На перекрестке научных дисциплин открываются величайшие перспективы науки. Очевидно, что ни один физик, астроном или химик не может обойтись без математики. Взаимодействие атомов и молекул можно увидеть как физически, так и химически.
Оценка профессии
Что такое экология и что такое генетика, более-менее понятно каждому. На генетический аппарат человека, как и у других жителей Земли, влияют различные факторы окружающей среды. Кроме того, люди считаются одним из видов, наиболее чувствительных к таким воздействиям.
Экологическая генетика, дисциплина на перекрестке двух наук, изучает взаимодействие хромосом и содержащихся в них генов с окружающей средой. В наше время экологический генетик работает над очень важными проблемами. Сегодня известно, что генетические мутации вызываются не только радиацией, но и химическими веществами, вирусами и паразитическими организмами. В результате эхогенетика разветвляется по разным направлениям, каждое из которых имеет свою задачу.
Радиационная генетика занимается влиянием на наследование ионизирующего излучения.
Генотоксикология изучает изменения генов под воздействием химикатов.
Организмы и виды взаимодействуют, что не проходит бесследно как для их генетического аппарата, так и для самой экологической генетики; соответствующий ей раздел называется несколько громоздким: генетика межорганизмов и межвидовых взаимодействий.
Внутри есть такая интересная вещь, как симбиогенетика: генетика взаимодействия видов, живущих в симбиозе.
Влияние Чернобыля и лекарств
Экологический генетик занимается не только фундаментальными исследованиями в НИИ, но и самостоятельно найдет применение в конкретной практике. Есть над чем поработать. В этом году исполняется 20 лет со дня памятной аварии на Чернобыльской АЭС, и в целом масштабы использования радиоактивных веществ сейчас огромны. Кроме того, лекарства и другие новые вещества, полученные из природных источников или синтезированные искусственно, также должны быть проверены на мутагенность. А для решения многих проблем современной экологии нужны квалифицированные специалисты, владеющие как генетическими методами, так и знаниями о взаимодействии организмов с окружающей средой на разных уровнях.
Работая в одном из этих направлений, профессионал занимается тестированием конкретных факторов окружающей среды, то есть выясняет, как этот фактор и в какой дозе влияет на живой организм, его хромосомы и содержащиеся в них гены. Или провести обследование — выявить влияние именно этого фактора на данную дозу в данном конкретном случае.
Так что же делают с мышами
Тесты не только психологические, но и токсикологические. Токсикологическая генетика определяет мутагенное (когда гены мутированы или хромосомная ДНК нарушена) и канцерогенное действие различных веществ. Для этих целей существуют различные тесты и тест-системы. В том случае, если необходимо быстро провести первичную оценку воздействия вещества на организм и его геном (т.е.на совокупность наследственных признаков), используются краткосрочные тесты. Конечно, они не так надежны, как длительные испытания, недостатками которых являются дороговизна испытаний и, по определению, долговечность. Поэтому чаще используются среднесрочные тесты.
Кроме того, обычно выполняется не один тест, а серия из трех и более разных тестов, причем с использованием разных объектов модели, например, мышей. В зависимости от полученных результатов делается вывод о вреде или относительной безопасности исследуемого вещества. Контрольная группа, конечно же, состоит из тех же «объектов», но без влияния испытуемого вещества. Выживаемость модельных объектов обычно является индикатором повреждений.
В ходе испытаний также рассчитывается частота появления злокачественных опухолей и мутаций у экспериментальных животных. Увы, любому биологу-экспериментатору (которые обычно являются экологами-генетиками) сразу приходится иметь дело с этим печальным обстоятельством: он будет сопровождать его работу. Независимо от жалости мышей, крыс или лягушек, их нужно принести в жертву, чтобы мы потом не стали жертвами. Могу только утешить особо впечатлительных читателей, что памятник лягушке, памятник кошке в СПбГУ и памятник собаке в Научном институте экспериментальной медицины (Петербург.
