В 2020 году сотрудники лаборатории продолжили реализацию совместного c Японией проекта по изучению микробного разнообразия в одной из самых горячих и экстремальных зон нашей планеты – зоне АЭС Фукусима-1. В рамках проекта японские партнеры провели отбор проб на территории атомной электростанции, включая зону самого реактора с крайне высокими дозами радиоактивного излучения. В ходе анализа было экспериментально подтверждено предположение о наличии микробной флоры внутри реактора. С помощью современных методов высокопроизводительного генетического анализа был определен метатаксономический состав в разных точках АЭС Фукусима, а также ряда других зон Японии с повышенным радиационным фоном. Была проведена оценка метаболических путей микробного сообщества.
Данный проект является первым системным проектом по изучению развития микроорганизмов в зоне АЭС «Фукусима дайичи» в целом и после аварии в 2011 году в частности. В ходе анализа полученных данных, коллективы исполнителей двух стран тесно взаимодействуют друг с другом. Был проведен совместный семинар (https://kpfu.ru/prioritetnye-napravleniya/laboratorii/sae-39translyacionnaya-7p-medicina39/nil-39ekstremalnaya-biologiya39/informaciya-v-smi/mezhdunarodnaya-konferenciya-39russian-japanese.html), где участники смогли обсудить результаты и наметить планы на будущее. Со стороны Японии руководителем коллектива является профессор Акио Канаи (Университет Кейо, Япония). В проекте участвуют также представители Рикен (Япония) и Атомного Агентства Японии.
Постпандемическая позитивная акция “Секвенируем бесплатно и создаем базу знаний про уникальных животных РФ” от лаборатории КФУ-РИКЕН “Экстремальная Биология”.
Как многие знают, наша лаборатория ведет исследования организмов с необычными способностями (эукариот-экстремофилов). Мы решили запустить небольшой конкурсный пилотный проект где-то на стыке citizen science и создания базы генетической информации.
Мы поможем приоткрыть дверь в “область генетики” для интересующего вас вида животных: отсеквенировать транскриптом (до 6 образцов — по сути дела полноценный научный проект) на платформе Illumina, провести первичную биоинформатическую обработку и предоставить вам все результаты и исходные файлы. Все траты берем на себя.
Условия:
Организм должен обладать необычными способностями к выживанию в неблагоприятных условиях. Т.е. быть в каком-то смысле экстремофилом, либо уметь очень хорошо приспосабливаться к стрессам окружающей среды.
У вас должен быть доступ к этим существам, так как нам потребуется биологический материал. Кроме того, мы возьмем с вас честное пионерское слово, что в будущем вы будете открытыми для научной коллаборации по данном организму.
Что нужно будет от вас:
Одна страница (или даже меньше) мотивационного письма о том почему вы считаете, что данный организм следует изучать и что в нем особенного.e-mail для предложений: extreme.biology.lab@gmail.com
Мы не ставим никаких ограничений и будем рады рассмотреть предложения как от научных коллективов, так и от всех интересующихся экологией и биологией, включая учителей школ и их учеников.
На данном этапе мы ориентируемся на анализ до пяти видов животных и будем принимать эссе-заявки до 15 июля этого года, чтобы после этого как можно быстрее подвести итоги и приступить к работе.
Программа исследований, первый этап которой рассчитан на три года, направлена на развитие клеточных технологий для решения вопросов сохранения биоразнообразия птиц, включая сельскохозяйственные виды и усовершенствование технологий долгосрочного хранения живых клеток.
Недавние достижения в области биологии стволовых клеток обещают революционизировать сохранение животных и вселяют надежду, что исчезающие генетические ресурсы могут быть сохранены. Идентификация подходящих условий культивирования и регуляторов плюрипотентности, которые могут поддерживать клетки в аналогичном состоянии с задержкой развития, лежит в основе исследования стволовых клеток. Для находящихся под угрозой исчезновения генетических ресурсов не представляется возможным получение эмбриональных стволовых клеток (ESCs) или первичных половых клеток. Индуцированная плюрипотентность с использованием взрослых соматических клеток становится единственно возможным вариантом. Хотя исследования по клеточному перепрограммированию птиц значительно отстают от исследований на млекопитающих, была показана возможность генерации iPSC птиц. Основные усилия в области изучения птиц — повысить эффективность генерации iPSC путем выявления специфических для птиц факторов перепрограммирования.
