За недолгое в масштабах истории планеты время своего существования человек изменил облик Земли куда сильнее, чем могли бы это сделать стихийные бедствия или размеренный эволюционный процесс. И речь не только о городах и дорогах, но и о растениях с животными. Всего за два столетия внешний вид овощей, фруктов, сельскохозяйственных животных изменился до неузнаваемости. И в этом заслуга селекции и генетики, о которых мы поговорим с заведующей кафедрой разведения, генетики и биотехнологии животных Тимирязевской академии, профессором РАН Мариной Ивановной Селионовой.
— Чем занимается ваша кафедра? Какие задачи решают генетика и разведение животных?
— Наша кафедра разведения, генетики и биотехнологии животных работает в направлении общемировых тенденций применения генетических технологий в животноводстве, а именно использования уже разработанных маркер-ассоциированных подходов в селекции, а также в области поиска новых участков генома, ассоциированных с экономически важными признаками. К таким признакам сегодня относят не только параметры продуктивности животных, но и характеристики, обеспечивающие их здоровье, устойчивость к заболеваниям. Наверное, стоит немного оглянуться назад, с тем, чтобы понять, как много уже сделано в раскрытии генетических механизмов формирования этих самых признаков. Если еще 30 лет назад при селекции животных, как правило, использовали генетику количественных признаков, то сегодня селекционную ценность отдельных особей можно прогнозировать на уровне генома. То есть исходный селекционный материал генотипируется сначала на уровне ДНК, чтобы понимать, какие аллели в интересующих селекционера генах имеются или отсутствуют. Исходя из этого, целенаправленно подбираются родительские пары так, чтобы с большей вероятностью тиражировать высокоценный генетический материал. При этом некоторые гены «переводятся» в гомозиготное состояние, чтобы не происходило расщепления даже спустя много поколений, или, наоборот, элиминируется те аллели, которые нежелательны и связаны с генетическими аномалиями или пониженной продуктивностью. Даже в гетерозиготном состоянии генетики пытаются избавиться от носителя «ненужной» аллели, чтобы популяции были свободны от аномалий или генетических дефектов.
Безусловно, первая задача — это повысить продуктивность животных, и здесь научные коллективы не только за рубежом, но в России достигли колоссальных успехов. Средняя молочная продуктивность по стране приближается к 7 тысячам литров молока за лактацию, среднесуточные привесы мясного скота – 1000 грамм, бройлеры уже за 38 дней достигают кондиционного веса. И вот эта высокая продуктивность должна поддерживаться соответствующим здоровьем, поэтому следующая задача — создать генетически устойчивых к определенным заболеваниям животных. И вот тут нужно искать гены, ассоциированные с иммунитетом, с восприимчивостью или невосприимчивостью к тем или иным заболеваниям. И тогда в технологиях выращивания, возможно, не нужно будет использовать так много иммунизаций, антибиотиков. Безусловно, человечество с тем, чтобы обеспечить свою потребность в продуктах животного происхождения, ищет все возможные биологические резервы в геноме самих животных для получения от здоровой продукции с наименьшими затратами.
— Какие признаки, помимо продуктивности и здоровья животных, вас интересуют?
— Как только человек приручил животных, он начал стремиться к управлению наследственностью. Сначала неосознанно, просто проводя из поколения в поколение отбор лучших особей. Затем научился использовать математические методы, т.е. биометрии, которая позволяла обработать большие массивы данных о продуктивности животных и выделить генетическую составляющую из фенотипических внешних признаков. Сегодня же фенотипические данные и расшифрованный геном позволяют ученым и практикам переходить к геномной селекции, то есть прогнозировать будущую продуктивность молодых животных, изучив их геном, геном и признаки продуктивности их прямых и боковых предков в нескольких поколениях, а также все эти же показатели у тех, с кем проводится сравнение. Определить самых ценных и отобрать для дальнейшего разведения чрезвычайно важно, поскольку используется метод искусственного осеменения, который позволяет от одного производителя получать 5–10 тыс. потомков. Представляете, как тиражируется этот генотип? Процесс и темпы селекции увеличиваются во много раз. Однако существует и обратная сторона, в случае, если пропустить какой-то генетический дефект, то и он размножиться многократно.
Затронем и еще некоторые тренды селекции. Мир меняется, жизнь человека также меняется. В XIX в. нужны были животные, которые продуцировали много жира, потому что нужна была энергия, просто энергия, которую человек должны был черпать из продуктов животного происхождения. Например, сальные породы свиней. Крупная белая порода, выведенная в Англии, отличалась значительно большим содержанием жира, привычного нам, сала. Сегодня это уже не нужно, за человека трудную энергоемкую работу делают механизмы. И человек все больше сосредоточивается на умственном труде. Так что теперь ему нужно меньше жиров, но зато в тех жирах, которые есть, должно быть больше ненасыщенных жирных кислот — омега-3, омега-6, а в белках нас волнует такой аминокислотный состав, который содержит больше незаменимых аминокислот. И вообще весь метаболизм, должен быть направлен на то, чтобы получить больше витаминов, микроэлементов в хелатной форме. Нет сомнения в том, что наше здоровье напрямую зависит от продуктов, которые также должны быть получены от здоровых, физиологически всем обеспеченных животных. И понять какие гены обеспечивают этот баланс, чрезвычайно важно.
