Гены GRIN1, ASCL3 и NOS1 связаны с различными фенотипами нервно-психических расстройств. Эти гены делают вклад в развитие шизофрении, болезней Альцгеймера и Паркинсона, эпилепсии и др. и ассоциируются также с различными онкологическими заболеваниями. Например, повышенная экспрессия ASCL3 наблюдается при раке молочной железы, NOS1 – в клеточных линиях рака яичников. Ранее на основе наших и литературных данных мы получили результаты, свидетельствующие в пользу того, что SNP, нарушающие эритропоэз, с большой вероятностью могут быть связаны с когнитивными и нервно-психическими расстройствами у человека. В настоящей работе исследовано влияние выявленных с помощью SNP_TATA_Z-tester не аннотированных SNP ТАТА-боксов промоторов генов GRIN1, ASCL3 и NOS1, участвующих в нервно-психических расстройствах и онкологических заболеваниях, на взаимодействие ТАТА-связывающего белка (ТВР). Для изучения in vitro кинетических характеристик образования комплексов ТВР/ТАТА и аффинности с помощью метода задержки ДНК в геле использованы двуцепочечные олигодезоксирибонуклеотиды, идентичные ТАТА-содержащим участкам промоторов генов GRIN1, ASCL3 и NOS1 (референсным и минорным аллелям), и рекомбинантный ТВР человека. Показано, например, что аллель «A» rs1402667001 промотора гена GRIN1 повышает аффинность ТВР/ТАТА в 1.4 раза, а аллель «С» ТАТА-бокса промотора гена ASCL3 снижает аффинность в 1.4 раза; при этом время жизни комплексов в обоих случаях уменьшается примерно на 20 % за счет изменения скоростей образования и диссоциации комплексов (k_a и k_d соответственно). Наши экспериментальные результаты согласуются с литературными данными, показывающими низкую экспрессию гена GRIN1 при шизофренических расстройствах и повышенный риск возникновения рака шейки матки, мочевого пузыря, почек и лимфомы при пониженной экспрессии гена АSCL3. Влияние аллеля «А» SNP –27G>A (rs1195040887) промотора гена NOS1 гипотетически может свидетельствовать о повышенном риске возникновения ишемического повреждения мозга у носителей. Сравнение экспериментальных значений аффинности (K_D) ТВР/ТАТА «диких» (WT) и минорных аллелей c прогнозируемыми показало, что данные хорошо коррелируют друг с другом: коэффициент линейной корреляции r = 0.94 ( p < 0.01).

Репродуктивные технологии являются одним из ключевых направлений в условиях необходимости сохранения и отбора выдающихся по хозяйственно полезным признакам особей сельскохозяйственных животных. Совершенствование имеющихся моделей созревания ооцитов in vitro в различных вариациях способствует решению проблемы низкого выхода эмбрионов свиней на завершающих стадиях доимплантационного развития. В настоящем исследовании с использованием технологии созревания и оплодотворения донорских ооцитов свиней in vitro предложена модель среды для культивирования гамет (NCSU-23 с 10 % гомологичной фолликулярной жидкостью, 10 МЕ ХГЧ и 10 МЕ ХГ лошади), модернизированная введением 1 · 10⁶ клеток гранулезы (КГ) на 1 мл среды и 0.001 % наночастиц высокодисперсного кремнезема (нВДК). Анализ статуса хроматина ооцитов по методу Тарковского и оценка уровня деструктивных изменений хроматина соматических клеток овариальных фолликулов (апоптоз, пикноз) выявили значительное повышение показателей ядерного созревания гамет и снижение доли клеток гранулезы с дегенерированным хроматином при применении разработанной системы культивирования. Обнаружено позитивное влияние совместного введения КГ и нВДК в систему дозревания, позволившего увеличить показатели мейотического созревания и оплодотворяемости ооцитов. Оптимальные показатели фертильности ооцитов достигнуты при сочетанном использовании в системе дозревания КГ и нВДК (доля созревших клеток достигла 89 %, уровень ооцитов с дегенерацией хромосом составил 12 %, 39 % эмбрионов достигли завершающей стадии доимплантационного развития). Положительный эффект нВДК на показатели оплодотворяемости ооцитов сопровождался резким снижением деструктивных процессов в КГ при их культивировании в присутствии нВДК. Уровень пикнозов составил 32 %, а уровень апоптозов ( TUNEL-test) – 21 % по сравнению с контролем (43 и 31 % соответственно, р < 0.01). Таким образом, выявлена высокая эффективность системы созревания ооцитов свиней в условиях совместного кокультивирования гамет с КГ и нВДК, что позволяет рекомендовать модель разработанной среды в технологии экстракорпорального созревания женских гамет Sus scrofa domesticus для повышения качества донорских яйцеклеток, используемых в клеточной и генетической инженерии.

