Спустя несколько лет испанский ученый выявил подобные последовательности в геноме археи Haloferax mediterranei, позже они получили название CRISPR – «короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами» (англ. clustered regularly interspaced short palindromic repeats). Затем похожие повторы были найдены еще у ряда микробов, однако функции этих комбинаций генетического материала оставались непонятными. Расшифровать их значение удалось выпускнику биологического факультета МГУ, ныне работающему в США, биоинформатику Евгению Кунину.

Ему удалось установить, что повторяющиеся участки ДНК – это хранилища информации о встречах с инфекционными агентами, которые обеспечивают бактериям приобретенный иммунитет. Фрагменты вирусного ДНК или РНК встраиваются в бактерию. При следующей встрече бактерия узнает «врага» и режет его ДНК на части в том месте, где найден чужеродный фрагмент.

Теперь инструмент геномного редактирования открывает огромные возможности, масштаб которых пока еще не полностью осознан. Технология CRISPR/Cas9 позволяет получать новые данные о наследственных заболеваниях, а в перспективе и избавляться от них. Так, например, в Центре генетических ресурсов ИЦиГ СО РАН создают новые генетические линии лабораторных животных для самых разных исследовательских целей. Одна линия имеет прямое отношение к томской науке.

Ученые томского НИИ медицинской генетики исследуют особенности наследственного заболевания, связанного с нарушением трехмерной организации генома. Его проявлением является тяжелая умственная отсталость и ряд других врожденных пороков развития. Томские генетики нашли эту «поломку», а генные инженеры нашего института воспроизвели ее в геноме лабораторных мышей. Анализ жизнедеятельности животных, получивших человеческий недуг, позволяет в процессе исследования получать новые фундаментальные данные, необходимые для понимания механизма формирования патологии и поиска путей ее предотвращения.

В последнее время тема биоразнообразия довольно часто фигурирует в СМИ в связи с исчезновением какого-либо представителя флоры или фауны. Заголовки из разряда «Умер последний самец северного белого носорога», «Умерла последняя гигантская галапагосская черепаха на планете», «Снежный барс вымирает из-за конфликта с человеком» стали привычными и уже не «режут» глаз читателя.

Считается, что в среднем вид живет один миллион лет. За этот отрезок времени эволюция успевает выработать ему замену, но в последнее время сокращение биоразнообразия идет настолько быстро, что планета не успевает возмещать свои потери. По некоторым оценкам, процесс убыли видов в 200 раз опережает темпы их естественной смены. По этой причине Организация экономического сотрудничества и безопасности (ОСЭР) включила сокращение биоразнообразия в четверку глобальных проблем, требующих безотлагательного решения. Наряду с исчезновением представителей флоры и фауны, в этот список входят изменение климата, нехватка пресной воды и влияние загрязнения на здоровье человека.

Все эти проблемы в той или иной мере связаны с антропогенным воздействием, а это, в свою очередь, связано с ростом населения. Пагубно влияя на экосистемы, человек и сам оказывается под угрозой – угрозой нехватки питания, воды, почвы, кислорода. К примеру, согласно прогнозу экспертов, к 2050 году нам нужны будут две планеты, поскольку доступная земля в расчете на одного жителя планеты к этому времени уменьшится в два раза. Население слаборазвитых стран голодает уже сегодня, по сути, к этому приближается все человечество.

Стабильность биологических систем определяет и стабильность климата на планете. Всем известно, что деревья поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Но в процессе «дыхания планеты» участвует множество других звеньев. К примеру, здоровые почвы играют важную роль в смягчении последствий изменения климата за счет накопления (связывания) углерода и уменьшения выбросов парниковых газов в атмосферу. Неправильное использование почв приводит к прямо противоположному эффекту. Нарушение баланса экосистемы уже спровоцировало увеличение количества природных катаклизмов на планете. Пожары в тундре, торнадо в Сибири – еще недавно это казалось невозможным, но довольно скоро может стать привычным. В марте 2018 года были опубликованы новые результаты исследований проведенных группой, объединяющей 27 научных академий Европы. В документе «Тренды в экстремальных погодных условиях на территории Европы» представлены данные о том, что критические погодные явления за последние 36 лет значительно участились, в частности, возросло количество паводков, наводнений, лавин, селей. Ранее были получены результаты, которые показали, что число природных катаклизмов с 1980 года увеличилось вдвое.

Уже в конце ХХ века стало очевидно, что ситуация складывается критически и требует немедленных действий. Международное сообщество инициировало создание Конвенции о биологическом разнообразии, которая была подписана в 1992 году. Россия присоединилась к этому договору в 1995-ом. Целью конвенции является сохранение биологического разнообразия, устойчивое использование его компонентов и совместное получение на справедливой и равной основе выгод, связанных с использованием генетических ресурсов.

Страны, которые присоединились к соглашению (сейчас это 189 государств, США в их число не входит), взяли на себя ряд обязательств, одно из них – разработка национальной стратегии сохранения биоразнообразия. В России такая стратегия была принята в 2002 году. Она является документом долгосрочного планирования, это значит, что развитие любой сферы в стране должно осуществляться с учетом данного документа.

