Кирилл Антонец: зачем ученым геномы бактерий?

Ведущий научный сотрудник СПбГУ. В 2024-м учёный получил за свою работу престижную премию правительства Петербурга имени Леонарда Эйлера. Бактерии — разнообразнейшая группа микроорганизмов. Некоторые их них — патогены, способные вызвать болезнь у живых существ. Но порой человеку это на руку и на пользу, особенно в сельском хозяйстве. Дело в том, что отдельные бактерии способны защищать растения от вредителей, пишет vecherka-spb.ru. Но чтобы человек мог использовать бактерии в своих благих целях, необходимо хорошо понимать механизмы их борьбы с насекомыми, а значит, основательно изучить их геном. Именно этим занимается молодой учёный. — Премия имени Эйлера в первую очередь была дана за разработку и использование методов анализа геномов бактерий. В этом здорово помогла биоинформатика. Биоинформатика — сравнительно новая область биологии, которая оформилась лишь ближе к концу XX века. Она объединяет биологию и информационные технологии. Думаю, многие слышали о генах — это «книга» внутри каждого живого организма, в которой подробно записана вся информация о нём. Состоит «книга» из множества комбинаций одних и тех же четырёх «букв» — А (аденин), Т (тимин), Г (гуанин) и Ц (цитозин). Поскольку живой организм устроен сложно, генетической информации в нём много: «книги» получаются большие и толстые. Вручную анализировать их просто невозможно. Для того чтобы из этого массива данных можно было вычленить информацию, которая впоследствии осмысляется учёными, используются подходы из ИТ. При помощи биоинформатических компьютерных программ мы ищем статистически значимые ассоциации. Допустим, от бактерии нам необходим определённый признак (например, возможность уничтожать вредителей). И также нам уже известны некоторые бактерии, которые этим признаком точно обладают. Мы ищем в геномах последних некую последовательность «букв», которая также может найтись в геномах других бактерий — тех, об инсектицидных свойствах которых мы до сих пор не знали. Если упрощать, статистически значимая ассоциация работает следующим образом. У нас есть некий большой общий набор изображений животных, среди которых мы учимся искать котиков. Также у нас есть дополнительный набор, точно состоящий только из изображений котиков. В последнем у всех объектов мы увидим систематически совпадающие признаки: четыре лапы, мордочка, ушки и т. д. С этими знаниями мы возвращаемся к общему набору изображений и понимаем, что если объект в нём обладает всеми выявленными признаками, то, вероятнее всего, это — кот. Только в нашем случае речь о вариантах бактерий, которые могут заражать насекомых. Пока мы исследуем не фунгицидную и бактерицидную, а именно инсектицидную активность. Всё-таки этот признак — самый сложный для анализа, ведь речь о взаимодействии бактерий со сложным многоклеточным организмом и способности инфицировать такой организм. Конечно, важнейший вопрос — безопасность таких бактерий для человека. Именно поэтому быстро перейти от исследований генома микроорганизмов к получению нового препарата для сельского хозяйства не получится: необходимы проверки и контроль. Но и бояться всех бактерий подряд не стоит: задолго до того, как люди вообще узнали о существовании бактерий, они уже использовали их в процессе приготовления пищи — например, для большинства кисломолочных продуктов. Более того, современные технологии как раз позволяют убедиться в их безопасности. Уже давно бактерии показывают свою эффективность и в борьбе с вредителями. Но «линейку» используемых для этого микроорганизмов нужно постоянно обновлять: к прежним у насекомых вырабатывается устойчивость. Для этого мы и изучаем геномы бактерий.