Эталонными коагулянтами молока для сыроделия в настоящее время считаются рекомбинантные химозины (рХн) коровы и верблюда. Нахождение молокосвертывающих ферментов, способных превзойти эталонные коагулянты молока, является актуальной биотехнологической задачей. Нами сконструирован экспрессирующий вектор, который позволил впервые получить рекомбинантный аналог химозина лося в системе экспрессии Escherichia coli (штамм SHuffle Express). Построена модель пространственной структуры химозина лося, и проведено сравнение топографии положительных и отрицательных поверхностных зарядов с соответствующими структурами химозинов коровы и верблюда. Обнаружено, что распределение зарядов на поверхности химозина лося имеет общие черты с распределением зарядов химозинов коровы и верблюда. Отличительная особенность химозина лося – наличие положительно заряженного поверхностного участка, который, вероятно, влияет на его взаимодействие с субстратом. Исследованы основные биохимические и технологические свойства рХн лося. В качестве ферментов сравнения использовали коммерческие рХн коровы и верблюда. Установлено, что по некоторым технологическим показателям рХн лося превосходил ферменты сравнения. По сравнению с рХн коровы и верблюда специфическая активность рХн лося в меньшей степени зависит от изменения концентрации CaCl₂ в диапазоне 1–5 мМ и рН в диапазоне 6–7, что является привлекательным технологическим свойством. По общей протеолитической активности рХн лося занимает промежуточное положение между ферментами коровы и верблюда. Совокупность биохимических и технологических свойств рХн лося свидетельствует о необходимости дальнейшего изучения этого фермента.

Крахмал – основной запасной углевод растений и важный источник калорий в рационе питания человека и животных, широко применяется также для ряда промышленных нужд. Нативный крахмал представляет собой не растворимые в воде полукристаллические гранулы, сформированные молекулами амилозы и амилопектина, которые являются природными полимерами глюкозы. Физико-химические свойства крахмала определяются соотношением амилозы и амилопектина в грануле, степенью их полимеризации и фосфорилирования. Одно из основных растений-продуцентов крахмала – картофель Solanum tuberosum L. Растущие потребности рынка диктуют необходимость получения сортов с повышенным содержанием и заданными свойствами крахмала, необходимым условием чего является получение детальной информации о процессе его метаболизма в организме растения. Процесс метаболизма крахмала сложен и представляет собой согласованную работу множества ферментов, транспортных и направляющих белков, транскрипционных и других регуляторных факторов. По принципу выполняемой биологической функции крахмал делится на два типа: транзиторный, который синтезируется в хлоропластах фотосинтезирующих органов и распадается при отсутствии освещения, обеспечивая клетку углеводами; и запасной, который синтезируется и хранится в амилопластах запасающих органов (зерен, клубней). Основные ферментативные реакции биосинтеза и деградации крахмала, а также транспорта и метаболизма углеводов хорошо изучены на транзиторном крахмале модельного объекта Arabidopsis thaliana; об особенностях метаболизма крахмала в запасающих органах, в частности клубнях картофеля, известно несколько меньше. При этом ряд вопросов остается открытым: недостаточно изучены участие различных изоформ ферментов и влияние на них регуляторных факторов в зависимости от ткани и стадии развития растения, а также условий внешней среды; реализация альтернативных путей ферментативных превращений; участие направляющих и транспортных белков. В данном обзоре рассмотрены ключевые ферментативные реакции углеводного обмена, биосинтеза и деградации транзиторного и запасного крахмала, общие для растений, и отмечены особенности, характерные для картофеля; уделено внимание известным регуляторным факторам, влияющим на метаболизм крахмала.

