19 марта 2019 года

состоялось очередное заседание Президиума Российской академии наук

Председательствует на заседании президент РАН академик РАН Александр Михайлович Сергеев.

Члены Президиума заслушали научное сообщение «Генетические технологии для повышения продуктивности агробиосистем»

Докладчики:

доктор биологических наук Александр Михайлович Кудрявцев;

академик РАН Игорь Анатольевич Тихонович;

академик РАН Наталия Анатольевна Зиновьева.

Доклад доктора биологических наук А.М. Кудрявцева будет представлен позднее.

Доклад академика РАН И.А. Тихоновича — «Генетические резервы микробно-растительных систем». Рассматривая сегодня проблемы использования генетических ресурсов для селекции, необходимо оценить их пределы и возможности. Генетические технологии, такие как маркерная селекция, генетическое редактирование и др. в значительной степени революционализировали наши представления о возможностях генетического анализа, получения направленных изменений генетической информации. Однако их эффективность в значительно степени будет зависеть от того, что будет выбрано в качестве мишений или генов интереса. Надо признать, что выбор здесь невелик. Вообще количество и разнообразие генов эукариот весьма ограничено.

Об этом писал наш великий современник Николай Владимирович Тимофеев Ресовский. Действительно, сейчас мы можем сказать, что количество генов ограничено тремя десятками тысяч факторов, а если учесть синтению, то разнообразие генов представляется еще более скромным. И даже из такого ограниченного набора мы знаем функцию не более 10-15%. Согласитесь, для того, чтобы редактировать, необходимо, как минимум, знать язык, на котором написан текст. Поэтому грядущие исследований должны быть значительно интенсифицированы именно в целях познания функции генов и не только в их индивидуальном проявлении, но и во взаимодействии факторов в генетической цепи.

Очень коротко затрону вопрос о том, какие процессы обеспечивают омнипотентность у растений, т.е. каким образом обеспечивается приспособление к конкретным условиям существования. Именно эту роль, как нам кажется, играют микроорганизмы, живущие в непосредственной близости к растениям или даже внутри тканей и клеток растений. На слайде представлены три основные, но далеко не единственные симбиозы растений и микробов, характерной чертой которых является два фундаментальных свойства: они факультативные или экологически облигатные т.е. развиваются только тогда, когда это необходимо растению и второе- взаимодействие происходит на основе интеграции генетических факторов растений и микробов.

Хочу сразу отметить, что, к сожалению, взаимодействие микробов и растений часто рассматривается как негативное и наши исследования относят к защите растений. Защитный эффект безусловно присутствует, но главное — питание растений, регуляция их роста и развития.

На примере биологической фиксации азота видно, что основную роль во взаимодействии и контроле судьбы бактериальной и грибной клетки, проникающей в растения играют т.н. гены хостинга — размещения. Наиболее четко это проявляется при взаимном опознавании симбионтами друг друга. Эта схема, созданная в том числе в нашем институте, показывает, что для узнавания используются рецепторы растений, которые построены по принципу объединения белковых молекул в гетеродимер. Необходимо отметить, что это общий принцип взаимодействия, который обеспечивает растениям узнавания самых различных микроорганизмов.

Именно эти рецепторные молекулы и являются весьма перспективными кандидатами для генетического редактирования — изменения буквально одной аминокислоты в рецепторе принципиально меняет характер связывания. В настоящий момент мы выполняем работу, которая позволит, мы надеемся, понять — как растение различает все три симбиотические системы, поскольку факторы хостинга для них во многом схожи. Такое редактирование — это крупный шаг на пути к созданию, конструированию симбиозов с заданными свойствами. Микробиологические препараты позволят регулировать взаимодействие; технологии их производства и применение хорошо отработаны в нашем институте.

Может возникнуть вопрос, насколько важна остальная микрофлора для растений и каковы ее пределы, ведь с помощью микробных препаратов мы вносим только один вид. Действительно масштабы ризосферной микрофлоры поистине огромны.

Исследователи под руководством А.А. Андронова смогли вместе с биоинформатиками предложить новый способ обработки метагеномных данных, что было отмечено премией Правительства для молодых ученых. Их состав зависит от типа почвы, растений, которые там выращиваются, и даже различаются для разных сортов. Большинство из этих видов некультивируемые, но используя методы метагеномики мы понимаем, что микробы объединяются в микробном не по принципу, кто есть кто, а по тем генам, которые необходимы сообществу для выживания. Также и в ризосфере — мы предложили принцип дополнительности. Современные методы позволяют выделять отдельные гены даже из некультивируемых видов, в последующем их можно вносить в освоенные микроорганизмы, что позволит создавать совершенно новые свойства и более эффективно влиять на рост и развитие растений, стабилизируя урожай.