Какие конкретно тесты проводятся, из каких занятий состоят рабочие дни? Каждый день генетический токсиколог проводит рутинный метафазный анализ: он маркирует хромосомы специальным красителем, после чего сами хромосомы и, как следствие, многие их перестройки (это предмет исследования) можно наблюдать под микроскопом. Под наблюдением ученого также проводятся микроядерные тесты (при делении клеток аномальные хромосомы, сигнализирующие о заболевании, часто попадают в так называемое «микроядро», которое намного меньше ядра нормальной клетки; при определенных условиях и окрашивании красителями эти микроядра можно наблюдать на препаратах). Также существует анателофазный тест; основан на том, что некоторые хромосомные аномалии мешают им правильно и своевременно делиться на новые ядра при делении клеток, поэтому на более поздних стадиях деления могут наблюдаться характерные отклонения деления, например, мостики или задержки.
Если тестируемое вещество показало снижение выживаемости, повышенный риск мутации или развития злокачественных опухолей хотя бы в одном из тестов, оно уже считается небезопасным.
Посмотри в микроскоп – и скажи, было ли облучение
Радиационные генетики изучают влияние ионизирующего излучения на геном — излучения, обладающего достаточно высокой энергией, чтобы вызвать ионизацию молекул. Помните, что ДНК состоит из двух нитей, соединенных вместе? Часть одной из этих цепочек может быть синтезирована искусственно. Затем этот так называемый зонд необходимо специально пометить и таким образом «гибридизировать» с имеющимся препаратом лимфоцитов крови. Наш зонд будет «связываться» с желаемым участком гена или хромосомы, как если бы он был частью «нативной» второй цепи ДНК, и этот участок можно увидеть благодаря нанесенной метке. Таким образом можно будет проследить специфические хромосомные перестройки облучения. Поскольку это исследование проводится на клеточном уровне, этот метод называется
гибридизация in situ является цитогенетической. Однако все вышеперечисленные тесты также являются цитогенетическими. Исследования также ведутся на другом уровне, на молекулярном уровне.
Но в любом случае ученые смотрят, как ведут себя хромосомы. Например, знаете ли вы, что появление в клетке хромосомы с двумя центромерами (обычно должно быть сужение, соединяющее «плечи» хромосомы, или центромеры) почти наверняка указывает на имевшее место излучение? Такие хромосомы редко образуются спонтанно. Таким образом, так называемая дицентрическая хромосома служит сигналом тревоги для людей, занимающихся лучевой диагностикой. Считается, что количество одних и тех же дицентрических хромосом можно использовать для приблизительного определения полученной дозы облучения. На этом основана биодозиметрия.
Генетика привлекательности
Генетика межорганических взаимодействий, симбиогенетика изучает взаимодействие геномов различных организмов и их видов.
Известно несколько удобных моделей для таких исследований. Одна из наиболее доступных — система взаимодействия между дрожжами (Sacharmyces cerevisia) и плодовой мухой. Drosophila melanogaster. Мухе нужны стероидные гормоны для нормального развития и способности оставлять потомство — а сама она их не производит. Он нашел выход благодаря дрожжам. Муха потребляет их вместе со стероидами, которые они синтезируют! Генотип дрожжей поражает мух: некоторые «семейства» дрожжей, характеризующиеся строго определенным набором генов, более «приятны» мухам, чем другие, более эффективны, а некоторые могут даже быть вредными для мух.
Помимо мух с дрожжами, также изучается генетика взаимодействия клубеньков бактерий с бобовыми (бактерии вызывают образование опухолей у их корней, поэтому, возможно, некоторые результаты в этой области применимы в онкологии — так или иначе, и благодаря им уже найден новый способ генетической модификации растений); эндо- и экзомикориза; лишайники (близкое генетически интересное сочетание грибов и водорослей в одном организме). Здесь многое еще предстоит изучить и прояснить.
Кроме того, есть еще один интересный вопрос. По мере того, как становится все более известным, феромоны участвуют в выборе супругов. Дрожжи также выделяют феромональные вещества — и, таким образом, две дрожжевые клетки с разными так называемыми «типами спаривания» (похожими на пол у более развитых существ) встречаются, чтобы продолжить свой жизненный цикл. Иммунная система также участвует в высших организмах. Чем больше разные наборы специальных молекул (так называемый главный комплекс несовместимости гистонов) находятся у разных людей, тем более привлекательны они друг для друга. Это еще одна тема исследования генетики межорганических взаимодействий.
Где и как учиться
Студент может изучать генетику окружающей среды на биологических факультетах, факультетах генетики (а точнее — генетики окружающей среды) различных университетов. Это могут быть отдельные специальности или магистры, или просто темы диссертаций.
