Осетры и царицы

Обнаружены генетические маркеры, которые позволяют выделить среди самок осетров тех, которые производят черной икры намного больше, чем их соплеменницы. О том, чем еще может помочь аквакультуре (и не только ей!) такая наука, как генетика, автор этих строк беседовала с главным научным сотрудником отдела стратегических исследований ФИЦ ЮНЦ РАН, доктором биологических наук Игорем Корниенко.

Вес не имеет значения

Ученые ЮНЦ с 2006 года наблюдали за осетровыми, которые выращиваются в условиях замкнутого водоснабжения, в частности, за сочетанием таких свойств их самок, как вес особей и частота выдаваемой на-гора черной икры. В рассказе Игоря Корниенко акцент делался и на такой факт: количество кислорода, доступного рыбам в открытых водоемах и водоемах закрытых (вроде больших аквариумов) различно, поэтому кислород в закрытые аквариумы приходится добавлять. Подчеркивалось также, что речь идет о стербелах — гибридах стерляди (мама) и белуги: у них половая зрелость наступает значительно раньше.

Более чем 10-летнее наблюдение показало, что продуктивность самок стербелов по икре зависит от иных признаков, нежели их вес. Рыба могла весить 20–24 кг, а нереститься всего два-три раза, а другая «тянула» всего на 12 кг, а давала икру семь-восемь раз.

Учитывая, что геном осетра (в отличие от человеческого генома) еще не «прочитан», искать тот ген, что отвечает за продуктивность, было задачей практически невыполнимой. Ученые рассудили так: а не зависит ли в итоге репродуктивная функция у рыб от количества кислорода, которое рыбой усваивается?

В клетках рыб имеются особые структуры — митохондрии, в которых этот кислород перерабатывается. Эти структуры (которые еще называют органеллы) имеют свою ДНК, содержащую всего лишь 37 генов (наименьшая структурная и функциональная частица содержащая информацию о наследственности у живых организмов — прим. ред.). Эта ДНК кодирует белки, отвечающие за выработку клеткой энергии. А энергия и нужна для созревания икры. Этот генетический материал ученые и стали исследовать.

В ходе исследований обнаружены различия в митохондриях высокопродуктивных и низкопродуктивных рыб. Первые несут некий определенный признак, причем частота встречаемости этого признака у них в два раза выше.

То есть, уже на стадии приобретения рыб-производителей по этому признаку можно отсеивать малопродуктивных самок, и в итоге на стадо осетровых можно потратить гораздо меньше ресурсов (корма, электроэнергии, времени и так далее), а икры получить гораздо больше.

М или Ж?

Две главные задачи стоят перед осетроводами. Первая из них — заранее знать, рыба выращивается на мясо или на икру. И вторая — если рыба выращивается ради икры, то желательно иметь побольше самок. А выяснять пол у мальков осетров еще не научились. «Девушка» осетр или «юноша» — определится, когда проходит несколько лет. Значит, одна из важнейших задач генетиков, найдя решение которой они смогут помочь осетроводам — разработать системы, которые на ранней стадии определят, что вырастет из малька — самец или самка. Задача интереснейшая, но не она сегодня поставлена перед генетиками Южного научного центра.

Икра «в законе»

Третью принципиальную задачу перед учеными поставил научный руководитель ЮНЦ РАН, академик Геннадий Матишов. Необходимо найти способ, с помощью которого станет возможным достоверно определить: какая икра, идущая на экспорт, получена от рыбы, выращенной легально, а какая — от выловленной браконьерским способом. Речь шла также и о внутреннем рынке.

Задача вроде и проста, но ее решение требует времени не один год, и усилий только ученых недостаточно. Нужна помощь государства: необходимо разработать законопроект, предполагающий создание банка биологических образцов рыб, выращиваемых в рыбоводческих хозяйствах — речь именно об осетроводческих хозяйствах, которых не так уж и много. Для чего же нужен этот банк?

У рыб эритроциты (красные клетки) крови содержат (в отличие от человека) ядра, а, стало быть, и ДНК. Уже проведены исследования, в которых продемонстрирован недорогой и эффективный способ хранения этого материала длительное время при комнатной температуре на специальных ДНК-картах.

В 2013 году в России уже была предложена система идентификации осетров, правда, всего по пяти участкам ДНК — и лишь для того, чтобы, скажем, черную икру осетра отличить от черной икры стерляди.

В нашем случае, если все хозяйства пришлют оператору создаваемой базы необходимую информацию в виде биологического материала рыб на ДНК-картах (для чего все самки-производители икры должны быть чипированы), то сравнивая данные, находящиеся в базе, и, скажем, той партии икры, которую задержали правоохранительные органы, можно будет определить, легально ли происхождение данной икры или нет. Таможенники также могут при поставке черной икры на экспорт потребовать доказательства ее легального происхождения, а ответ могут дать эксперты, имея в руках данные генетической базы.