Совместный проект основывается на длительной коллаборации КФУ и японских институтов, одним из результатов которого стало создание атласа экспрессии регуляторных элементов генома в развитии эмбрионов птиц. Полученный задел позволяет применить сходные геномные технологии для работы с редкими видами птиц. Работа коллективов взаимодополняющая – японские коллеги разрабатывают видоспецифичные методы перепрограммирования клеток, коллектив из Тайланда займется получением клеток редких видов птиц, а коллектив КФУ анализом активности генома в процессе перепрограммирования клеток, а также изучением генетической регуляции эмбриональной спячки у эмбрионов.
Он выступал с постерным докладом на тему «Prediction of conservative promoters and enhancers in embryogenesis» (Прогнозирование консервативных промоторов и энхансеров в эмбриогенезе). В работе представлены часть данных по исследованию некодирующей РНК в рамках международного проекта FANTOM5.
С 25 по 28 сентября в городе Страсбурге во Франции проходит 33-я Международная конференция посвященная изучению геномов млекопитающих (33rd International Mammalian Genome Conference: IMGC 2019). Младший научный сотрудник НИЛ «Экстремальная биология» Гузель Газизова на конференции представила доклад на тему «Regulation of hibernation: promoter expression landscape in skeletal muscle of edible dormouse (Регуляция спячки: ландшафт экспрессии промоторов в скелетных мышцах сони-полчка Glis glis)».
Оргкомитет конференции предоставил Гузель трэвелгрант для выступления с результатами своих исследований.
В четверг (25.04.2023) в 14.00 в каб.221 на улице Парижской коммуны дом 9 лаборатория «Экстремальной биологии» проводит открытый семинар » Особенности адаптационной пластичности холодноводных морских губок: роль протеасом и шаперонов». Докладчик — Финошин Александр, аспирант Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН. С марта 2019 Александр совместно с сотрудниками лаборатории проводит свои исследования с применением омиксных технологий в рамках выполнения проекта РФФИ (№ 19-34-50002 мол_нр, руководитель — Шагимарданова Е.И.).
26 марта 2019 года в г.Москве в Институте молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук (ИМБ РАН) прошла защита диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук сотрудницы лаборатории Козловой Ольги Сергеевны. Тема диссертации: «Полногеномный анализ системы белков теплового шока у экстремофильных комаров-звонцов семейства Chironomidae» по специальности 03.01.03 — “Молекулярная биология”.
Научный руководитель: к.б.н. О.А.Гусев; Научный консультант: д.б.н. З.И.Абрамова; Официальные оппоненты: д.б.н. Д.Г.Гарбуз; д.б.н. А.М.Куликов; Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт цитологии Российской академии наук.
Сердечно поздравляем Ольгу с защитой и желаем дальнейших успехов в науки и жизни!
В новом выпуске журнала Scientific Reports (Nature Publishing Group) японские ученые совместно с руководителем лаборатории «Экстремальная биология» ИФМиБ КФУ Олегом Гусевым и Владимиром Сычевым (Институт медико-биологических проблем РАН) опубликовали статью, где описали изменения, вызванные космическим полетом в организме рыб (японских оризий).
Как известно, полет в космос несет ряд опасностей для организма человека. Из-за длительной невесомости у космонавтов ухудшается состояние костей и мышц. В настоящее время потеря костной массы у астронавтов является одной из острейших проблем со здоровьем, наблюдающихся в условиях космического полета продолжительностью нескольких месяцев. Такое состояние сходно с широко распространенным старческим остеопорозом, именно поэтому врачи разрабатывают методы поддержки здоровья космонавтов в полете и послеполетного восстановления.
Важно, что понимание возможной роли микрогравитации в потере костной массы представляет интерес для понимания эффектов механического стресса на изменение состояния костной ткани, равно как и потенциальное клиническое значение.
«Рыбы — это один из немногих объектов, дающий возможность вычленить непосредственное влияние космического полёта на организм, — подчеркивает Олег Гусев. — Водная среда стабилизирует перегрузки и компенсирует эффект микрогравитации. То, что мы видим в результатах работы — это как раз вычлененный эффект дополнительных факторов полёта — может быть, космической радиации или тонких механизмов чувствительности организма к гравитации. Кроме того, с практической точки зрения медаки (или оризии) быстро растут и развиваются — это один из всего двух видов рыб, ставших модельными организмами. Второй вид — Danio rerio, он тоже использовался в проекте. Геном медаки расшифрован. Именно это определяет выбор».
Так, в 2012 году космический корабль Союз ТМА-06М доставил на борт Международной космической станции несколько японских оризий (Oryzias latipes), известных также под названиями медака и японская рисовая рыба. В природе эти рыбы действительно часто встречаются на затопленных рисовых полях. Надо сказать, что это был не первый полет оризий в космос — в 1994 году они уже провели 15 дней на корабле «Колумбия», успешно проведя нерест на орбите. Теперь же оризиям предстояло находиться на МКС несколько лет.