Однако, чтобы достичь максимальной эффективности, необходимо понять, как растение обеспечивает себе наиболее благоприятный состав микрофлоры. Наш соотечественник и основатель института С.П. Костычев писал, что главное — это корневые выделения. Это было около ста лет тому назад, но до сих пор этот признак абсолютно не используется в селекционной работе. Нам удалось создать гнотобиотические системы, которые позволяют определять компоненты корневых экссудатов и в определенной степени понять их роль в формиовании микробно-растительных адаптаций.

Таким образом, вовлечение симбиотических признаков растений в селекционную работу открывает совершенно новые возможности для формирования адаптаций МРС, позволяющих оптимизировать питание растений важнейшими элементами, повысить эффективность использования агрохимикатов, обеспечить защиту от фитопатогенов, других стрессорных факторов, возможность влиять на рост и развитие растений с целью обеспечения устойчивого производства сельскохозяйственной продукции.

Доклад академика РАН Н.А. Зиновьевой. Повышение эффективности животноводства на современном этапе также неразрывно связано с развитием генетических технологий. Направления и задачи исследований, в целом, аналогичны области растениеводства. При этом следует отметить, что эффективность генетических технологий в животноводстве может быть обеспечена при условии их комплексного развития с репродуктивными биотехнологиями.

Основой устойчивости систем сельскохозяйственного производства является поддержание биоразнообразия. Однако современное животноводство ориентировано на использование ограниченного числа высокопродуктивных пород. В результате, численность отечественных ресурсов скота за последние четверть века драматически снизилась, по некоторым породам более чем в 10 раз, что несет риски снижения устойчивости систем сельскохозяйственного производств в будущем.

Для сравнения планом породного районирования 1934 года для разведения на европейской части СССР было определено 19 пород крупного рогатого скота, в том числе 12 отечественных, которые были относительно равномерно распределены по зонам страны.

Сегодня, важнейшей задачей частной генетики и геномики животных должно стать проведение исследований, направленных на оценку современных пород как носителей уникальных форм изменчивости. По сути, необходимо найти ответы на вопросы: сохранились ли в современных отечественных популяциях домашних животных аутентичные компоненты, отличающие их от зарубежных пород, и если да, то определить животных, являющихся и. носителями.

Уже первые проведенные исследования геномов 10 пород показали, что, несмотря на наличие в ряде пород явных следов адмиксии, отечественные генетические ресурсы сохранили свои уникальные геномные компоненты, отличающие их от всех других пород Евразии. Это позволяет рассматривать отечественные породы в качестве резерва уникальных форм изменчивости, необходимого для обеспечения устойчивости агросистем.

Значимыми объектами исследований частной генетики и геномики домашних животных должны стать родственные им дикие виды, поскольку они могут служить дополнительным резервом изменчивости. Как показали исследования домашних и диких северных оленей, каждая из форм является носителем собственного уникального аллелофонда. В дикой форме выявлен ряд локусов, которые являются потенциально значимыми для повышения эффективности систем производства в северном оленеводстве.

Экспериментальное подтверждение повышения биоразнообразия домашних животных за счет диких видов, было получено на овцах. Геномный анализ трех поколений межвидовых гибридов домашних овец с архаром показал сохранение аллелей дикого вида даже при уменьшении кровности до 1/8. Установлена связь генетической изменчивости с нутриентным составом получаемого сырья. Например, показано достоверное изменение жирнокислотного состава жира гибридных овец в сторону повышения доли мононенасыщенных при снижении доли насыщенных жирных кислот.

Вторым направлением развития генетических технологий в животноводстве является маркерная, а, в последнее время, и геномная селекция. Исследование ДНК-маркеров уже более 10 лет являются неотъемлемой составляющей программ разведения племенных животных во всем мире, в том числе и в России. Одним из элементов маркерной селекции является генетический контроль чистопородности, о востребованности которого свидетельствует поступательный рост количества исследований по заказам предприятий.

Маркерные технология находят применение в контроле за распространением наследственных заболеваний, а также идентификации животных с желательными генотипами по ДНК-маркерам хозяйственно-полезных признаков. Потребности предприятий в такого рода исследованиях поступательно увеличиваются. Для понимания силы эффекта ДНК-маркеров на продуктивные показатели, позвольте привести пример, основанный на фактических результатах исследований более 5 тысяч голов свиней. Учет генотипа только одного ДНК- маркера позволяет более чем на 8% повысить интенсивность роста свиней, что в расчете на 1000 товарных свиней позволяет дополнительно получать более 6 тонн мяса в тушах.

Признавая высокую значимость исследований единичных или небольшого числа ДНК- маркеров, следует отметить их ограниченную информативность. Именно с внедрением геномной селекции связывают преодоление так называемого селекционного плато, при котором использующиеся традиционные методы больше не в состоянии обеспечить прогресс в селекции. Потенциальный вклад геномной селекции в повышении степени генетического прогресса оценивается на уровне до 160% в зависимости от вида животных и селектируемого признака.

