С 1 по 3 ноября в Москве прошла научная конференция с международным участием «Генетика 2026», организованная Институтом общей генетики (ИОГен) имени Н.И.Вавилова РАН в партнерстве с Ассоциацией «Общество гематологов, онкологов и трансплантологов».

Фото: Maggie Bartlett, NHGRI / Wikimedia Commons (Public Domain)

Для ИОГен РАН этот год юбилейный. Хотя история института ведёт начало с 1934 года, когда Николай Иванович Вавилов организовал Институт генетики АН СССР, но в 1965 году этот институт был расформирован и в 1966 году, 60 лет назад, создан Институт общей генетики АН СССР, директором которого стал академик Николай Иванович Дубинин.

Институт общей генетики РАН, как и в прошлом году, собрал на одной площадке специалистов многих направлений генетической науки. В конференции приняли участие ученые из 50 городов России и из 7 стран. Расскажем о трех докладах, которые демонстрируют разнообразие обсуждаемых проблем.

Почему физическая активность улучшает работу мозга

Варвара Дьяконова.

В докладе д.б.н. Варвары Дьяконовой (Институт биологии развития РАН) на секции «Генетика поведения» рассматривалось влияние физической активности на обучение и память на геномном уровне. Довольно давно было показано, что физическая активность оказывает положительные эффекты на работу мозга: стимулирует нейрогенез, повышает способность к обучению, защищает от нейродегенерации. Это основано на изменении экспрессии многих генов. Такое влияние было экспериментально показано не только на мышах и крысах, но и на беспозвоночных животных — нематоде C. elegans, моллюске большом прудовике. Однако при этом физическая нагрузка повышает интенсивность окислительного метаболизма, что увеличивает образование свободных радикалов, а это приводит к повреждению ДНК. Ученые называют это геномным парадоксом — физическая активность способствует продолжительности жизни и вместе с тем приводит к нестабильности генома. Считалось, что объяснение этого парадокса в том, что одновременно активизируются системы репарации ДНК, которые быстро ремонтируют повреждения.

Но оказалось, что все устроено более сложно. Появились данные, что в нейронах повреждения ДНК — разрывы обеих ее цепей — необходимы для процессов обучения и памяти, они вызывают экспрессию соответствующих генов. С другой стороны, эксперименты, проводимые учеными ИБР РАН на большом прудовике, показали неожиданный результат. После интенсивной двигательной нагрузки в нейронах прудовика активировались гены, связанные с обучением, но экспрессия генов репарации ДНК снижалась. Аналогичные результаты были получены другими исследователями в экспериментах на мышах. И одновременно подтвердилось, что повреждение ДНК в нейронах — это не просто плата за когнитивную деятельность, но необходимое условие для того, чтобы сформировалась долговременная память.

Из этих данных у Варвары Дьяконовой и ее коллег родилась гипотеза. Они исходили из того, что репарация ДНК — процесс не постоянный, а ритмичный, колебательный. И физическая активность увеличивает амплитуду этих колебаний. То есть, усиливает фазу, в течение которой ДНК повреждается, некие «окна нестабильности», необходимые для обучения и памяти. Одновременно с этим усиливается и противофаза — период репарации, что защищает организм от накопления мутаций. Характерно, что репарация ДНК происходит преимущественно во время сна. И это согласуется с наблюдениями, что физическая активность благоприятна не только для обучения и памяти, но и для сна.

Как спрогнозировать будущее лесов

Константин Крутовский

Профессор Константин Крутовский (ИОГен РАН, Сибирский федеральный университет, НТУ Сириус, Гёттингенский университет) на секции «Популяционная генетика» рассказал о геномном исследовании хвойных деревьев, имеющем большое практическое значение для лесного хозяйства и лесовосстановления. Генетики исходили из того, что поскольку леса люди сажают на будущее, нужно учитывать, как деревья будут приспособлены к будущим изменениям климата. Такие изменения, особенно сопровождающиеся более частыми засухами, приводят к лесным пожарам, нашествию вредителей и потере биоразнообразия. Поэтому важно прогнозировать, как те или иные популяции деревьев будут на них реагировать.

Ранее ученые разработали метод дендрогеномики, сочетающий данные дендрохронологии (измерение ширины годичных колец древесины по кернам) и геномные данные. Это дает возможность увидеть, как в прошлом дерево адаптировалось к тем или иным изменениям климата. И проанализировать, какие генетические варианты способствовали этим адаптациям. Если же добавить в исследование прогностические климатические модели будущего, можно попытаться оценить преадаптации дерева к будущему климату.

