эту реакцию уже запускает. Это амплификатор – машина для полимеразной цепной реакции. Сюда ставятся пробирки на 200 микролитров и запускается цикл температур, который раскручивает ДНК и затем она начинает делиться, умножается число копий. Таким образом за 1,5 часа количество ДНК увеличивается на несколько порядков. Растворы с очищенной ДНК мы помещаем в секвенатор – это автоматический прибор. Запускается программа на два часа. Здесь работает электрофорез и считываются по сигналу, по красителям буквы. Программа потом выдаёт нам такие пики, которые мы уже прочитываем и видим последовательность букв АТГЦ (прим. – аденин, тимин, гуанин, цитозин) на хромотограмме, которые создают нам штрихкод участка ДНК, который мы изучали. Соответственно, если совпадений 97% и больше, то считается один вид. Если меньше, то считается разные виды. Ещё до открытия лаборатории, мы описали три новых вида грибов. В коллекции есть ещё кандидаты на новые виды, которые мы будем анализировать. Это большая работа. Апробирование результатов, опубликование и подтверждение нового вида может занять несколько лет.

- Недавно учёные доказали, что грибы и животные имеют общего предка. У нас в лаборатории можно сделать подобные открытия?
- Это открытие сделано на основе филогенетической реконструкции, когда рисуют дерево, на котором видно, как произошли разветвления разных групп организмов. Мы тоже занимаемся филогенетическими реконструкциями только не в масштабе целых царств, а на уровне отдельных маленьких таксонов, то есть как относятся в этом дереве виды грибов между собой, принцип остаётся тот же, но мы сужаем угол внимания.

- Как прошла летняя научная школа в ЮГУ?
- Летом у нас проходила Молекулярная школа для молодых учёных, провести которую нам удалось в том числе за счёт выигранного гранта губернатора Югры. В только что открывшуюся лабораторию мы пригласили специалистов и пять педагогов, которые уже имели опыт работы с молекулярными методами. Они нам помогли освоить новое оборудование. Занималась здесь группа из 30 российских и зарубежных биологов. Таким образом мы открыли саму лабораторию. Сейчас мои сотрудники здесь в лаборатории используют навыки, полученные благодаря Летней школе.

- Можете рассказать о распорядке учёного?
- Если годичный распорядок, то летом мы больше находимся в поле, зимой – в лаборатории. Даже есть такие слова – полевой сезон и камеральный, когда идёт обработки материала. Если распорядок дня, то у нас есть лабораторные работы. Большую часть выполняют лаборанты. Потом чтение и написание статей. Это лучше оставлять на утро, потому что голова ещё свежая. Организационную работу никто не отменял. Сейчас у нас идут закупки. Нужно приложить усилия, чтобы учесть все расходные материалы и реактивы, закупить на два года вперёд. Нужно думать о дальнейшем финансировании и не забывать о грантах.

- Как вы перезагружаетесь? Как отдыхаете?
- Свой отпуск я провожу на Алтае. Там замечательные горы. Я оттуда родом. Поэтому с детства подняться в гору и сверху оттуда наблюдать – это самое любимое занятие. Не забываю про чтение, пробежку, лыжи. Полевая работа на стационарах – это одновременно и работа, и отдых. На природе всё равно ты отдыхаешь, даже если работаешь.

Видеоверсия интервью

Источник

Предложить новость