Как гипоксия помогает пациентам с аутизмом и зачем мышей и рептилий отправляют в космос
Почти 30 лет назад в составе Национальной академии наук Казахстана появился Институт общей генетики и цитологии. В 2020 году его объединили с другим научным учреждением – Институтом физиологии человека и животных. Таким образом, в настоящее время в Институте генетики и физиологии работают 11 лабораторий, каждая из которых ведёт исследования по специализированным направлениям. Учёные занимаются разработкой инновационных методов адаптации организма к экстремальным условиям, изучают влияние экологии на здоровье человека и исследуют генетическое наследие страны. От экологической физиологии и молекулярной генетики до генетического мониторинга – каждая лаборатория вносит свой вклад в понимание биологических и экологических процессов.
У корреспондентов Informburo.kz появилась возможность заглянуть в одно из интереснейших научных учреждений Казахстана и познакомиться с актуальными прикладными исследованиями.
Высокогорные тренировки в лабораторной камере
В лаборатории Института генетики и физиологии создают уникальные условия для тренировок, имитируя разрежённый воздух высокогорья на высотах от 2500 до 5000 метров. Это помогает как спортсменам, так и детям с различными заболеваниями адаптироваться к дефициту кислорода и улучшить физическое состояние. За тренировками следит научный сотрудник Ерлан Макашев, регулируя уровень кислорода и других газов в камере.
"К нам чаще всего приходят дети с аутизмом. Мы работаем по направлениям врачей, уточняя, на какой высоте и с какой методикой лучше проводить занятия. В камере уровень кислорода составляет всего 15–25%. Для сравнения: на равнине содержание кислорода – 21%", – рассказал учёный.
Работу с маленькими пациентами институт начал сравнительно недавно – в 2022 году. Раньше, с 2018 года учёные занимались подготовкой спортсменов. По данным лаборатории, регулярные гипоксические тренировки в течение 21 дня позволяют увеличить выносливость и физические показатели спортсменов на 40%.
Метод помогает детям с разными заболеваниями лучше усваивать кислород, что улучшает работу мозга, концентрацию и поведение. В настоящее время лаборатория – одна из немногих в Казахстане, предлагающих подобные услуги.
О влиянии радиации на организм
Помимо гипоксической терапии учёные активно занимаются радиобиологическими исследованиями. Лаборатория генетического мониторинга изучает влияние радиации на живые организмы. Учёные исследуют, как даже малые дозы радиации могут вызывать генетические нарушения у людей и животных. Особое внимание уделяется последствиям техногенных аварий и их воздействию на окружающую среду.
Одним из таких исследований стал проект по изучению последствий аварии ракеты-носителя "Днепр", произошедшей в 2006 году в Кызылординской области. Специалисты исследовали диких животных, таких как рептилии и грызуны, чтобы выявить генетические нарушения, вызванные радиацией.
Заведующая лабораторией Оксана Чередниченко рассказала, как проводят мониторинг:
"Мы наблюдаем генетические изменения у диких животных, такие как изменение окраски, несимметричность тела, появление дополнительных структур, например, у головастиков. Но внешние проявления таких мутаций встречаются редко, и животные, как правило, продолжают нормально функционировать благодаря своему адаптационному резерву. Основная опасность – это когда радионуклиды попадают в организм через пищевую цепочку и начинают облучать изнутри".
Космическая мышь
В этом году отметит своё 50-летие лаборатория физиологии лимфатической системы. В центре её научных интересов исследования лимфатической системы, которая играет ключевую роль в обезвреживании токсинов, защите организма и поддержании его внутренней среды.
Учёные, работающие в старейшем подразделении института, активно занимаются и космическими исследованиями. В рамках проекта Бион-М1 они отправили в космос крыс, мышей и рептилий для изучения влияния невесомости на организм. Заведующий лабораторией Георгий Демченко рассказал о подготовке к следующему запуску, во время которого будет изучаться влияние космоса на лимфатическую систему животных.
"Весной планируем принять участие в запуске Бион-М2, для которого уже подготовили свою программу. Эти биоспутники позволяют изучать изменения в организме на клеточном и молекулярном уровнях, особенно в лимфатической системе, которую сложно исследовать у людей", – отметил Георгий Анатольевич.
