Е.К. Хлесткина, д-р биол. наук, профессор РАН, директор Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова (ВИР)
Сохранение и изучение биологических ресурсов – основа экологической безопасности. Более того, без развития и эффективного использования биоресурсов были бы невозможны обеспечение технологической независимости и формирование новых рынков по таким направлениям, как биоэкономика, сбережение здоровья граждан, продовольственная безопасность, критичных для достижения национальной цели «Технологическое лидерство», поставленной Указом Президента Российской Федерации от 7 мая 2024 г. №309 «О национальных целях развития Российской Федерации на период до 2030 года и на перспективу до 2036 года».
Особую роль в сохранении и развитии биологических ресурсов биологические играют (биоресурсные) коллекции – целенаправленно созданные научно систематизированные фонды паспортизированных биологических образцов естественного и (или) искусственного происхождения, обладающих общим набором специфических характеристик, сохраняемых в контролируемых условиях с соблюдением генетической чистоты, целостности и подлинности (аутентичности) материалов и используемых для научной, научно-технической и (или) образовательной деятельности.
О критически значимой роли биологических коллекций в наше время свидетельствует ряд правовых документов высокого уровня, касающихся биологических ресурсов, биоресурсных центров и коллекций, изданных за последние три года. Среди них Федеральный закон от 30.11.2024 №428-ФЗ «О биоресурсных центрах и биологических (биоресурсных) коллекциях и о внесении изменений в статью 29 Федерального закона «О животном мире»», указы Президента Российской Федерации №44 «О Национальном центре генетических ресурсов растений» и №45 «О Межведомственной комиссии по вопросам формирования, сохранения и использования коллекций генетических ресурсов растений» от 8 февраля 2022 года, №672 «О Национальном центре генетических ресурсов автохтонных сортов винограда» от 8 августа 2024 года, №195 «О Национальном центре генетических ресурсов сельскохозяйственных животных» от 19 марта 2024 года, №913 «О Национальном центре генетических ресурсов микроорганизмов» от 25 октября 2024 года.
В Санкт-Петербурге сосредоточены учреждения, сохраняющие самые значимые биологические коллекции страны
ВИР. Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова» (ВИР), отметивший в 2024 году свое 130-летие, уже более века является держателем двух уникальных биологических коллекций. Во-первых, это коллекция мировых генетических ресурсов культурных растений и их диких родичей («Коллекция ВИР») – одна из крупнейших в мире и при этом наиболее значимая по ботаническому, генетическому, географическому и экологическому разнообразию входящих в нее образцов. Во-вторых, институт – держатель имеющей статус специализированного гербария мирового значения коллекции «Гербарий ВИР» (подобных крупных гербариев, специализирующихся на возделываемых растениях, в мире всего три, один из них в ВИР). Коллекции ВИР – национальное достояние, которым наша страна обладает благодаря нашему гениальному соотечественнику – академику Н.И. Вавилову, который первым в мире и своевременно организовал сборы ценнейшего генофонда. Сейчас собранный им материал доступен уже только в коллекции ВИР. Повторить или восстановить эти сборы уже невозможно. На базе ВИР Указом Президента Российской Федерации №44 от 8 февраля 2022 года «О Национальном центре генетических ресурсов растений» создан первый в стране Национальный биоресурсный центр [1]
БИН РАН. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ботанический институт им. В.Л. Комарова Российской академии наук (БИН РАН), одно из старейших научных учреждений России, основанное более 310 лет назад Петром I, обладает огромными научными коллекциями, которые входят в число пяти крупнейших биологических коллекций в мире и сформированы в первую очередь в результате собственных экспедиционных работ, а также получены в порядке научного обмена. К ним относятся гербарий высших и низших растений и грибов, коллекции живых растений Ботанического сада (открытый и закрытый грунт), коллекции культур грибов, различные коллекции Ботанического музея, палеоботаническая коллекция. Уникальность гербария БИН РАН определяется тем, что он содержит более 40% всего гербарного фонда России [2].