Потепление климата оказалось существенным фактором для виноградарства и виноделия всех виноградарских районов мира. Многие страны рассматривают продвижение виноградарства на север и в горные районы как возможный путь адаптации к потеплению. Факторы, лимитирующие зону виноградарства в России, определены советским ученым Ф.Ф. Давитая в 1948 г. и актуальны до сих пор. Это сумма активных температур выше 10 °С (ΣT₁₀ > 2500 °C), средний из абсолютных минимумов температуры (T_min > –35 °C), продолжительность безморозного периода (L_ff < 150 сут) и гидротермический коэффициент (0.5 < ГТК < 2.5). Значения лимитирующих факторов современной зоны промышленного виноградарства (ЗПВ) соответствуют определенным Ф.Ф. Давитая диапазонам, за исключением Т_min, которая в современной ЗПВ на европейской территории России везде выше –26 °C. Целью исследования было определение возможности продвижения на север границ зоны промышленного виноградарства в современных и прогнозируемых климатических условиях европейской территории России. По суточным данным 1980–2019 гг. для 150 метеостанций Росгидромета рассчитали среднемноголетние значения, тренды и прогнозы к 2050 г. значений лимитирующих факторов ЗПВ, определили точки, лежащие в допустимом для виноградарства диапазоне. В программе QGIS нанесли точки на карту европейской территории России, определили предельную широту. Были рассмотрены варианты с Т_min > –26 °C и Т_min > –35 °C. В 1980–2019 гг. в среднем на европейской территории России наблюдался рост ΣT₁₀, Т_min, L_ff и снижение ГТК. Однако южнее 55° N в ряде точек прослеживалась тенденция к снижению Т_min. Рост теплообеспеченности вегетационного периода на европейской территории России создает предпосылки продвижения промышленного виноградарства к северу от современной предельной широты 46.6° до 51.8° в текущих условиях, а к 2050 г. – до 60.7° N. Кроме того, уже сейчас виноградарство возможно в районе Калининграда (54° N, 20° E). При дополнительных мерах по укрытию на зиму до –35 °С виноградарство возможно до 53.3° N в текущих условиях и до 60.7° N – в прогнозируемых. Возможное снижение минимальной температуры зимы на юге европейской территории России потребует дополнительных мер защиты зимой, а повышение засушливости климата на северо-западном побережье Каспийского моря будет уменьшать площади под неорошаемыми виноградниками.

Вироид веретеновидных клубней картофеля (ВВКК) представляет собой кольцевую одноцепочечную РНК длиной 356–363 нуклеотида, в которой отсутствуют какие-либо последовательности, кодирующие белок. ВВКК является экономически значимым заболеванием картофеля, имеющим статус карантинного. Известно, что ВВКК передается механически при вегетативном размножении растений, через инфицированную пыльцу и с помощью тлей. Целью данного исследования было определение возможности передачи ВВКК (штамм VP87) от растений картофеля и томата, зараженных вироидом, патогену Phytophthora infestans (Mont.) de Bary и от P. infestans – растениям картофеля и томата. Cорта картофеля Гала, Коломба и Ривьера, инфицированные ВВКК, инокулировали изолятом P. infestans PiVZR18; через 7 дней после появления симптомов фитофтороза провели повторное выделение P. infestans в чистую культуру на ржаной агар. Через 14 дней культивирования P. infestans на ржаном агаре в смеси мицелия и спорангиев методом ОТ-ПЦР был обнаружен ВВКК. ВВКК-инфицированным изолятом P. infestans (PiPSTVdv+) провели инокуляцию растений томата сорта Загадка и растений картофеля сорта Гала. Через 60 дней в листьях томата сорта Загадка методом ОТ-ПЦР с праймерами Р3/Р4 был выявлен диагностический продукт амплификации 360 п. о., свидетельствующий об успешной трансмиссии ВВКК изолятом PiVZR18v+. Результаты были подтверждены секвенированием продукта амплификации ВВКК. Нуклеотидная последовательность вироида в растении томата, зараженном изолятом PiVZR18v+, оказалась на 99.5 % идентичной использованному в эксперименте штамму VP87. Для доказательства возможности сохранения вироида в чистой культуре P. infestans изолят PiVZR18v+ пассировали на ржаном агаре с интервалом 30 дней. После трех последовательных пассажей на ржаном агаре ВВКК был диагностирован в культуре изолята, что подтверждено секвенированием продукта амплификации с вироид-специфичными праймерами. В субкультуре P. infestans после восьмого пассажа на ржаном агаре ВВКК не обнаруживался. Полученные данные свидетельствуют о двунаправленной передаче ВВКК в патосистеме P. infestans – растение-хозяин.