Россия играет ключевую роль в сохранении глобального биоразнообразия и поддержания биосферных функций на Земле. Именно на территории РФ находится крупнейший массив природных экосистем и представлена значительная часть мирового биоразнообразия.

Более того, ученые начали обнаруживать клещей-гибридов. Такие гибриды отмечены не только в Томской области, но и в Новосибирской, Омской областях. По словам биологов, явления скрещивания обычно происходят, когда численность одного вида мала и он пытается нарастить ее за счет другого.

В качестве другого наглядного примера ученые БИ приводят данные о расширении ареала некоторых видов малярийных комаров. Они достаточно быстро продвигаются на северо-восток, отдельных особей обнаруживают даже в Якутии. В то же время происходит изменение фауны так называемых лесных комаров в пользу теплолюбивых видов, которые могут быть переносчиками нетипичных для региона опасных инфекционных и инвазионных заболеваний человека и животных.

Мониторинг видов, который проводят ученые Биологического института, позволяет всесторонне оценивать состояние популяций, в том числе получать данные об их генетическом разнообразии. Так, например, в результате исследований, проведенных биологами несколько лет назад, биологам удалось выяснить, что на территории Западной Сибири сохранились лоси, имеющие характерные только для них особенности строения ДНК. Предполагается, что данные генетические линии были широко распространены 30–40 тысяч лет назад, но повсеместно исчезли в последний ледниковый максимум 18–24 тысяч лет назад.

Скорость расходования ресурсов на планете значительно опережает формирование новых природных запасов. Осознание этого обстоятельства заставило человечество искать способы сохранения условий для дальнейшего существования. В 1992 году на Конференции ООН по окружающей среде впервые прозвучала идея стратегии устойчивого развития.

В качестве примера Владимир Захаров приводит историю, которая имела место в США в 60-70 годы. В стране, где почти повсеместно, за исключением нескольких штатов, был распространен волк, его истребили. Довольно скоро начали происходить явления, природа которых была непонятна, – экосистемы и ландшафты деградировали, плохо возобновлялась древесная растительность. Причина оказалась в отсутствии хищника, который регулировал численность копытных (оленей, бизонов и других), которые выедали молодые деревья и кустарники, не давая им возможности восстанавливаться.

В 90-е годы в Йеллоустоунский национальный парк (штат Вайоминг, частично штаты Айдахо и Монтана) была искусственно заселена группа волков. Через некоторое время экологи начали отмечать, что появление хищников в парке обеспечило регуляцию численности копытных и, как следствие, улучшение состояния всей экосистемы.

Изучение разнообразия видов и связей между ними важно с точки зрения предотвращения подобных ситуаций. Более того, во многих случаях исследование биоразнообразия позволяет лучше понимать, что происходит с человеком. Нередко при промышленном химическом и радиационном загрязнении на территории, окружающей источник, многообразие видов сохраняется.

Это интересно с двух точек зрения: во-первых, биоразнообразие еще на месте, но оно в опасности, во-вторых, то же самое происходит и с людьми. Мы много раз проводили такие оценки, работали с химиками и врачами. Медикам всегда сложнее – ведь работать со связкой «здоровье человека – среда» очень непросто, поскольку лишь в единичных случаях можно доказать причинно-следственные связи между ухудшением состояния здоровья индивидуума и влиянием на него окружающей среды.

Причина в том, что человек – существо социальное, есть множество посторонних факторов, которые способны вызывать нежелательные последствия (нездоровый образ жизни и т.д.) Животные, в отличие от людей, по сути, идеальная модель, с помощью которой можно изучать, как эти условия влияют на состояние живого организма. Такие оценки по здоровью среды и биоразнообразия очень важны для человека в контексте выработки стратегии раннего предупреждения заболеваний.

Есть и третий не менее значимый фактор – это глобальное изменение климата. Его влияние на все живое, что есть на планете, стремительно нарастает. Аномальные явления сбивают нормальный ход событий. Почти повсеместно отмечается тренд к повышению температуры, в результате чего происходит множество вещей, прежде всего, меняется динамика популяций. Во многом это происходит из-за нарушения цикличности: при высоком постоянном снежном покрове и стабильном климате численность нарастала год-два-три – потом крах, теперь популяции не успевают достигать нужной численности, природа выбивает их из цикла.

Закономерности и периодичность явлений в жизни животных и растений претерпевают заметные изменения – раньше появляется листва, раньше прилетают птицы. У целого ряда видов наблюдается расширение ареалов, в Сибири это хорошо видно. Более южные виды появляются там, где их никогда не было, какие-то виды, наоборот, уходят с привычной территории, и никто не понимает почему. Все это накапливается, и к чему приведет, пока сказать не может никто. Изучение биоразнообразия – это ключ к разгадке, необходимый для понимания того, что происходит с планетой, окружающей средой и человеком.