ЗИН РАН. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Зоологический институт Российской академии наук (ЗИН РАН) – также одно из старейших научных учреждений России, ведущее свое начало от зоологических коллекций Кунсткамеры, возникшей по инициативе Петра I в 1714 году. Является держателем одной из крупнейших зоологических коллекций в мире, которая насчитывает более 60 млн единиц хранения, около 260 тыс. видов животных, что составляет приблизительно 1/4 известной мировой фауны [3].
ИНСТИТУТ ЦИТОЛОГИИ РАН. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт цитологии Российской академии наук является держателем российской коллекция клеточных культур, созданной в 1978 году. Основные ее задачи – сбор клеточных линий, включая получение новых культур на базе коллекции для сохранения и расширения генофонда; хранение клеточного материала (криоконсервация); паспортизация (характеристика клеточных линий, контроль качества); депонирование клеточных линий в связи с патентованием; создание информационного банка данных по клеточным культурам; предоставление образцов коллекции по заявкам [4].
ВНИИСХМ. Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Всероссийский НИИ сельскохозяйственной микробиологии (ВНИИСХМ) курирует сетевую биоресурсную коллекцию в области генетических технологий для сельского хозяйства, которая была создана путем преобразования ведомственной коллекции полезных микроорганизмов сельскохозяйственного назначения ФГБНУ ВНИИСХМ и объединяет в настоящее время практически-ценные штаммы 14 институтов Отделения сельскохозяйственных наук РАН, насчитывает более 20 тыс. единиц хранения, зарегистрирована в базе данных WDCM и использует в своей работе международные операционные стандарты. Основная цель коллекции – накопление, надежное сохранение и изучение генетических ресурсов сельскохозяйственных микроорганизмов Российской Федерации, направленное на создание новейшего научно-исследовательского комплекса с сетевым принципом организации, включающего роботизированное криохранение, широкомасштабные генетические исследования, а также единую компьютерную базу данных [5].
ВНИИГРЖ. Всероссийский научно исследовательский институт генетики и разведения сельскохозяйственных животных, филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный исследовательский центр животноводства – ВИЖ имени академика Л.К. Эрнста». Является держателем генетической коллекции редких и исчезающих пород кур и генетической коллекции спермы крупного рогатого скота отечественных и зарубежных пород [6].
НИИ АГиР. Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии имени Д.О. Отта» курирует сетевую биоресурсную коллекцию «Репродуктивное здоровье человека» образцов биоматериала пациентов с многофакторными и моногенными наследственными заболеваниями, значимыми для репродукции [7].
СПбГУ. Знаменитый Санкт-Петербургский государственный университет имеет целый комплекс биологических коллекций, играющих важную роль в учебном процессе, подготовке кадров и научных исследованиях [8].
Технологии сохранения и изучения биологических ресурсов
Для сохранения биологических ресурсов применяют методы ex situ (включают в себя сбор образцов, их передачу и хранение за пределами первоначальных мест обитания популяций данного вида – в генбанках, коллекциях ботсадов, в питомниках и т. д.) и in situ (сохранение в местах обитания, регулирование и мониторинг популяций отдельных сохраняемых видов в их естественной среде обитания или там, где они приобрели свои отличительные характеристики) [1, 9].
Сохранение ex situ предполагает применение технологий криоконсервации (применяются к клеткам и тканям растений и животных, микроорганизмам, биологическим материалам человека – широко используются во всех выше перечисленных коллекциях), технологий сохранения клеточных культур (используются, например, в коллекциях ВИР и Института цитологии РАН), а также сохранение организмов в живом виде (в коллекционных садах или в низкотемпературных хранилищах семян, как, например, коллекция ВИР, или в живом разведении – генетическая коллекция редких и исчезающих пород кур ВНИИГРЖ). Цель применения данных технологий – сохранить физические носители максимально возможного генетического разнообразия в интересах биомедицины, экологии, сельского хозяйства и ряда других отраслей экономики [1].
Цифровые и информационные технологии в сфере биоресурсных коллекций (национальная база генетической информации на базе НИЦ «Курчатовский институт» и цифровой гербарий МГУ или, например, технологии документирования коллекций, впервые разработанные в ВИР имени Вавилова и используемые теперь во всем мире для коллекций аналогичного профиля) применяют для обеспечения системы надежного хранения и эффективного доступа к информации о генетическом разнообразии различных биологических объектов и ее анализа посредством применения инструментов искусственного интеллекта с целью обработки больших данных, для обеспечения охраны интеллектуальной собственности, внедрения в медицину и сельское хозяйство технологий цифровых двойников [1].