Недавно здесь проводили эксперименты в гипоксической камере для животных. Исследования показали, что такие тренировки улучшают работу лимфатической системы и укрепляют иммунитет.
Определить породу по клочку шерсти
Институт генетики и физиологии первым в Казахстане изучил эдильбаевскую породу овец и архаромеринос в 2013–2014 годах. Специалисты лаборатории генетики и цитогенетики животных разработали панели микросателлитов, которые позволяют определять чистопородность овец по запросам животноводов. С этой же целью разрабатывают методы неинвазивного определения породы с помощью анализа шерсти под микроскопом.
"Мы изучаем генетическое разнообразие местных пород с помощью современных технологий, таких как генетические маркеры и ДНК-анализ. Это помогает понять генетику животных и найти полезные гены для повышения их продуктивности и устойчивости. Мы также исследуем хромосомы животных и воздействие мутагенов, чтобы предотвращать болезни и обнаруживать аномалии", – рассказали учёные.
Аппарат обрабатывает до 24 образцов одновременно. И результаты, например, о родстве жеребёнка, животновод может узнать уже через пару дней.
Металлы в почве – не проблема
Лаборатория генетики и репродукции лесных культур занимается сохранением и изучением редких и ценных растений. Коллекция насчитывает около 100 видов, включая берёзы, яблони, грецкий орех и фундук. Особое внимание уделяется краснокнижным и лекарственным видам, а также растениям-фитомедиаторам, которые помогают очищать почву от тяжёлых металлов.
В лаборатории не только изучают, но и активно размножают растения. После прохождения всех этапов адаптации их высаживают в открытый грунт. Заведующая лабораторией генетики и репродукции лесных культур Ельвира Шаденова рассказала о работе адаптационной лаборатории:
"В лаборатории создаются идеальные условия для роста растений: поддерживаются температура, влажность и световой режим с использованием LED-освещения и специальных фитоламп. Здесь исследуются растения-фитомедиаторы, способные поглощать тяжёлые металлы и очищать почву. Мы размножаем лекарственные и эндемичные виды, многие из которых встречаются только в Казахстане".
Ответы из глубины родословной
На вопрос о едином предке казахов можно получить ответ в лаборатории популяционной генетики, где изучаются в том числе древние ДНК. Современные методы генетики позволяют исследовать не только геномы современных жителей, но и древние образцы, полученные во время археологических раскопок.
По словам руководителя Центра палеогенетики и этногеномики Лейлы Жансугуровой, результаты исследований указывают на то, что территория Казахстана была местом пересечения и смешения множества культур и этносов.
"Казахстан находится в центре Евразии, и это отражалось в наших древних геномах: у нас было пополам европейского и азиатского компонентов. Сейчас мы отличаемся определёнными смесями, и нас уже нельзя назвать такими же азиатами, как азиатов Юго-Восточной Азии. Мы не можем выделить единого прародителя, ведь история казахского народа – это история объединения различных этнических племён, каждое из которых вносило свои уникальные примеси", – рассказала Лейла Жансугурова.
Учёные исследуют не только этническое и культурное наследие древних предков казахов, но и их заболевания и физические данные. Разработаны методики для выявления генетических маркеров, связанных с предрасположенностью к определённым болезням и спортивным качествам.
Привет соседу с дрелью
Другая лаборатория под руководством Шолпан Бахтияровой изучает, как экологические факторы влияют на здоровье людей и животных в Казахстане. Одним из последних исследований было изучение влияния производственных шумов на общий уровень здоровья сотрудников промышленных предприятий.
"В производственных условиях мы наблюдали за сотрудниками горнодобывающего предприятия в области Абай, где постоянно высокий уровень шума. Шум и вибрация ослабляют иммунитет и негативно сказываются на когнитивных функциях. Мы рекомендовали установить шумоизоляцию и перед началом работы прослушивать мелодичную музыку для расслабления и снижения стресса", – подытожила Шолпан Бахтиярова.
Ещё одно направление исследований включает создание экспериментальных моделей заболеваний, таких как диабет и желудочно-кишечные расстройства, а также разработку биологически активных веществ с оценкой их влияния на когнитивные функции и иммунитет.