19.07.2021

Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова Российской академии наук с виду ничем не выделяется среди остальных зданий близ Ленинского проспекта в Москве. Однако здесь, как нигде, содержание куда богаче, чем обложка.

ИБР РАН проводит фундаментальные, поисковые и прикладные исследования на переднем крае науки. Специалисты Института изучают молекулярные и генетические механизмы регуляции ранних этапов развития и клеточной дифференцировки, клеточные механизмы регенерации, обособление клеток зародышевой линии, механизмы видообразования и многое другое. Каждое из направлений снова и снова формирует новые представления о биологическом развитии, сменяющие те, что казались незыблемыми. Нам удалось побывать в Институте, где сконцентрирована наука, творчество и непрерывный процесс познания, старт которому дал выдающийся ученый Николай Константинович Кольцов.

Кольцов известен как талантливый ученый-биолог. Он основатель целого ряда научных направлений, определивших облик экспериментальной биологии в первой половине ХХ века. Благодаря Николаю Константиновичу был создан первый научно-исследовательский междисциплинарный институт, где уделялось большое внимание экспериментам. Уже в 30-е годы ХХ века Институт экспериментальной биологии становится признанным научным центром не только на родине, но и за рубежом.

По воспоминаниям современников, Николай Константинович был щедр на идеи и охотно делился ими со своими учениками. Именно Кольцов предсказал существование наследственных молекул, носителей генетической информации, и сформулировал принцип их редупликации. Также Николай Константинович высказал идею получения мутаций при помощи рентгеновских лучей и изучал партеногенез − «однополое размножение» − на тутовом шелкопряде, используя методы химического мутагенеза. Затем уже последователи Кольцова реализовали эту идею на практике и создали эффективную технологию шелководства. В этом заслуга и Бориса Львовича Астаурова – цитогенетика и эмбриолога, академика АН СССР, и его научного коллектива. Отечественная школа генетиков и цитологов получила мировую известность.

Сегодня традиции выдающихся предшественников продолжает новое поколение ученых, в том числе молодых. Так, научный сотрудник Института биологии развития, кандидат биологических наук Елена Алпеева работает с уникальной научной установкой «Коллекция линий клеточных культур для биотехнологических и биомедицинских исследований».

«Коллекция состоит из клеток человека и животных, которые используются для различных экспериментов, в том числе для создания эквивалентов кожи, разрабатываемых в нашем Институте.

Сегодня это значимое направление научной деятельности. Например, многие фармацевтические и косметические компании постепенно переходят к клиническим испытаниям на специальных клеточных культурах или аналогах тканей, созданных на их основе, отказываясь от экспериментов над животными.

Клетки хранятся в криохранилищах при температуре -196 градусов Цельсия с использованием жидкого азота. При заморозке создаются особые условия: специалисты добавляют криопротекторные агенты, которые не дают воде внутри клетки образовать кристаллы и разорвать её. В криохранилищах клетки могут храниться десятилетиями».

Директор ИБР РАН Андрей Валентинович Васильев подчеркнул, что Институт помимо прочего выдает клетки по запросу исследователям и организациям. «При этом клетки, которые хранятся здесь,  паспортизованы. Это некий стандарт, предполагающий, что клетки конкретной линии имеют определенный хромосомный набор, они стерильны, жизнеспособны, морфологически однородны и не содержат посторонних агентов».

На базе Института создан Центр коллективного пользования. Это научная площадка, позволяющая проводить передовые исследования, используя высокотехнологичное оборудование. Приборный парк доступен всем сотрудникам Института, а также внешним специалистам. В его составе уникальные конфокальные микроскопы, позволяющие совершать открытия и получать четкие изображения биологических объектов, которые не только имеют важное значение для науки, но и поражают своей красотой.

Сотрудник группы оптических методов исследования Александра Цитрина рассказала нам о специфике работы с современными микроскопами в специальной темной комнате. Только в таких условиях сохраняется цветопередача итогового изображения.