Различные психопатологии, включая шизофрению, биполярное расстройство и большое депрессивное расстройство, ассоциированы с отклонениями в социальном поведении и обучении. Одним из синдромов, который также может иметь место при этих расстройствах, является кататония. Кататония психомоторное расстройство, при котором могут наблюдаться двигательное возбуждение, стереотипии, ступор, в том числе с явлением «восковой гибкости» (каталепсии). Крысы с генетической кататонией (ГК) и маятникообразными стереотипными движениями (МД) имеют физиологические и поведенческие изменения, сходные с наблюдаемыми при шизофрении и депрессии у человека, и могут рассматриваться как неполные экспериментальные модели этих патологий. Социальное поведение крыс линий ГК и МД ранее не было исследовано, также недостаточно изучены когнитивные способности животных данных линий. Чтобы определить, имеются ли изменения в социальном поведении и пространственном обучении у крыс линий ГК и МД, было проведено их поведенческое фенотипирование в тесте «резидент-интрудер», трехкамерном тесте и лабиринте Барнс. В нашей работе показаны некоторые отклонения в социальном поведении, такие как усиление оборонительной агрессии у крыс МД, увеличение или уменьшение уровня социальных взаимодействий в зависимости от условий тестирования у крыс ГК. Кроме того, анализ главных компонент выявил отрицательную связь между кататоническим застыванием и индексом социальности в трехкамерном тесте. Снижение двигательной активности крыс ГК может негативно влиять на выполнение заданий по оценке пространственной памяти. Показано, что крысы МД не используют пространственную стратегию в лабиринте Барнс, что может указывать на нарушение обучения и пространственной памяти.

Mugil cephalus L., 1758 (лобан) – ценная промысловая рыба и перспективный объект разведения в бассейнах Черного и Азовского морей. Изучение его паразитофауны крайне важно для рыбного промысла и марикультуры. Одними из массовых эктопаразитов, обитающих на жабрах кефалевых, являются моногенеи рода Ligophorus. На лобане в Азово-Черноморском регионе паразитируют два представителя этого рода: Ligophorus mediterraneus Sarabeev, Balbuena et Euzet, 2005 и Ligophorus cephali Rubtsova, Balbuena, Sarabeev, Blasco-Costa et Euzet, 2006. Морфологическое определение этих видов весьма трудоемко и требует высокого уровня квалификации. Для быстрого и точного различия двух названных видов паразитов нами разработан метод, основанный на ПЦР вариабельных участков рибосомного гена 28S. Данный ген широко используется для молекулярной таксономии рода Ligophorus. В настоящей работе применялись три подхода: анализ длины амплифицированных фрагментов, аллель-специфичная ПЦР с детекцией в конечной точке и аллельспецифичная ПЦР в реальном времени с использованием интеркалирующего красителя SYBR Green. Первый подход заключался в подборе праймеров для получения ПЦР-продуктов различной длины, которые были характерны для L. mediterraneus или L. cephali. Этот подход был осуществлен благодаря наличию нескольких вариабельных локусов, которые находятся на расстоянии друг от друга. ПЦР-смесь содержала три праймера: один прямой и два обратных. Прямой праймер был комплементарен консервативному участку, который не различался между видами. Обратные праймеры были видоспецифичны, при этом для каждого вида они были комплементарны различным участкам ДНК, которые расположены на удалении 100 п. н. друг от друга. В результате L. mediterraneus характеризовался более короткими ампликонами, чем L. cephali. Для второго и третьего подхода конструировалась пара праймеров по следующему принципу: прямой праймер был комплементарен обоим видам, так как подбирался к консервативному участку гена. Обратные праймеры были видоспецифичными и разрабатывались к вариабельному участку 28S. На этом участке два вида паразита различались тремя точечными мутациями. Таким образом, одна пара праймеров была комплементарна L. mediterraneus, вторая – L. cephali. Анализ длины амплифицированных фрагментов и аллель-специфичная ПЦР в реальном времени продемонстрировали 100 % совпадение результатов генотипирования при сравнении с морфологической идентификацией и секвенированием по Сэнгеру. Разработанные протоколы генотипирования могут быть использованы не только для различия обитающих на лобане двух видов Ligophorus при экологических исследованиях и в ветеринарной практике, но и для последующей разработки подобных методов для других моногеней, среди которых много патогенных видов.

