В начале 2020 года в Университете ИТМО появилась новая структура — научно-образовательный центр геномного разнообразия. Ее научным руководителем стал знаменитый американский генетик Стив О’Брайэн, который вот уже почти десять лет работает вместе с российскими учеными. В частности, он стоял у истоков проекта «Российские геномы», нацеленного на изучение генетического разнообразия среди россиян.

«Научно-образовательный центр геномного разнообразия входит в структуру международного научного центра компьютерных технологий Университета ИТМО, — рассказывает глава МНЦ Компьютерных технологий Владимир Ульянцев. — Создание центра позволит нам расширить наши компетенции по биоинформатике, а также позволит сохранить в Санкт-Петербурге уже сформировавшуюся вокруг Стива О’Брайэна группу после того, как Стив покинул Санкт-Петербургский государственный университет».

Консервационная генетика

Уже сейчас команда центра насчитывает семь человек, до конца года она должна будет увеличиться до десяти-пятнадцати ученых. Новая структура, как предполагается, активно вольется в общемировую работу по созданию глобальной базы геномов различных животных.

«Есть множество животных, чьи геномы только предстоит собрать, — поясняет руководитель Научно-образовательного центра геномного разнообразия Алексей Сергушичев. — Знание их генома, понимание их популяционной истории может нам что-то дать и для понимания генетики человека. За последние годы было создано несколько международных проектов, таких как «Genome 10K», а также проект по сборке геномов позвоночных животных, вокруг которых создаются консорциумы ученых со всего мира, имеющих цель собрать тысячи геномов разных животных и свести их в удобную базу для изучения и сравнения. Мы планируем стать частью этого движения. В нашем центре обсуждается вопрос сборки геномов газелей, ориксов, балтийской нерпы, не исключены работы по геному снежного барса».     

«У нас много планов, мы вовлекаемся в целый ряд многообещающих, сложных проектов, которые, тем не менее, нам под силу благодаря ученым, собравшимся здесь, в Санкт-Петербурге, — добавляет Стивен О’Брайэн. — Эти проекты связаны со сравнительной генетикой. Мы будем заниматься анализом генома многих не совсем обычных животных — некоторых представителей семейства кошачьих, некоторых парнокопытных, включая, к примеру, антилоп, газелей, оленевых. Мы активно взаимодействуем с коллегами с Дальнего Востока в работе над геномом тигра, который находится в тех местах под угрозой, амурского леопарда, байкальской нерпы».

Важным направлением работы должна стать консервационная генетика — изучение геномов животных, которые находятся под угрозой или же уже на грани полного вымирания. Это позволит сохранить генетический материал данных видов, а также понять генетические механизмы вымирания, что может помочь в защите животных в условиях глобального потепления и сокращения естественных ареалов обитания.

«Изучая геномы видов, находящихся под угрозой, можно понять, как именно они вымирают, каков механизм этого процесса. В какой момент происходит перелом, когда положение популяции настолько осложняется, что сокращение численности становится сложно остановить, ведь, помимо всего прочего, малочисленность популяции приводит к близкородственным скрещиваниям, накоплению мутаций и снижению жизнеспособности потомства. Одна из задач для исследователей — понять, есть ли методы восстановления популяции», — отмечает Алексей Сергушичев.

Также Стивен О’Брайэн обсуждает с руководством Университета ИТМО возможность того, что в ближайшие годы в Петербурге может пройти его традиционная летняя школа по консервационной генетике. Эта школа была основана им в США в 1996 году и с тех пор проводится ежегодно в разных странах мира, три года назад она прошла в Венгрии, в России она еще ни разу не проводилась.

Биоинформатика и медицина

Исследования, которые будут вестись в центре, затронут не только животных. Также ученые будут работать на стыке медицины и биоинформатики, пытаясь понять, какие генетические особенности могут предопределять развитие болезней у человека.

«Поле исследования биоинформатики и медицины очень широкое и очень многообещающее. Мы работаем над тем, чтобы применить информацию о человеческом геноме к изучению рака, — поясняет О’Брайэн. — Мы хотим определить, какие конкретно мутации связаны с конкретными формами рака, а также почему у некоторых рак развивается, а у некоторых — нет».

Иногда исследования, которые изначально касаются животных, могут помочь и в понимании того, как возникают те или иные нарушения в работе человеческого организма. К примеру, большой интерес представляет генетическое изучение эксперимента советского генетика Дмитрия Беляева, который в 1960-х начал приручать лис, чтобы понять механизм одомашнивания животных. По словам Стивена О’Брайэна, изучение того, какие гены влияют на одомашнивание животных, может быть важно для психиатрии. Вполне возможно, что эти же гены отвечают за более социальное поведение людей.

Инфраструктура

Новые задачи потребуют расширения инфраструктурной базы Университета ИТМО. Уже в настоящий момент закуплены дополнительные серверные мощности для хранения геномных данных, также планируется расширять вычислительную базу университета.

«В результате работы центра мы будем получать существенно больше данных, нежели сейчас, ведь каждый геном — это десятки гигабайт, — поясняет Сергушичев. — Мы уже закупили серверное хранилище, возможно, будем закупать еще. За счет проектов центра мы надеемся расширить и наладить нашу вычислительную инфраструктуру, что поможет в работе как по геномам животных, так и по геномике человека».

Кроме того, центр должен стать одной из главных институций по биоинформатике в России. Как планируют его создатели, здесь может возникнуть точка притяжения для всех биоинформатических и геномных исследований России.

«В рамках центра компьютерных технологий у нас сформировалось одно из крупнейших в России подразделений биоинформатиков, — говорит Владимир Ульянцев. — Мы не претендуем на то, что мы выращиваем животных, изучаем сложные микробы, которые выживают в агрессивных средах. Тем не менее, с точки зрения вычислительной части мы занимаем одно из лидирующих мест в стране. Появление НОЦ геномного разнообразия дополнит наши компетенции еще одной веткой исследований. Сейчас в России есть отдельные лаборатории, которые занимаются изучением геномов отдельных видов, мне кажется, что, если мы наладим взаимодействие с этими структурами, то мы можем выстроить сеть коллабораций по всей России, куда будут стекаться самые разнообразные проекты».