Как оказалось, эффекты микрогравитации сказываются на рыбах значительно быстрее, чем на людях. Почти сразу после попадания на околоземную орбиту у них начинается снижение плотности костной ткани.
Так, в научной работе был предложен порядок событий и набор генов, отвечающих за развитие у рыб медака состояния острого остеопороза в условиях орбитальной микрогравитации.
Чтобы выяснить, как организм оризии реагирует на изменения, ученые генетически модифицировали рыб, введя гены двух белков, флуоресцирующих в ответ на облучения светом с разной длиной волны. Один белок давал зеленую флуоресценцию, а другой — красную. Эти белки у рыб вырабатывались в двух типах клеток костной ткани: остеокластах, которые разрушают старую костную ткань, и остеобластах, создающих новую. В космосе почти сразу же количество обоих типов клеток заметно увеличилось по сравнению с контрольной группой рыб, находившихся на Земле.
Рис: www.jax.org
Более того, ранние исследования показали, что изменение активности остеокластов – клеток, разрушающих костную ткань, и остеобластов – остеобразующих клеток, начинается сразу после запуска на орбиту. В подтверждение тому, эксперименты in vitro в условиях краткосрочных параболических полетов, показывали изменения в экспрессии (активности) генов и цитоскелета человеческих хрящевых клеток (хондроцитов).
Рис: www.jax.org
В условиях микрогравитации происходит ряд изменений в состоянии тела, такие как перераспределение жидкости, повышение кровяного давления и состояние головокружения. Плотность минерализации костной массы в условиях гравитации понижается, но не ясно каким образом остеокласты или остеобласты реагируют ранее на условия орбиты.
Рис: http://www.medicalj.ru
Учеными высказана идея ап-регуляции (повышения регуляции) генов osterix, osteocalcin, TRAP и MMP9 в условиях микрогравитации: поскольку кости – это самые плотные образования в теле, клетки остеобласты и остаокласты наиболее чувствительны к разрушению в ответ на изменение гравитации.
Специфические гены костной ткани osterix, osteocalcin могут обладать способностью отвечать на изменение гравитации, поскольку их активность одновременно повышалась в условиях космического эксперимента.
Транскриптомный анализ глоточных костей у группы рыб медака, которые были в экспериментальной группе на орбитальной станции, показал выраженное повышение регуляции 2-х генов остеобластов и 3-х генов остеокластов. Более детальный аназиз состояние генов рыб, в течение первых 6-ти дней на орбите показал повышение активности в генах c-fos, jun-B-like, pai-1, ddit4 и tsc22d3.
Ранее другими исследователями было показано, что глюкокортикоидные гормоны повышают активность транскрипционного фактора AP1, который регулирует глюкокортикоидный рецептор (ГКР), связываясь с хроматином. ГКР, возможно, вовлечены и в изменение активности остеокластов, где AP-1 контролирует связывание ГКР. Также известно, что стресс повышает кровяное давление, что ведет к продукции в клетках сосудов оксида азота (NO), который и понижает давление.
Свежие исследования показали, что ГКР и NO действуют однонаправленно, в частности через изменение активности, в числе прочих, генов tsc22d3, ddit4, реагирующие на микрогравитацию в орбитальном полете.
Таким образом, предложено участие NO – ГКР сигнального пути через «микрогравитационный» стресс.
В капсулу были заложены засушенные личинки хирономиды – обитающего в Африке комара-звонца, способного “ожить” через 100 лет благодаря уникальной способности организма к ангидробиозу
Юнит Казанского федерального университета и ведущего научно-исследовательского института Японии RIKEN принял активное участие в мероприятии, посвященном 100-летию японского института. Главной инициативой события стала закладка так называемых капсул времени с посланиями будущим поколениям. Предложения по наполнению капсул вносили все инновационные центры RIKEN.
“Наш инновационный центр, в котором располагается юнит КФУ-РИКЕН, решил, что один из самых интересных объектов – это личинки нашей хирономиды (обитающий в Африке комар-звонец, обладающий уникальной способностью восстанавливать жизнедеятельность после полного высыхания организма). Они, хирономиды, оживут через 100 лет без особых проблем, – рассказал руководитель лаборатории КФУ-РИКЕН (НИЛ Экстремальная биология ИФМиБ КФУ) Олег Гусев. – Мы положили в “time capsule” 200 сухих личинок хирономид и письмо в будущее от нашего юнита – о том, как это невероятно – изучать непознанное в рамках российско-японской коллаборации, предсказывая, что в будущем человечество перейдет на экономичные способы хранения живых биоматериалов. На церемонии закладки руководство RIKEN отметило, что среди посланий в будущее наиболее экзотичным и интересным является комар от российско-японской команды, который, в отличии от нас, сможет увидеть RIKEN и мир через 100 лет’.