Разработанные и апробированные в Московской и Ленинградской областях технологии геномной оценки быков-производителей по ряду признаков позволяют прогнозировать увеличение более чем в 3 раза степени генетического прогресса в селекции. Необходимо вовлечение в исследования новых регионов. Это позволит создать национальную систему геномной оценки крупного рогатого скота, что сделает отечественное племенное животноводство конкурентоспособным и независимым от импорта семени быков-производителей.

Геномные технологии рассматриваются сегодня как наиболее эффективный способ получения конкурентоспособного племенного материала свиней. Более 70% в себестоимости мяса свинины приходится на корма, поэтому расход корма на 1 кг прироста во многом определяет экономическую эффективность производства свинины. Точная индивидуальная оценка конверсии корма с использованием кормовых станций в сочетании с полногеномным анализом позволила выявить ДНК-маркеры для этого важнейшего экономически значимого признака, которые будут интегрированы в систему селекционно-племенной работы. Изучается генетические основы кормового поведения свиней как еще одного инструмента селекции на повышение эффективности использования корма.

Дальнейшие перспективы применения геномных методов в животноводстве связывают с развитием технологий эмбриональной селекции, что позволит принимать селекционные решения об отборе следующего поколения потомков уже на уровне эмбрионов. Сегодня в профильных научных коллективах создан необходимый методический задел, позволяющий прогнозировать возможности успешного развития таких технологий для всех основных видов сельскохозяйственных животных.

Новые возможности в селекции животных открывает развитие методов геномного редактирования. За более чем 30-летний период развития технологий классического трансгенеза только 3 системы производства на основе трансгенных животных были доведены до стадии коммерческой реализации продукции. Современные технологии геномного редактирования позволяет быстро вводить или, напротив, элиминировать определенные аллели в популяциях животных. В качестве перспективных рассматриваются четыре направления использования таких технологий в животноводстве.

Созданию методического задела, необходимого для развития генетических технологий в животноводстве, наряду с базовым финансированием государственных заданий научных организаций во многом способствует поддержка исследований научными фондами. Так, например, по итогам междисциплинарного конкурса, проведенного Российским фондом фундаментальных исследований, было поддержано 17 проектов, ориентированных на создание научного задела для развития генетических технологий в селекции животных, растений и микроорганизмов. Исследования направлены на выяснение генетических механизмов формирования фенотипической изменчивости как основы для разработки технологий маркер-ориентированной и геномной селекции, идентификации компонентов систем для эффективного геномного редактирования, изучение вопросов нутригеномикииметагеномики.

Целый ряд проектов, направленных на создание фундаментального задела для развития генетических технологий в животноводстве, реализуется при поддержке Российской научного фонда. Результаты некоторых из них были приведены в ходе моего выступления. В качестве конкретного примера можно привести поддержку исследований в области генетики и геномики доместицированных видов животных, заявленных научными коллективами пяти различных институтов, на базе объекта научной инфраструктуры Федерального научной центра животноводства имени академика Л.К. Эрнста. Среди участников — коллективы исследователей как биологического, так и сельскохозяйственного профиля. Результатом реализации проектов должно стать получение новых знаний в области структурной, эволюционной и функциональной геномики отечественных пород крупного рогатого скота, овец, коз и лошадей как основы повышения эффективности агросистем в животноводстве.

На создание фундаментального задела для развития генетических технологий для различных областей животноводства направлено создание в 2019 году при поддержке Минобрнауки России девяти новых лабораторий.

Таким образом, приведенные в настоящем сообщении данные показывают, что сегодня в стране имеются необходимые предпосылки для развития генетических технологий, направленных на повышение эффективности систем производства продукций животноводства. Для успешной реализации поставленных задач необходимо дальнейшее развитие кадрового потенциала, укрепление научной инфраструктуры, обеспечение условий для реализации междисциплинарного подхода в исследованиях. Координирующую роль в этом процессе, на наш взгляд, должна играть Российская академия наук.

В обсуждении доклада приняли участие:

ак. Л.М. Зеленый, ак. В.Е. Фортов, ак. И.М. Донник, чл.-корр. Н.А. Колчанов — Институт цитологии и генетики СО РАН, ак. П.Г. Георгиев, ак. Л.А. Беспалова, ак. П.Н.Харченко, чл.корр. В.Ю. Макеев, к.б.н. Е.И. Шишанова — ВНИИ ирригационного рыбоводства, ак. Е.Д. Свердлов, Е.В. Журавлева — помощник министра Минобрнауки РФ, ак. Ю.Ф. Лачуга, ак. М.П. Кирпичников.