Это важно еще и потому, что осетровые в России занесены в Красную книгу, и их вылов запрещен.

Часть первой задачи — поиск ДНК-маркеров, определяющих продуктивных самок — уже выполнена и сейчас оформляется в виде научных статей. Решена и проблема сохранения банка генетических данных осетровых в обычных условиях.

В далекой перспективе — исследования, связанные с определением пола у мальков осетровых.

Царские останки

Что касается ДНК людей, эта работа гораздо более разнообразнее, и Игорю Корниенко приходилось работать и с этим биологическим материалом. Начинал он в знаменитой 124-й лаборатории, которая прогремела в годы первой чеченской войны. Автору этих строк рекомендовали Игоря Корниенко как человека, владеющего методикой определения внешности человека по ДНК, содержащихся в костных останках, что подвластно далеко не всем его коллегам.

— Это не совсем так, — смеется Игорь Валериевич. — К сожалению, не у нас, а за рубежом активно исследуются ДНК-маркеры, связанные с внешностью человека. То есть, имея, скажем, археологический материал, возможно восстановить облик человека — и не по известной методике Герасимова, которую сегодня в модифицированном виде активно используют специалисты из ФБР. Ведь эта методика не поможет воссоздать форму ушей, узнать цвет глаз, форму бровей, цвет волос, цвет кожи. Для этого и существуют ДНК-методы, которые, правда, тоже не гарантируют 100%-е попадание, то есть, они тоже пока несовершенны.

К нашему ученому за экспертизой обратились археологи, ведущие исследования в некрополе Вознесенского монастыря музея-заповедника «Московский Кремль». Задача была поставлена такая: провести ДНК-паспортизацию останков из погребений некрополя русских великих княгинь и цариц. Образцы останков, которые переслали для исследования, были закодированы. Не все они оказались в хорошем состоянии — влажность, низкие температуры повреждают макромолекулы, в число которых входит и ДНК, не говоря уже про то, что самим останкам было более 400 лет.

Елена Глинская

Идентификация была проведена, чему весьма обрадовались москвичи: дело в том, что так было подтверждено предположение археологов о кровном родстве нескольких женщин, останки которых были обнаружены в саркофагах начала и середины XVI века.

Кроме того, были проведены генетические исследования останков бабушки и мамы Ивана Грозного, то есть, Софьи Палеолог и Елены Глинской. Митохондриальные ДНК этих женщин заинтересовали ученых именно потому, что они — родственницы царя Ивана Васильевича. Зная их ДНК, можно восстановить и ДНК Ивана Грозного.

— Сегодня мы пытаемся применить наши модифицированные методы для этих целей, — говорит Игорь Корниенко. — Полученные в ходе таких исследований результаты могли бы облегчить дальнейшие идентификации других захоронений. Работа продолжается, полученные данные проверяются.

Мечта генетика

Северный Кавказ сегодня богат на этносы, а в прошлом народов и народностей, населяющих эту территорию, было еще больше. Молекулярно-генетическое исследование представителей всех национальностей, конечно, займет много времени, но работа эта очень интересна, считает Игорь Корниенко. И, как говорится, Южному научному центру РАН сама судьба повелела этим заниматься. Коллеги из Карачаево-Черкесии предложили Игорю Валерьевичу исследовать останки из аланских захоронений (ала́ны — ираноязычные кочевые племена скифо-сарматского происхождения, в письменных источниках упоминаются с I века н. э. — времени их появления в Приазовье и Предкавказье — прим. ред.), находящиеся в хорошем состоянии. Их считают своими предками многие кавказские народы. Так ли это или все-таки некоторые из них гораздо древнее, и должна ответить такая наука, как генетика.

Досье. Корниенко Игорь Валерьевич окончил в 1994 году Ростовский-на-Дону госуниверситет (биолого-почвенный факультет, кафедра биохимии); и в 2000 году химический факультет (кафедра высокомолекулярных и природных соединений). С 1998-го по 2017-й — завотделением молекулярно-генетической идентификации филиала 2 111 Главного государственного центра судебно-медицинских и криминалистических экспертиз Минобороны России. С 2007 по 2011-й — профессор кафедры биохимии и микробиологии ЮФУ. С 2017-го по настоящее время — главный научный сотрудник отдела стратегических исследований ФИЦ ЮНЦ РАН. С октября 2012-го по настоящее время — председатель экспертного совета «Биология» ЮФУ. С октября 2013-го по настоящее время — завлабораторией «Идентификация объектов биологического происхождения» Академии биологии и биотехнологии Южного федерального университета.