Для справки.
Совместная лаборатория КФУ-RIKEN (НИЛ Экстремальной биологии ИФМиБ КФУ) занимается изучением обитающего в Нигерии комара-звонца Polypedilum vanderplanki – одного из сложно устроенных представителей животного мира, способных выживать при отсутствии воды в его организме.
Изучение этого насекомого может дать человечеству возможность безводного хранения восстанавливаемой еды, биоматериалов, биообъектов, семян растений – всего того, что космонавты могут использовать во время полета, в том числе, в экспериментальных целях и, самое главное, – без невероятного количества электроэнергетических затрат, что в условиях космического полета – бесценно.
Помимо способности к ангидробиозу (жизни без воды), в лаборатории изучают и млекопитающих, способных к погружению в глубокий сон – спячку, используя интереснейшую группу грызунов – сонь. Потому что атрофия скелетных мышц, в условиях длительной иммобилизации и микрогравитации у большинства млекопитающих, в частности у человека, остается актуальной проблемой в медицине, физиологии и космической биологии.
Так же лаборатория совместно со специалистами Республиканского клинического онкологического диспансера (РКОД) проводит исследования на тему «Этноспецифические особенности генов–онкомаркеров населения Республики Татарстан».
Проект лаборатории по разработке технологии сохранения сельскохозяйственной продукции на основе феномена ангидробиоза, реализуемый совместно с Институтом агробиологических наук, NARO, Цукуба, Япония, получил поддержку РНФ совместно с Министерством сельского, лесного и рыбного хозяйства Японии.
Известно, что в настоящее время КФУ сотрудничает с 11 научно-образовательными организациями Японии. Стратегическим же партнером вуза, начиная с 2008 года, является Исследовательский институт RIKEN, занимающийся исследованиями широкого диапазона: физика, химия, биология, медицинские исследования, инженерия и компьютерная техника. Впервые КФУ и RIKEN начали совместную работу в 2002 году, когда профессор КФУ Дмитрий Таюрский (в настоящее время куратор сотрудничества КФУ-Японии) впервые посетил только что созданный Центр нанотехнологий RIKEN и лабораторию физики низких температур профессора Коно, с которым имел давние научные контакты и на семинарах которого в Токийском университете не раз выступал.
В дальнейшем, при содействии и поддержке ректора КФУ Ильшата Гафурова, контакты перешли на постоянную основу. В октябре 2010 года было подписано Соглашение о научном сотрудничестве между Институтом физики КФУ и Институтом передовых наук (Advance Science Institute), входящим в состав РИКЕН, а также соглашение об организации в Институте физики КФУ совместной лаборатории.
В 2014 году КФУ и RIKEN начали совместно развивать исследования в области химических наук, благодаря открытию лаборатории биофункциональной химии, где проводятся работы по разработке инновационных гликоконъюгатов, избирательно распознающих опухоли.
В настоящее время масштабная исследовательская работа совместно с RIKEN ведется и в области биомедицины, генной инженерии. Создана совместная лаборатория КФУ — RIKEN «Функциональная геномика», основной фокус которой – трансляционные биомедицинские исследования с привлечением высокопроизводительного секвенирования в области онкогенетики и фармакогенетики для поиска новых перспективных диагностических решений по оптимизации терапии. Кроме того, с октября 2015 года на базе RIKEN запущена совместная российско-японская разработка систем репетиций хирургических операций на основе реконструкции особенностей пациентов по данным МРТ. Это стало возможным благодаря подписанному Меморандуму о взаимопонимании между КФУ, RIKEN и Университетом Джунтендо, а также Меморандуму о намерениях сотрудничества между Казанским федеральным университетом, RIKEN и Республиканским клиническим онкологическим диспансером (2014 г.).
В мае 2016 года в ходе визита представителей КФУ в RIKEN было подписано Соглашение о стратегическом партнерстве. Фактически, в настоящее время в области биомедицины при активном участии RIKEN в КФУ функционирует международный центр, который входит в структуру приоритетного направления развития КФУ “Биомедицина”, реализуемого под руководством директора ИФМиБ Андрея Киясова.
О многих совместных проектах было рассказано в разделе японского правительственного сборника «We Are Tomodachi», посвященного сотрудничеству Японии и России и опубликованного в преддверии визита в страну в декабре 2016 года Президента РФ Владимира Путина. Перечень совместных проектов Института фундаментальной медицины и биологии КФУ и ведущего научно-исследовательского института Японии RIKEN был представлен Правительством Японии как пример успешного межгосударственного сотрудничества в научной сфере.
