В Сибири скоро могут появиться морозоустойчивые коровы и курицы. Новосибирские ученые нашли гены, управляющие терморегуляцией в теле, и это может использоваться в медицине и селекции сельскохозяйственных животных.
Отвечающие за устойчивость к морозу и жаре гены и белки объединили в первую единую базу данных. Как объяснили в Институте цитологии и генетики СО РАН, где её и создали, терморегуляция у теплокровных животных, в том числе людей, — одна из базовых функций организма. Благодаря этому механизму поддерживается стабильная температура тела при нестабильной — особенно с нынешними погодными пертурбациями — внешней среде. Это ключевой фактор выживаемости. За терморегуляцию отвечают сразу несколько систем организма — нервная, эндокринная, сердечно-сосудистая, дыхательная и мышечная. Из-за такой сложности процессов понять их «по одному гену» не получится. Задействована сложная сеть из сотен взаимодействующих молекул.
Новосибирские ученые решили систематизировать все известные гены, белки и микроРНК, участвующие в данном процессе — вдруг получится выявить самые важные «центры управления»? В итоге они собрали открытую базу знаний Termo_Reg_Human 1.0. В ней описаны выявленные значимые для терморегуляции человека 469 генов, 473 белка и 265 микроРНК, связи между ними и их эволюционные характеристики. Эти данные действительно позволяют выявлять так называемые «узлы» терморегуляции — молекулярные механизмы, от которых больше всего зависит способность организма адаптироваться к холоду и жаре.
«Терморегуляция относится к так называемым количественным признакам, которые всегда контролируются множеством генов. У сложных признаков никогда нет одного «главного» гена. Мы нашли так называемые гены-хабы — регуляторы, которые контролируют сразу большое количество других генов терморегуляции. Именно с них логично начинать любое воздействие», — объясняет ведущий научный сотрудник ИЦиГ СО РАН, к.б.н. Николай Юдин.
Чтобы найти эти «хабы», управляющие адаптацией к экстремальным температурам, ученые ИЦиГ специально разработали биоинформационную платформу ANDSystem. Ею были проанализированы тысячи источников: научных публикаций, патентов и баз данных. Из них извлекались факты о взаимодействии генов, белков, заболеваний и лекарств. Обнаруженные связи отображаются на экране в составе генной сети, сгенерированной специальным программным модулем.
«Мы не просто систематизировали данные, а провели их функциональный анализ, расставили приоритеты, определили, какие молекулы играют центральную роль. Это критически важно для поиска генов-кандидатов, отвечающих за устойчивость к холоду или жаре», — подчеркивает к.б.н., старший научный сотрудник ИЦиГ СО РАН Елена Игнатьева.
База знаний сразу же дала плоды. Выявлены первые «центры управления» терморегуляцией: четыре гена, пять белков и две микро-РНК, имеющие наибольшее число связей в генной сети. Воздействие на них потенциально дает наибольший эффект для увеличения жаро- или морозостойкости. Ученые уже придумывают перспективные направления применения этих знаний на практике.
Прежде всего это будет полезно в медицине. База знаний поможет оценивать индивидуальную способность человека адаптироваться к экстремальным климатическим условиям. Например, к холоду при работе в Арктике или в регионах с жарким климатом.
Однако если учесть, что у других млекопитающих животных система терморегуляции имеет общие эволюционные корни с человеческой, открываются и перспективы применения итогов этой работы в сельском хозяйстве. Да и вообще база данных о «центрах управления» терморегуляцией может стать универсальным инструментом сразу в нескольких областях: от фундаментальной биологии до прикладной селекции. Можно будет буквально выводить породы, более устойчивых к жаре или холоду, что особенно актуально на фоне изменений климата в целом и для Сибири в частности.
Ранее в «Новой Сибири»:
Новосибирские ученые нашли признаки древней челюстно-лицевой хирургии у 2500-летней женщины