Технологии изучения генетических ресурсов (в т. ч. современные геномные и омиксные технологии) и технологии расширения генетического разнообразия (технологии хромосомной, генной и клеточной инженерии, технологии генетического редактирования) используют для развития персонализированных подходов в медицине и питании, а также иных современных подходов, направленных на улучшение здоровья и повышение качества жизни населения, развитие наукоемких энергосберегающих технологий создания сырья с заданными свойствами для различных отраслей промышленности [1, 10, 11].
Технологиям сохранения, изучения и развития биологических коллекций были посвящены два крупнейших научных форума, состоявшиеся в Санкт-Петербурге в 2022-м и 2023 году [10, 12].
Гарантированное сохранение и рациональное использование биологических ресурсов реализуется в первую очередь путем создания и развития научных биологических (биоресурсных) коллекций, которыми богата наша страна, ключевые из в которых Санкт-Петербурге. Для сосредоточены сохранения и изучения биоресурсов в специализированных биологических коллекциях применяется широкий спектр современных биотехнологий и цифровых технологий. Большое значение для развития этих наукоемких направлений имеют подготовка кадров, образовательная и просветительская деятельность, разработка профильных образовательных программ и издание учебников и учебных пособий [12 15]. Значимость биологических коллекций подчеркивается заботой о них государства.
Источники
1. Khlestkina E.K. Genetic resources in Russia: from collections to bioresource centers. Proceedings on applied botany, genetics and breeding. 2022;183(1):9-30. [In Russian] (Хлесткина Е.К. Генетические ресурсы России: от коллекций к биоресурсным центрам. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2022;183(1):9-30). DOI: 10.30901/2227-8834-2022-19-30
2. Официальный сайт БИН РАН https://www. binran.ru/ доступ 28.12.2024 г.
3. Официальный сайт БИН РАН https://www. zin.ru/ доступ 28.12.2024 г.
4. Poljanskaya, G., Bobkov, D., Koltsova, A., Musorina, A., & Mikhailova, N. (2022). Creation, working principles, development of applied and fundamental scientific activities of the Collection of Cell Cultures of Vertebrates. Biological Communications, 67(4), 312-330. https://doi.org/10.21638/spbu03.2022.406
5. Официальный сайт ВНИИСХМ https:// arriam.ru/kollekciya-kul-tur1/ доступ 28.12.2024 г.
6. Официальный сайт ВНИИГРЖ https:// vniigen.ru/biokollekcii/?ysclid=m730idle 3u863406659 доступ 28.12.2024 г.
7. Glotov, A., Nasykhova, Y., Dvoynova, N., Mikhailova, A., Pachulia, O., Danilova, M., … Kogan, I. (2022). Prospects for biobanking in reproductive health: genetic aspects. Biological Communications, 67(4), 286–300. spbu03.2022.404 https://doi.org/10.21638/
8. Andreeva, E., Burlakovskiy, M., Buzovkina, I., Chekunova, E., Dodueva, I., Golubkova, E., Matveenko, A., Rumyantsev, A., Tsvetkova, N., Zadorsky, S., and Nizhnikov, A. 2023. Genetic Collections of St. Petersburg University. Bio. Comm. 68(3): 199–214. https://doi.org/10.21638/spbu03.2023.308
9. Khlestkina E.K., Chukhina I.G. Genetic Resources of Plants: The Conservation and Use Strategy in the 21st Century. Herald of the Russian Academy of Sciences. 2020; 90(3):298-302. [in Russian] (Хлесткина Е.К., Чухина И.Г. Генетические ресурсы растений: стратегия сохранения и использования. Вестник Российской академии наук. 2020; 90(6):522-527). DOI: 10.31857/S0869587320060043
