Лаборатория генома

Историческая справка о лаборатории

Лаборатория генома организована в 1991 году. Первая в Казахстане лаборатория по изучению генома растений и генома человека. Основатель и первый заведующий лабораторией – доктор биологических наук, профессор, академик НАН РК Нагима Абеновна Айтхожина. С 2006 года по настоящее время заведующая Лабораторией генома – кандидат биологических наук, Гульнара Акимжановна Исмагулова. В 2009 году из состава Лаборатории генома отделилась группа «Геном человека» — Лаборатория структурной и функциональной геномики.

Исмагулова Гульнара Акимжановна

кандидат биологических наук

Заместитель генерального директора Института молекулярной биологии и биохимии им. М.А. Айтхожина, Заведующая лабораторией генома.

Телефон: 7 (727) 293-71-74; +7 (727) 293-52-13

E-mail: g.ismagulova@imbb.org.kz,   gulnara_ismagulova@hotmail.com i_gulnara@mail.ru

Окончила Казахский государственный университет им. С.М. Кирова (1978-1984), биологический факультет. Кандидат биологических наук по специальности — биохимия (1994). Опыт работы 43 года. Область научных интересов: Функциональная геномика растений, генетическая инженерия, молекулярная эпидемиология, биотехнология.

Направления научно-исследовательской деятельности

    • Геном растений— cтруктурно-функциональная организация генома злаковых культур, экспрессии генов защитного ответа злаковых культур на поражение фитопатогенами;
    • Геном человека— выявление особенностей генов человека и их регуляторных зон в норме и при патологии (локализация мутаций, полиморфизмов, делеций и вставок), генодиагностика, выявление групп риска и предрасположенности к заболеваниям;
    • Палео- и этногеномика— палеогеномные исследования ДНК из биологического материала археологических раскопок, этногеография и этногеномные исследования популяций населения Казахстана;
    • Генотипирование редких и исчезающих растений, животных и птиц— выявление генетического разнообразия популяций растений, животных, птиц, занесенных в Красную Книгу Казахстана и Международную Красную Книгу;
    • Космическая биология и биотехнологии— выявление действия комплекса космических факторов на некоторые виды высших организмов и разработка на их основе способов защиты человека;
    • Функциональная геномика и генная инженерия растений;
    • Молекулярная эпидемиология, популяционная и эволюционная генетика микроорганизмов;

Научные проекты

 2020-2022 гг.

ПЦФ «Мониторинг отечественных сортов злаковых культур на наличие генов синтеза β-глюкана как функционального ингредиента здорового питания», научный руководитель – к.б.н. Исмагулова Г.А.

2018-2020 гг.

АР05136045 «Получение новых линий пшеницы и картофеля на основе применения комплекса инновационных подходов генетической инженерии и клеточных технологий», научный руководитель — к.б.н. Скиба Ю.А.

2015-2017 гг.

3735/ГФ4 «Усовершенствование эпидемиологического мониторинга за циркуляцией возбудителя бруцеллёза в Казахстане на основе внедрения инновационных технологий молекулярно-генетического типирования штаммов Brucella spp.», руководители — д.б.н., профессор, академик НАН РК Айтхожина Н.А., к.б.н. Скиба Ю.А.

Методы исследований

Технологии полимеразной цепной реакции (RAPD, CAPS, SCAR, PT-PCR), клонирование, секвенирование, выделение РНК, ДНК и белков из разных объектов, выделение генов, создание генетических конструкций, трансформация растений, в т.ч. цис-генная, синтез олигонуклеотидов, выделение плазмидных ДНК, электрофорез нуклеиновых кислот и белков, культивирование растительных клеток.

Научные достижения лаборатории

Геном растений:

  • Направление «Биологически активные вещества растительного происхождения — низкомолекулярные биорегуляторы экспрессии эукариотического генома», ставшее приоритетом казахстанских ученых. Выявлены новые высокоэффективные ингибиторы растительного происхождения для изучения биосинтеза белка, РНК и ДНК: нарцеин, гомохаррингтогнин, цитизин, кофеин и его аналоги, спартеин. Синтезированы и исследованы биологические свойства аминокислотных и пептидных аналогов колхицина и колхамина.
  • Описан новый мобильный элементв геноме Triticumtimofeevii, имеющий прямое отношение к механизмам регуляции и транспозиции.
  • Создана клонотека ДНК казахстанских сортов пшеницы генов защитного ответа хитиназы 3-х классов, 1,3-β-глюконазы, оксалат оксидазы, Lr10 и Lr21 и изучены особенности их структурной организации функционально-значимых участков для использования в практической селекции и генной инженерии растений.
  • Впервые из пшеницы казахстанского сорта Степная-15 клонирован ген хитиназы I класса, 19-го семейства гликозил-гидролаз ChitSt15. Методами биоинформатического анализа изучены структурные особенности клонированного гена и построена глобулярная модель белка рChitSt15. Изучены физико-химические и  антифунгальные свойства белка р
  • Проведена молекулярно-генетическая  паспортизация сортов казахстанской селекции из коллекции отдела генофонда КазНИИЗР МСХ РК с целью выявления устойчивых к бурой ржавчине, септориозу и желтой пятнистости листьев, сортов-носителей «нулевых» аллелей waxy-генов и гена Gpc—B1.

