Томский государственный университет стал одним трех победителей конкурса, объявленного Минобрнауки РФ в рамках программы развития генетических технологий в России. Исследования учёных нацелены на решение проблемы обеспечения населения безопасными продуктами, которые не содержат микробов с резистентностью к антибиотикам. Соисполнителями ТГУ по масштабному междисциплинарному проекту являются ФИЦ «Биотехнологии РАН», МГУ им. М.В. Ломоносова, НИЦ «Курчатовский институт», Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН, фонд «Поддержка проектов в области образования».
В настоящее время в сельском хозяйстве при производстве мяса, молочных продуктов, яиц широко используются антибиотики, которые позволяют снижать заболеваемость животных и предотвращать их массовый падёж. В результате у микроорганизмов, которые содержатся в кишечнике коров, свиней и других животных, вырабатывается устойчивость к антибактериальным препаратам.
– Вместе с отходами жизнедеятельности животных – навоза и компоста, используемых как удобрение, такие микроорганизмы попадают на поля, в почву и продукты, которые на ней выращиваются, – объясняет руководитель проекта, заведующая кафедрой физиологии растений, биотехнологии и биоинформатики Биологического института ТГУ Ольга Карначук. – В конечном итоге это приводит к тому, что микробы с резистентностью к широкому спектру антибиотиков населяют кишечник человека. Это опасно тем, что при заболевании и назначении пациенту антибактериального препарата лекарство просто не будет работать.
В рамках проекта учёные будут исследовать микробиоту (совокупность микроорганизмов) кишечника сельскохозяйственных животных: коров, лошадей, свиней, кур и некоторых региональных животных – верблюдов, яков, бурятских лошадей и северных оленей. Животные будут из мелких и крупных частных хозяйств, включая «Сибагро», который оказывает поддержку по проекту.
С помощью высокопроизводительного секвенирования исследователи получат данные обо всех генах микробов, обитающих в кишечнике животных, соберут их в геномы, идентифицируют виды и определят, какие из них могут быть использованы в новых биотехнологиях. Затем учёные выделят эти микроорганизмы с помощью традиционных биологических методов, создадут из них сообщества, разработают методики применения для решения задач, стоящих перед сельским хозяйством и пищевой промышленностью.
В частности, будут созданы консорциумы штаммов бактерий без устойчивости к антибиотикам – для использования их при выращивании мясных пород сельскохозяйственных животных. Группа исследователей из МГУ займётся разработкой состава заквасок для производства кисломолочных продуктов (кефира, кумыса, йогурта). Наряду с этим будут сформированы сообщества микроорганизмов, обладающих высокой способность к разложению органики. Их «полем деятельности» станет переработка отходов жизнедеятельности сельскохозяйственных животных в безопасные органические удобрения.
Важной особенностью проводимых исследований является привлечение волонтёров и развитие гражданской науки. Поскольку в проекте территория охвата чрезвычайно широка – от Калининграда до Сахалина, для отбора проб фекалий, навоза, перегноя, кисломолочных продуктов необходимо большое количество добровольцев. Планируется, что в этом процессе примут участие 9000 волонтёров. Организацией их работы – информированием о правилах отбора и пересылки образцов – будет заниматься один из партнёров ТГУ по проекту – фонд «Поддержка проектов в области образования».
По результатам всероссийских исследований с помощью ГИС-технологий будет составлена карта со всеми точками отбора образцов и генетическими последовательностями микробов, обнаруженных в данных пробах.
Сейчас учёным крайне важно успеть собрать пробы перегноя по Томской области. Сделать это нужно до того, как установится снежный покров. Биологи ТГУ просят откликнуться жителей региона и внести свой вклад в исследования, важные для всех россиян. Люди, которые имеют возможность сдать перегной на исследования, могут написать на почту agriculture.tsu@gmail.com. Каждому волонтёру будут направлены инструкция для отбора проб, инструменты (контейнер, перчатки и прочее).
Проект Томского госуниверситета будет решать не только исследовательскую, но и образовательную задачу по повышению генетической грамотности общества. Волонтёрам, помогающим учёным, проведут краткий курс по биоинформатике. Их научат самостоятельно находить в информационной базе данных генетические последовательности микроорганизмов из тех образцов, в отборе которых они принимали непосредственное участие.
– Этот проект имеет большое значение как для российской науки, так и для российской сферы здравоохранения, – говорит Ольга Карначук. – Сейчас достаточно хорошо известен микробиом человека. Многие заболевания, в том числе сложные, например, нейродегенеративные, уже лечат трансплантацией консорциумов полезных бактерий. В отличие от человека, микробиом сельскохозяйственных животных пока мало изучен. Прикладные исследования, проводимые российскими учеными в рамках данного проекта, помогут решить большую фундаментальную проблему – наладить эффективное производство безопасных отечественных продуктов без содержания антибиотиков и за счёт этого улучшить здоровье нации.
Проект интегрирован в программу развития ТГУ по направлению «Инженерная биология», которое определено для университета как приоритетное. Выполнение проекта, поддержанного Минобрнауки РФ, позволит создать две новых лаборатории, вывести исследования и разработки в области инженерной биологии на новый уровень. Наряду с этим будут подготовлены высококвалифицированные кадры, компетентные в области микробиологии и способные применять технологии геномного анализа в сфере сельского хозяйства.
Добавим, что проект «Широкомасштабный поиск и изучение микроорганизмов и микробных сообществ, ассоциированных с сельскохозяйственными животными и продуктами животного происхождения», поддержанный Минобрнауки РФ (идентификатор ФП-0010-8201-1374, проект с возможностью продления), рассчитан на три года. Сумма финансирования: 320 миллионов – господдежка, 32 миллиона – привлечённые внебюджетные средства. Работать над решением поставленных задач будет большая междисциплинарная группа, в которую вошли молекулярные биологи, биоинформатики и микробиологи.