х х х

На заседании рассмотрен вопрос «О присуждении премии имени И.Г. Петровского 2019 года (представление Экспертной комиссии и бюро Отделения математических наук) академику РАН Виктору Анатольевичу Васильеву за цикл работ «Лакуны гиперболических операторов и ветвление». Выдвинут Математическим институтом им. В.А. Стеклова РАН.

На заседании Экспертной комиссии присутствовали 6 членов Комиссии из 8. В соответствии с результатами тайного голосования единогласно к присуждению премии имени И.Г. Петровского 2019 года рекомендована кандидатура В.А. Васильева.

На заседании бюро Отделения математических наук РАН присутствовали 14 членов Бюро из 24. В соответствии с результатами тайного голосования единогласно в президиум РАН представлен проект постановления о присуждении премии имени И.Г. Петровского 2019 года В.А. Васильеву.

Выдвинутый на соискание премии цикл работ посвящен теории гиперболических операторов и систем, возникшей в трудах И.Г. Петровского, и в дальнейшем развивавшейся многими известными авторами.

Результаты В.А. Васильева находятся на стыке теории дифференциальных уравнений в частных производных, топологии и алгебраической геометрии и вносят фундаментальный вклад в математику. Методы, развитые в представленных работах В.А. Васильева, оказались чрезвычайно эффективны, в частности, для решения восходящей к Архимеду и Ньютону задачи об объемах, отсекаемых плоскостью от пространственного тела.

Необходимо также отметить, что помимо научных исследований В.А. Васильев ведет большую работу, связанную как с международным сотрудничеством, так и с развитием математики в России.

На заседании рассмотрен вопрос «О присуждении золотой медали имени А.А. Полякова 2019 года (представление Экспертной комиссии и бюро Отделения сельскохозяйственных наук) академика РАН Василию Ивановичу Дорожкину за серию работ по созданию эффективных и безопасных лекарственных средств для лечения и профилактики заболеваний животных». Выдвинут Ученым советом Федерального научного центра — Всероссийского научно-исследовательского института экспериментальной ветеринарии имени К.И. Скрябина и Я.Р. Коваленко РАН.

На заседании Экспертной комиссии присутствовали 8 членов Комиссии из 11. В соответствии с результатами тайного голосования единогласно к присуждению золотой медали имени А.А. Полякова 2019 года рекомендована кандидатура В.И. Дорожкина.

На заседании бюро Отделения сельскохозяйственных наук РАН присутствовали 27 членов Бюро из 33. В соответствии с результатами тайного голосования единогласно в президиум РАН представлен проект постановления о присуждении золотой медали имени А.А. Полякова 2019 года В.И. Дорожкину.

Основная научная деятельность доктора биологических наук, профессора, академика РАН Василия Ивановича Дорожкина посвящена решению важной народнохозяйственной проблемы по разработке фундаментальных основ ветеринарно-санитарного благополучия, защиты здоровья животных, обеспечения биологической и химической безопасности продукции животноводства, кормов и окружающей среды. Исследования, проводимые В.И. Дорожкиным, направлены на разработку и внедрение в ветеринарную практику эффективных и безопасных лекарственных средств на основе новых фармакологических групп для лечения и профилактики различных заболеваний животных, средств для снижения интоксикации животных экотоксикантами, методов определения остаточного содержания фармпрепаратов и токсикантов в организме животных, продукции животноводства и в кормах, изучения их влияния на состояние здоровья и продуктивность животных, санитарное качество и безопасность продуктов животноводства.

В.И. Дорожкиным предложены технологии по обеззараживанию кормов, контаминированных патогенной микрофлорой, в том числе вирусом гриппа птиц, инфранизкими частотами и рециркулятор для обеззараживания воздуха животноводческих объектов и перерабатывающих предприятий.

Масштабные исследования под руководством и при непосредственном участии В.И. Дорожкина позволили разработать 72 эффективных и безопасных препарата для лечения и профилактики различных заболеваний животных: желудочно-кишечных, респираторных, акушерско-гинекологических, паразитарных, гипомикроэлементозов, анемии, для повышения резистентности и стимуляции роста животных, антидотов, дезинфектантов и родентицидов, что позволило существенно повысить сохранность и продуктивность сельскохозяйственных животных и товарной̆ рыбы.По материалам исследований опубликовано 265 научных работ, получено 16 патентов на изобретения. На федеральном уровне разработаны и утверждены 45 методических рекомендаций по доклиническому изучению фармакологического действия, токсических свойств и отдаленных генетических последствий препаратов разных групп, 26 правил по проведению ветеринарно-санитарных мероприятий при ликвидации инфекционных заболеваний животных.

На заседании рассмотрен вопрос «Об утверждении описания золотой медали имени Ю.А. Израэля», присуждаемой РАН (представление Отделения наук о Земле)

Докладчик — академик РАН Александр Олегович Глико.

 х х х

 Члены Президиума обсудили и приняли решения по ряду других научно-организационных вопросов.