Это исследование было проведено на лиственнице сибирской — одном из видов хвойных деревьев, с которыми работали генетики. Они генотипировали около 500 деревьев из 37 популяций в семи регионах. Полностью секвенировать (прочитать последовательность ДНК) геном каждого дерева очень дорого, так как хвойные обладают чрезвычайно большим геномом — в разы большим, чем у человека. Поэтому специалисты использовали частичное секвенирование, дающее возможность от каждого дерева получить сотни тысяч точек-маркеров, которые адекватно отображают геном. Из этих геномных маркеров отобрали те, которые, по данным дендрогеномики, наиболее сильно ассоциированы с биоклиматическими переменными (различные параметры температуры и влажности).

Ученые использовали три климатических модели, три метода и три периода времени. И для каждой популяции лиственницы сибирской вычислили величину «геномного сдвига» (genome offset). Он показывает, насколько должны в популяции измениться частоты тех или иных вариантов генов, чтобы популяция оказалась адаптирована к будущим изменениям климата. Популяции лиственницы сибирской довольно сильно различались по величине «геномного сдвига», так что биологи разделили их на наиболее уязвимые (которым предстояло сильно генетически измениться), умеренно уязвимые и устойчивые (которые уже сейчас оказались преадаптированы к будущим изменениям климата).

Такой подход радикально меняет концепцию лесовосстановления. Сейчас считается, что лучше всего подходят для этого местные популяции деревьев. Но это не всегда так, если сажать лес на будущее. Для лесовосстановления надо использовать наиболее устойчивые к будущим климатическим изменениям популяции, а наиболее уязвимые — брать под охрану.

Вымирание стеллеровой коровы — возможно, человек не виноват?

Федор Шарко

Федор Шарко из лаборатории палеогеномики НИЦ «Курчатовский институт» на секции «Древняя ДНК. Палео- и историческая генетика» представил результаты палеогенетических исследований стеллеровой коровы — водного млекопитающего отряда сирен, вымершего в XVIII веке. Работа проводилась генетиками из Курчатовского института совместно с коллегами из других отечественных научных организаций, а выделение древней ДНК выполнялось в специализированных чистых помещениях НИЦ «Курчатовский институт».

Стеллерова корова была открыта и описана в 1741 году на Командорских островах натуралистом Георгом Стеллером, участником экспедиции Витуса Беринга, и вскоре исчезла. Долгое время общепринятой считалась версия, что она стала исключительно жертвой истребления человеком, будучи легкой добычей для охоты.

Российские исследователи полностью собрали последовательность митохондриального генома стеллеровой коровы, уточнили филогенетическое положение вида среди других сирен и установили, что изученный музейный образец принадлежал самке. Ученые также получили черновую последовательность ядерного генома. В нем выявили следы действия положительного отбора в генах, отвечающих за метаболизм, гормональную и иммунную системы, а также за массу тела. Последнее объясняет адаптацию стеллеровой коровы к выживанию в холодных водах: она была значительно крупнее остальных представителей своего отряда.

Расчет динамики эффективного размера популяции показал, что численность вида непрерывно сокращалась последние 500 тысяч лет - предположительно из-за климатических изменений и сокращения кормовой базы. Это ставит под сомнение решающую роль человека в ее исчезновении. Вероятно, стеллерова корова находилась на грани вымирания задолго до контакта с людьми.

Зарубежные оппоненты критиковали эти выводы, указывая на недостаточную репрезентативность единственного образца и риск локальной изоляции командорской группы. В ответ исследователи проанализировали еще 32 образца стеллеровой коровы с Командорских островов и один с Курил. Построение дерева митохондриальных гаплотипов подтвердило: популяция не была замкнутой и охватывала обширный регион. Таким образом, первоначальные выводы получили обоснование.

В завершение доклада Федор Шарко обратился к мировой тенденции возрождения вымерших видов. Современные технологии пока не способны полностью воссоздать утраченный вид. Проекты вроде инициатив Colossal Biosciences основаны лишь на точечных модификациях генома ближайших живых родственников и приводят лишь к достижению внешнего сходства. Тем не менее подобные инициативы успешно привлекают инвестиции и внимание общества. По мнению исследователя, стеллерова корова могла бы стать национальным символом программ возрождения вымерших видов в России, стимулируя финансирование отечественных научных разработок.