Генетический состав породы и ее генетические отличия от других пород определяют ее облик и характерные особенности, включая экономически важные признаки и встречаемость патологий. К настоящему времени выявлено множество локусов, контролирующих наиболее значимые фенотипы, что успешно используется в мировой практике для маркер-ассоциированной селекции в целях улучшения свойств пород. В настоящей работе проведен сравнительный анализ частот известных каузативных нуклеотидных замен, вставок и делеций, связанных с заболеваниями и хозяйственно ценными признаками, в российских и зарубежных породах крупного рогатого скота. Выявлены частоты вышеуказанных ДНК-полиморфизмов в популяциях российских пород крупного рогатого скота, выполнено их сравнение с частотами в зарубежных популяциях для пород, разводимых в Российской Федерации, а также с другими зарубежными породами. Наши результаты показывают схожесть частот большинства аллелей внутри пород (российского или зарубежного разведения), а также связь между представленностью аллелей исследуемых полиморфизмов и наличием определяемых ими фенотипических признаков. Были найдены и превышения по частотам ряда нежелательных аллелей в российских популяциях крупного рогатого скота, на которые стоит обратить внимание при селекционной работе с породами. Обнаружено, что аллели, отвечающие за повышенную фертильность породы герефорд, имеют повышенную частоту в популяциях российского разведения по сравнению с зарубежными популяциями. Интересно, что для азиатских турано-монгольских вагю и якутского скота наблюдалась меньшая связь между фенотипическими признаками и частотами известных каузативных аллелей по сравнению с европейскими породами. Наша работа указывает на конкретные генетические варианты, которые могут быть использованы для улучшения и/или поддержания качеств ряда пород крупного рогатого скота, разводимых в Российской Федерации.

Идиопатический легочный фиброз – тяжелая прогрессирующая интерстициальная болезнь л ких с распространенностью 2–29 случаев на 100 000 человек населения в мире. Значимым фактором риска заболевания является старение, механизмы развития которого задействованы в патогенезе идиопатического легочного фиброза. К ним относятся истощение теломер, геномная нестабильность, дисфункция митохондрий и потеря протеостаза. Важную роль в развитии идиопатического легочного фиброза играют также эпителиально-мезенхимальный переход, активация TGF-β и снижение экспрессии сиртуина SIRT7. Молекулярно-генетические исследования показали, что в патогенезе идиопатического легочного фиброза имеют значение мутации и полиморфизмы в генах муцина (MUC5B), в генах, ответственных за целостность теломер (TERC, TERT, TINF2, DKC1, RTEL1, PARN), генов сурфактанта (SFTPC, SFTPCA, SFTPA2, ABCA3, SP-A2) и иммунной системы (IL1RN, TOLLIP), а также гаплотипы генов HLA (DRB1*15:01, DQB1*06:02). Перспективно изучение влияния на развитие болезни обратимых эпигенетических факторов, которые могут быть скорректированы таргетной терапией. Среди них с идиопатическим легочным фиброзом ассоциированы специфические микроРНК и длинные некодирующие РНК. Сделано предположение, что драйверным событием для идиопатического легочного фиброза служит дисрегуляция транспозонов, которые являются ключевыми источниками некодирующих РНК и влияют на механизмы старения. Это обусловлено тем, что при патологической активации транспозонов происходит нарушение регуляции генов, в эпигенетическом управлении которых участвуют происходящие от этих транспозонов микроРНК (в связи с комплементарностью нуклеотидных последовательностей). Анализ базы данных MDTE (miRNAs derived from Transposable Elements) позволил выявить 12 различных микроРНК, гены которых в эволюции возникли от транспозонов и ассоциированы с идиопатическим легочным фиброзом (miR-31, miR-302, miR-326, miR-335, miR-340, miR-374, miR-487, miR-493, miR-495, miR-630, miR-708, miR-1343). Описаны взаимосвязи мобильных элементов с TGF-β, сиртуинами и теломерами, дисфункция которых вовлечена в патогенез идиопатического легочного фиброза. Новые данные об эпигенетических механизмах развития патологии могут стать основой для улучшения результатов таргетной терапии болезни с использованием в качестве мишени некодирующих РНК.

