Нижегородские ученые разрабатывают геномный паспорт племенных животных

Аспиранты Приволжского исследовательского медицинского университета (ПИМУ) Владимир Першин и Мария Чернова показывают современное диагностическое оборудование. Молодые учёные работают в лаборатории молекулярно-генетической экспертизы Центра медицинских и агробиотехнологий на базе Института фундаментальной медицины ПИМУ. Идея создать такой центр появилась у ректора университета Николая Николаевича Карякина в 2020 году, действовать он начал полтора года назад. Сейчас здесь проводят исследования на стыке медицины и сельского хозяйства. Учёные уверены, что агробиотехнологии — это то, что будет невероятно востребовано в будущем, а пользу приносит уже сейчас.

Исследования начинаются

«Центр медицинских и агробиотехнологий занимается несколькими научными направлениями, — рассказывает его руководитель, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Елена Дабахова. — Первый важный проект — это разработка геномного паспорта крупного рогатого скота Нижегородской области. В рамках программы геномной селекции планируется установить генотип племенных животных молочного стада, что позволит определить индексы племенной ценности, вести селекцию. Это поможет увеличить продуктивность и эффективность молочного стада в регионе, а также уйти от импортного племенного материала».

Для нашей области, где молочное животноводство является одним из приоритетных направлений развития, это очень актуально, однако лаборатории на территории региона до недавнего времени не было.

«Основная сложность при создании лаборатории заключалась в том, что пока нет общедоступных методик молекулярно-генетического анализа, — отмечает профессор. — Поэтому в прошлом году мы сами разработали ряд методов, которые будут использоваться».

Обойти аллерген

С помощью оборудования, которое есть в центре, определяют генетический профиль животного, чтобы подтвердить его происхождение. Раньше, чтобы провести такое исследование, нужно было ездить в Москву. Можно установить родство среди животных, насколько близки их генетические линии, а значит исключить имбридинг — близкородственное скрещивание.

«В хозяйствах на протяжении долгого времени используют зарубежный генетический материал от ограниченного круга животных, — эта проблема есть во всём мире, — рассказывает Елена Дабахова. — А когда происхождение не разнообразное, случаются генетические заболевания. Происходят мутации, передавая их по наследству, животные дают нежизнеспособное или больное потомство. В голштинской породе во всём мире идёт интенсивное накопление генетических «поломок». Мы в своей лаборатории определяем носительство около двадцати таких заболеваний. Сельхозпроизводитель, приобретая животное, может провести анализ. Дальше он спланирует размножение животных с учётом этой информации».

Так называемые хозяйственно-полезные признаки животных проявляются по-разному в зависимости от генотипа. Например, важно установить характеристики белков молока — от этого зависит его качество.

«Не секрет, что сейчас у детей аллергия на молоко случается довольно часто, — отмечает Елена Владимировна. — Но мало кто знает, что есть характеристика аллельного состояния гена, по которой мы можем сказать: вот это молоко с большой вероятностью будет аллергеном, а другое — нет. Это заложено в генетике коровы. В принципе, мы можем вести селекцию животных таким образом, чтобы качество молока было высоким. Кроме того, мы можем прогнозировать у потомства жирность молока, комолость — с рогами оно будет или без, и так далее. Всё это важно для племенных хозяйств. С помощью ДНК-технологий животное перестаёт быть «чёрным ящиком», о котором мы ничего не знаем. Дальше для него можно подбирать пару с учётом генотипа».

В центре агробиотехнологий ищут новые гены, ассоциированные с хозяйственно-полезными признаками животных. Пока есть понимание, как работают только некоторые из них. Учёные ведут исследовательскую работу, они определяют генотип и анализируют фенотип животных, а потом на основе большого объёма данных выявляют связи: какой ген за что отвечает.

Наука служит производству: ускоряется селекционный процесс, племенная ценность животного оценивается уже при рождении, ведётся диагностика различных заболеваний. Всё это может положительно сказаться на продуктивности молочного животноводства. По словам учёных, исследование генома крупного рогатого скота позволит отказаться от зарубежного донорского стада и работать только с собственными высокопродуктивными животными.

Кроме выполнения молекулярно-генетического анализа материала крупного рогатого скота, в лаборатории центра можно делать ещё много чего. Например, во время финального этапа Всероссийской студенческой олимпиады на базе лаборатории определяли наличие вирусов у пчёл, смотрели подлинность сортов рыбы, выявляли гены устойчивости к антибиотикам у животных, которые по пищевой цепочке могут повлиять на человека.

Аналогов нет

В Центре агробиотехнологий ПИМУ создали новую диагностическую систему для раннего выявления лейкоза крупного рогатого скота, которой нет аналогов в России. На изобретение получен патент, и оно уже внедрено в производство, используется российской ветеринарной службой. Нижегородские учёные разработали его вместе с НПО «Диагностические системы», одним из крупнейших в стране производителей ИФА-систем для медицины.

Есть данные, что ущерб российским хозяйствам от недополучения молока из-за вспышек лейкоза составляет от 2,6 до 4,19 миллиарда рублей в год. Он складывается из потерь молока, снижения привесов, преждевременной выбраковки коров. Вирус поражает прежде всего иммунную систему животного. Заболевание, вызываемое им, не поддаётся лечению, снижает продуктивность животных. Бессимптомная стадия может протекать несколько лет, поэтому в оздоровительных мероприятиях важна диагностика.

У вируса известно одиннадцать генотипов. Тест-система, созданная при участии Центра агробиотехнологий, позволяет определить их все.

Как рассказывает Елена Дабахова, новая тест-система использует метод иммуноферментного анализа. Она выполнена в формате сэндвич-панели, что позволяет выявить все антитела к белкам вируса лейкоза крупного рогатого скота.

«Попробую объяснить это простыми словами, — говорит Елена Владимировна. — К белкам вируса, которые лежат на поверхности, возникают одни антитела. К белкам, которые находятся внутри вирусной частицы, — другие. Наша тест-система позволяет определить оба класса антител. Это повышает эффективность серологической диагностики лейкоза: диагностика инфекции возможна на ранней стадии заболевания. Кроме того, тест-система даёт высокую достоверность результатов анализа. Нет необходимости верифицировать результат подтверждающим тестом. Это единственная подобная тест-система для выявления лейкоза, разработанная в стране».

В Центре медицинских и агробиотехнологий занимаются и другими исследованиями. Специалисты изучают биопрепараты, которые частично могут заменить химические средства защиты растений. Исследуют новые корма для сельскохозяйственных животных и птиц. Планируются и другие разработки. Агробиотехнологии очень перспективны, за ними будущее, уверены учёные.