10. Tikhonovich I.A., Geltman D.V., Chernetsov N.S., Mikhailova N.A., Glotov A.S., Dementieva N.V., Khlestkin V.К., Ukhatova Yu.V., Zavarzin A.A., Nizhnikov A.A., Khlestkina E.K. On the results of the Second Scientific Forum “Genetic Resources of Russia”. Plant Biotechnology and Breeding. 2023;6(2):43-52. [in Russian] (Тихонович И.А., Гельтман Д.В., Чернецов Н.С., Михайлова Н.А., Глотов А.С., Дементьева Н.В., Хлесткин В.К., Ухатова Ю.В., Заварзин А.А., Нижников А.А., Хлесткина Е.К. Об итогах Второго научного форума «Генетические ресурсы России». Биотехнология и селекция растений. 2023;6(2):43 52). DOI: 10.30901/2658-6266-2023-2-o1
11. Tikhonovich I.A., Geltman D.V., Chernetsov N.S., Mikhailova N.А., Glotov A.S., Khlestkin V.K., Ukhatova Y.V., Zavarzin А.A., Nizhnikov A.A., Khlestkina E.K. On the results of the First Scientific Forum «Genetic Resources of Russia»: prospects for development, research and practical potential of bio-collections. Plant Biotechnology and Breeding. 2022; 5 (2):38 47. [in Russian] (Тихонович И.А., Гельтман Д.В., Чернецов Н.С., Михайлова Н.А., Глотов А.С., Хлесткин В.К., Ухатова Ю.В., Заварзин А.А., Нижников А.А., Хлесткина Е.К. Об итогах Первого научного форума «Генетические ресурсы России»: перспективы развития, научно-исследовательский и научно практический потенциал биоресурсных коллекций. Биотехнология и селекция растений. 2022; 5 (2):38 47). DOI: 10.30901/2658-6266-2022-2-o4
12. Tikhonovich I.A., Lutova L.A., Matveeva T.V. On students training in a new Master’s Program “Molecular Biology and Plant Agrobiotechnology” at St. Petersburg State University (SPbSU). Plant Biotechnology and Breeding. 2020; 3 (1):7-12. [in Russian] (Тихонович И.А., Лутова Л.А., Матвеева Т.В. О подготовке магистров по новой программе «Молекулярная биология и агробиотехнология растений» в Санкт Петербургском государственном университете (СПбГУ). Биотехнология и селекция растений. 2020; 3 (1):7-12). DOI: 10.30901/2658-6266-2020 1-o4
13. Хлесткина Е.К., Ухатова Ю.В., Семилет Т.В., Леншин А.А., Барабанов И.В. (2024) Сохранение биоразнообразия растений (глава 16). Развитие научно-технического творчества обучающихся в сфере общего образования в области генетических исследований и технологий. Основной уровень. Первый год обучения. / Под общей ред. М.В. Ковальчука – Отпечатано в типографии ООО «Полиграфический комплекс», Москва, 3-я Хорошевская ул., д. 18, корп. 1, 2024. — 194 с. 2-е изд., доп., испр. ISBN 978-5-00004-094-2 С. 103-110.
14. Хлесткина Е.К., Ухатова Ю.В., Семилет Т.В., Леншин А.А., Барабанов И.В. (2024) Выдающиеся ученые и экспедиции по изучению видового генетического биоразнообразия. От Дарвина до Вавилова (глава 32) // Развитие научно технического творчества обучающихся в сфере общего образования в области генетических исследований и технологий. Основной уровень. Первый год обучения. / Под общей ред. М.В. Ковальчука – Отпечатано в типографии ООО «Полиграфический комплекс», Москва, 3-я Хорошевская ул., д. 18, корп. 1, 2024. – 194 с. 2-е изд., доп., испр. ISBN 978-5-00004-094-2 С. 185-190.
15. Хлесткина Е.К., Ухатова Ю.В., Семилет Т.В., Леншин А.А., Барабанов И.В. (2024) Искусственные экосистемы – агроценозы // Экологическая организация живого: «Развитие научно технического творчества обучающихся в сфере общего образования в области генетических исследований и технологий. Основной уровень. Второй год обучения» / Под общей ред. М.В. Ковальчука – Отпечатано в типографии ООО «Полиграфический комплекс» г. Москва, 3-я Хорошовская ул., д. 18, корп. 1, 2024. 176 с. ISBN 978-5-00004-096-6. С. 30-38.