Семейная гиперхолестеринемия – распространенное во всем мире наследственное заболевание человека, при котором чаще всего дефекты обнаруживаются в гене рецептора липопротеинов низкой плотности (LDLR). Цель работы – систематизировать знания о мутациях гена LDLR в России. Проведен анализ литературы по предмету исследования, составлены сводные таблицы, показывающие встречаемость мутаций в отдельных регионах, и определены часто встречающиеся мутации. Более трети (80 из 203, т. е. 39.4 %) патогенных или вероятно патогенных мутаций представлены вариантами, специфичными для России и не встречающимися в других странах. Наибольшее количество вариантов охарактеризовано в крупных городах: Москве (130 патогенных мутаций), Санкт-Петербурге (50), Новосибирске (34) и Петрозаводске (19), тогда как регионы охарактеризованы гораздо хуже. Подавляющее число патогенных мутаций (142 из 203, или 70 %) найдено в единичных семьях, и только 61 вид мутаций встречался в двух или в нескольких родословных. Лишь 5 видов мутаций были найдены не менее чем в 10 семьях. Как и везде в мире, в России в гене LDLR преобладают миссенс-мутации, но особенным национальным своеобразием характеризуются мутации типа сдвига рамки считывания: из 27 найденных вариантов 19 (70 %) специфичны для России. Наивысшее число мутаций в гене LDLR в российской популяции обнаружено в четвертом и девятом экзонах. Это определяется тем, что четвертый и девятый экзоны являются самыми протяженными в гене и кодируют функционально важные участки белка, что обусловливает повышенную плотность патогенных мутаций в расчете на один нуклеотид длины именно в этих экзонах. Российская популяция имеет наибольшее число совпадающих мутаций с популяциями Польши, Чешской Республики, Нидерландов и Италии. Внедрение методов таргетного секвенирования существенно ускорило характеристику мутационного спектра при семейной гиперхолестеринемии, но из-за отсутствия систематических исследований в регионах большинство видов мутаций в России, вероятнее всего, еще не описано.

Вспышка нового варианта коронавирусной инфекции, известной как COVID-19, произошла в конце 2019 г. в Китае, в городе Ухань, и была вызвана вирусом SARS-CoV-2. Данный вариант вируса характеризуется высокой степенью изменчивости и, как показывает сложившаяся ситуация с его распространением по различным регионам земного шара, способен приводить к прогрессирующему распространению инфекции среди человеческой популяции и становиться причиной возникновения пандемии. Мировое сообщество исследователей прилагает огромные усилия для разработки средств защиты, профилактики и лечения этого заболевания, основываясь на современных достижениях в области молекулярной биологии, иммунологии и вакцинологии. В предлагаемом обзоре суммирована информация о современном состоянии исследований в области создания вакцин против COVID-19 с акцентом на роль растений в решении этой сложной проблемы. Хотя растения издавна использовались человечеством в качестве источников различных лекарственных субстанций, в условиях пандемии растительные системы экспрессии становятся привлекательными в качестве биофабрик или биореакторов для наработки искусственно созданных белковых молекул, включающих протективные антигены для вакцины против вирусной инфекции. Дизайн и конструирование таких искусственных молекул лежат в основе создания рекомбинантных субъединичных вакцин, нацеленных на быстрое реагирование против распространения инфекций с высокой степенью изменчивости. В обзоре представлено состояние исследований, охватывающее период немногим более двух лет, т. е. с момента появления новой коронавирусной инфекции. Обсуждается важность быстрого реагирования исследовательских групп из разных научных областей в направлении использования уже существующих разработок для создания средств защиты против различных патогенов. На примере двух растительных систем экспрессии – стабильной и транзиентной – показано развитие работ по конструированию рекомбинантных субъединичных вакцин против COVID-19 в различных лабораториях и коммерческих компаниях. Подчеркнута перспективность использования растительных систем экспрессии для разработки не только средств защиты в условиях быстрого реагирования (субъединичные вакцины), но и терапевтических средств в виде моноклональных антител против COVID-19, синтезируемых в растительных клетках.