Помимо дисциплин прямого профиля, среди изучаемых дисциплин есть генетические механизмы адаптации, механизмы модификации изменчивости (то, что не обусловлено генами или их мутациями и проявляется в течение жизни организма в зависимости от его условий), гены внешней среды и наследственности человека и другие. Есть дополнительные курсы по цитогенетике, популяционной генетике, иммуногенетике, генетике старения и другим не менее интересным темам.
На семинарах учат работать с модельными объектами, правильно (т.е в соответствии с поставленной целью) планировать и ставить эксперименты, получать результаты и анализировать полученные данные с помощью методов математической статистики.
И генетика, и экология – и можно без хлеба?
В наши дни быть биологом непросто. Не секрет, что в нашей стране науке уделяется очень мало финансового внимания. Однако генетикам в этом плане повезло. Поддержать энтузиазм молодых генетиков призвано большое количество различных стипендиальных программ, конкурсов, стипендий, как российских, так и совместных с зарубежными коллегами. В частности, одной из самых популярных государственных финансовых программ являются гранты Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ). Кстати, средства могут быть выделены как на фундаментальные лабораторные проекты в целом, так и на исследовательские проекты отдельных молодых ученых — в зависимости от конкретных программ и условий конкурса.
Экологический генетик может заниматься не фундаментальной наукой, а прикладной деятельностью. Все будет зависеть от того, где он устроится на работу. Если тесты и экзамены проводятся в государственных и частных компаниях и лабораториях, которые не занимаются наукой как таковой, частные компании могут предложить неплохой заработок. Однако количество таких мест ограничено. Если у вас есть начальные средства, вы можете создать свою компанию или независимую экспертную лабораторию, возможно, объединив усилия, например, с химиками-аналитиками.
Однако большая честь экологов-генетиков, желающих работать по специальности, по-прежнему остается за наукой. Для обмена информацией и установления контактов между молодыми учеными постоянно проводятся многочисленные конференции и школы — отличный способ поискать перспективы: таким образом можно найти интересные темы и разработки, познакомиться со стажировками. В последнее время школа экологической генетики стала проводиться регулярно, а организаторами этой школы выступили именно активисты кафедры генетики и селекции Санкт-Петербургского государственного университета. Для радиологов-генетиков в Обнинске ежегодно проводится Школа радиобиологов — очень интересное и полезное мероприятие, организованное Обнинским медицинским рентгенологическим научным центром.
Международные конференции, конечно, открывают нам особые перспективы. Таким образом, многие мои знакомые наладили полезные контакты в разных странах и получили приглашение поработать за границей (например, сейчас девушка работает в одной из мастерских в Германии). Есть, например, совместные российско-германские проекты по радиологическим исследованиям.
Нелишние люди
Так быть или не быть? Но каждый решает индивидуально. Со своей стороны могу заверить вас, что экологическая генетика и все ее разделы, которые я описал, очень интересны, чрезвычайно полезны и очень многообещающи. Я даже не говорю о том, что, как и любая наука, экологическая генетика изучает наше окружение, только в гораздо более важном аспекте: аспекте прямого воздействия на нас. В конце концов, наш мир — это все, с чем мы контактируем и взаимодействуем каждый день.
И, наконец, я посажу семена надежды в души тех, кто хотел бы посвятить себя науке (в частности, экологической генетике), но все еще грызет вопрос о финансовых перспективах. К сожалению, из-за низкой заработной платы в наше время наукой идут только заинтересованные энтузиасты. Там есть несколько. С другой стороны, с каждым годом в нашей стране становится все больше и больше экономистов, юристов и представителей других профессий, которые сейчас престижны и очень хорошо оплачиваются. Все это — пока… Представьте, что будет через 10-15 лет, когда старое мудрое, уважаемое, но, увы, не вечное поколение тех советских ученых отдохнет заслуженно .. ученый станет занесены в красную книгу редких видов. Но государству наука очень нужна. И чтобы привлечь людей в эту сферу, начнёт (а сейчас, видимо, уже начинается — зарплата сотрудников РАН увеличена вдвое) поощрять занятие наукой рублем. Ученый станет престижным не только с точки зрения общественного уважения к умственному труду, но и с финансовой точки зрения.
Кто заменит старшее поколение ученых? Вы. Пока «лишние» юристы и экономисты не будут знать, что с собой делать…