«В своей работе мы используем оптические методы получения и анализа изображений. Сейчас мы располагаем 4 микроскопами и планируем приобрести еще один в ближайшее время. Оптическая микроскопия остается одним из базовых методов исследования, однако со времен Антони ван Левенгука она шагнула далеко вперед. Сегодня это очень технологичный и информативный метод, хотя до сих пор распространено такое мнение, что микроскопия дает лишь иллюстративный материал. Это неверно, поскольку современная микроскопия позволяет определять разнообразные количественные параметры, изучать процессы дифференцировки клеток, деления, миграции, метастазирования, архитектуру тканей и целых организмов.

Конфокальная микроскопия сейчас, в свою очередь, также считается базовым методом в науке, однако техника стоит очень дорого. Плюс ко всему данный тип микроскопии развивается очень быстро. Если десять лет назад нормой считалась разрешающая способность в 200-250 нанометров, то сегодня возможности приборов определяются диапазоном 80-120 нанометров. Под разрешающей способностью понимается степень проникновения в микромир. Это способность выдавать чёткое раздельное изображение двух близко расположенных точек объекта. Главное достоинство метода – получение не только плоских 2D-фотографий, но и 3D-изображений. Это важно при изучении, скажем, головного мозга и других сложных элементов».

После небольшой экскурсии по Институту мы побеседовали с директором ИБР РАН о клеточных технологиях и революции в биомедицине. Андрей Валентинович рассказал много интересных подробностей о современном этапе развития биологических наук. «Существуют тенденции, определяющие развитие современной биологии. Научное сообщество уже сильно приблизилось к такому уровню, когда с помощью генетических, клеточных и молекулярных технологий мы можем воссоздавать пусть и примитивный, но живой организм. Благодаря исследованиям клеток с индуцированной плюрипотентностью и клеток раннего развития мы можем для каждого человека получить клетки, которые будут соответствовать его раннему эмбриону. То есть мы подошли к тому, чтобы создать искусственный зародыш, фактически смоделировать раннее развитие. В научном смысле это потрясающе, поскольку эти знания всегда были закрыты для ученых. Одна из неразрешимых загадок. Бурное развитие этих технологий позволяет специалистам моделировать данные процессы вне организма, конструировать зародыш и анализировать то, как он развивается. Помимо этого, клеточные технологии позволяют создавать подходы для направленной дифференцировки: мы можем индуцировать развитие клеток в ту или иную специальную область и получить, например, мини-мозг или мини-сердце, мини-печень».

Между тем, клеточные технологии ставят множество этических вопросов. Андрей Валентинович справедливо отметил: «С одной стороны, даже сложно описать перспективы, которые мы можем получить, как в научном смысле, так и в технологическом. Но эта сфера, очевидно, упирается в морально-этические проблемы. Тем не менее, синтетическая эмбриология, клеточные и геномные технологии — три направления, которые обеспечат прорыв и в науке, и в прикладном секторе, при условии, что человечество будет правильно к этому относиться».

Институт биологии развития имени Н.К. Кольцова продолжает значимые исследования на переднем крае науки. Не забывая при этом опыт, накопленный Кольцовым и его последователями. В виртуальном музее ИБР РАН можно найти статью Николая Константиновича, опубликованную в 1934 году в журнале «Наука и жизнь». В ней Кольцов пишет: «Большинство научных работников Института – молодежь, полная энтузиазма, нередко очень способная. Мне всегда вспоминаются слова моего хорошего друга, известного немецкого биолога Рихарда Гольдшмита, который побывал в СССР и восторженно отзывался о наших молодых ученых, поразивших его своими удачными и смелыми выступлениями на съезде: «С такой молодежью приятно работать»! Основатель Института и его немецкий коллега совершенно точно могли бы сказать это и про современный состав Института, сотрудники которого с таким трепетом оберегают традиции и так же полны энтузиазма.

Источник: Научная Россия https://scientificrussia.ru/articles/institut-biologii-razvitiya-ran-nasledie-koltsova