— Насколько быстро происходит селекция животных? Сколько времени требуется, чтобы добиться поставленных задач?
— Процесс очень, очень медленный. Для того, чтобы получить новую породу в молочном скотоводстве, уходит не менее 30 лет, в области овцеводства, не менее 10–12 лет. Однако с современными подходами геномной селекции процесс может несколько ускориться, потому что все генотипы, которые нужны селекционерам, будут отбираться заранее с тем, чтобы конечный продукт селекции был получен быстрее.
— Какими животными занимается ваша кафедра?
— В Тимирязевской академии на протяжении многих лет была единственная в стране кафедра овцеводства, и мы до сих пор сохраняем ее традиции, развивая именно эту научную школу. Теперь мы ведем селекцию овец и коз на геномном уровне. Более того, совместно с Всероссийским институтом животноводства им. акад. Л.К. Эрнста мы создали первую референсную базу геномов молочных овец и коз в России, хотя нам интересны и другие виды сельскохозяйственных животных. Здесь есть лидеры в других НИИ, например в коневодстве — это Всероссийский научно-исследовательский институт коневодства. То есть у каждого научного учреждения или образовательной организации сложились свои традиции. Сейчас мы хотим развивать еще одно направление — генетику служебных собак. Эта ниша пока, на наш взгляд, не занята, но здесь свои подходы в селекции.
— Какие признаки вы отбираете в служебных собаках?
— Первый — это, конечно же, послушание. Второй — быстрота выполнения тех или иных команд. И еще один — это отсутствие агрессии в адрес того, кто проводит дрессировку. Скажем так, «собачий интеллект» — вот самый главный критерий отбора. Я не говорю об экстерьерных показателях, которые должны обязательно выполняться при оценке собак. Особь должна быть определенного размера, определенной высоты в холке, у нее должны быть определенным образом расположены уши и так далее — на это смотрят специалисты по оценке фенотипа служебных собак, то есть внешних признаков. Мы же пытаемся смотреть на животное на уровне генотипа и понять какие же участки генома определяю ценность особи.
— Какими еще проектами сейчас занимается ваша кафедра?
— Не так давно мы завершили один проект РФФИ по поиску генов, ассоциированных с мясной продуктивностью у казахской белоголовой породы. Сегодня мы продолжаем проект совместно с Всероссийским институтом животноводства. Нас интересует мясная продуктивность как количественно, так и качественно, то есть мы смотрим на нежность, сочность, мраморность говядины. Коллектив кафедры также в 2023 году завершил проект Российского научного фонда по поиску генов, ассоциированных с мясной продуктивностью у мясомолочных коз. Сегодня мы работаем по поиску генов молочной продуктивности коз также в рамках проекта Российского научного фонда. Я думаю, что в этом ключе мы и будем двигаться и дальше, чтобы как можно скорее создать отечественные породы молочных коз, с высокой продуктивностью в условиях России.
— Сталкивается ли сейчас селекция, генетика с какими-либо проблемами?
— Как и во всяком деле имеются свои трудности. Первое — неполная готовность производить реактивы для проведения полномасштабных исследований в области генетики. К сожалению, у нас нет собственных ДНК-чипов российского производства. Но это, мне кажется преодолимая проблема. Представляется, что российская генетическая наука в скором времени перестроится, и эти моменты будут решены. Второе — эта недостаток в специалистах, которые могут обрабатывать большие данные. Исследователь должен хорошо владеть всеми методами молекулярной генетики, то есть выделять ДНК, генотипировать, амплифицировать, секвенировать и т.д. Но дальше необходимо соединить знание о генотипе животного со знаниями о внешних, т. е. его фенотипических данных. А затем грамотно их использовать в селекционных программах. Одним словом сегодня нужны биоинформатики.
— Какое будущее у генетики, у биотехнологий?
— Классическая и молекулярная генетика — это, наверное, одни из самых молодых естественных наук. И тот результат, который уже достигнут генетиками всего мира, на самом деле потрясает. Расшифрованы геномы практически всех живых существ на Земле. Найдено много участков генома, которые контролируют одни и те же процессы, начиная от маленькой мышки и до человека. Управлять наследственностью очень сложно. Но, тем не менее сегодня с использованием мощных вычислительных технологий ученые подошли вплотную к геномному редактированию. И здесь больше успехов конечно в растениеводстве. Хотя и у животных тоже выполнены такие эксперименты, когда, зная действия определенного гена, редактируя его, можно «выключить» его, или, наоборот вставляя две копии, «попросить» его интенсивнее работать. Конечно же, целевыми генами редактирования будут и те, которые ассоциированы с устойчивостью к болезням. Просто представьте себе, что в будущем животные никогда не будут болеть сибирской язвой. Они будут генетически устойчивы, на клетках будут защитные барьеры, вырабатываемые самим животным. Таким образом, будущее за пониманием генетической природы продуктивности и иммунитета.