Геном человека:

  • Заложены основы молекулярной и популяционной генетики человека в Казахстане, молекулярной медицины, позволяющие установить механизмы возникновения наследственных заболеваний (атеросклероз, ишемическая болезнь сердца, гипертензия, рассеянный склероз) и их генодиагностику, имеющие важное фундаментальное и практическое значение. Выявлены полиморфизмы ДНК, локализованы точковые мутации и определены нуклеотидные замены генов ароА, ароВ, ароС, pai-1, lplи pon 1, генов ангеотензиногена (AT) и ангеотензинконвертирующего фермента (ACE) в трех популяциях. Показаны межэтнические различия полиморфизма ДНК.
  • Изучены гены-кандидаты, изменения в которых приводят к развитию нейродегенеративного заболевания — рассеянный склероз, IL-10, IL-13, IL-17, FOXP3, TGF-β.
  • Проведен молекулярно-генетический анализ ДНК мумифицированных останков людей, живших на территории современного Казахского Алтая 2,5 тысячи лет назад. Сравнительный анализ отдельных участков D-петли и полиморфизм V-области  митохондриальной ДНК современной популяции казахов, древних людей и мирового GenBank показал, что и у современных казахов и предполагаемых их предков присутствуют монголоидные и европеоидные компоненты с разницей в их соотношениях. Полученные результаты важны как фундаментальные знания об особенностях генетической структуры современной казахской этнической группы, что позволяет рассматривать вопросы внутриэтнической дифференцировки.

Биотехнология:

  • Проведена молекулярно-биологическая паспортизация разных популяций семиреченского лягушкозуба Ranodon sibiricus, сокола-балобана Falco cherrugи его гибридов с кречетом и сапсаном, беркутов Aquila chrysaetos, горных баранов Ovis ammon, эфедры хвощевой Ephedra equisetina.
  • Разработана первая в Казахстане программа по космической биологии и биотехнологии, реализованная в полетах казахстанских космонавтов Т.Аубакирова, Т. Муссабаева, ряда российских экипажей и последующих экспериментов на Земле. Была разработана программа научных экспериментов казахстанских космонавтов Ғарыш для выполнения на борту Международной космической станции.

Функциональная геномика и генная  инженерия растений:

  • Адаптирован метод цисгенной трансформации пшеницы и картофеля.
  • Впервые в РК с применением метода цисгенного переноса осуществлена трансформация 2-х сортов мягкой пшеницы Саратовская 29 и Казахстанская 19. Получены  29 линий мягкой пшеницы с генами хитиназы и β-1,3-глюканазы. Для каждого сорта рассчитана эффективность регенерации.
  • В результате баллистической трансформации каллусных культур картофеля получены 56 растений-регенерантов сортов Аксор и Невский.
  • Отработана схема пробоподготовки образцов растений, которая может использоваться в поточных экспериментах для проведения масштабного скрининга растений на устойчивость к фитопатогенам.
  • Разработан регламент диагностики фузариозного загрязнения на основе ПЦР технологии.

Молекулярная эпидемиология, популяционная и эволюционная генетика микроорганизмов.

  • Созданы коллекции циркулирующих штаммов Mycobacterium tuberculosisи их ДНК (n>1500). Разработана система присвоения уникальных кодов для образцов ДНК, бактериальных культур и исходного биологического материала. Разработаны алгоритмы генетической дифференциации казахстанских изолятов М.tuberculosis, включая альтернативные панели VNTR типирования. Создана информационная база данных генетических профилей штаммов tuberculosis. Разработаны наборы реагентов для проведения молекулярно-генетической паспортизации микобактериальных изолятов и созданы протоколы высокопроизводительного скрининга в 96- и 384-луночном формате.
  • Проанализировано генетическое разнообразие казахстанской популяции штаммов tuberculosis.
  • Выявлено новое генетическое семействоtuberculosis, названное KAZ-1.
  • Проведен полногеномный анализ казахстанских штаммовMycobacterium tuberculosis различных генотипов (Beijing, LAM, NEW-1, KAZ-1) и анализ делеционного полиморфизма по локусам RD181, RD122, RD174, RD-Rio, RD115.
  • Впервые описано обнаружение штамма сублинии LAM RD-Rio в Казахстане, при этом показан его вероятный занос в Казахстан из Российской Федерации, а не непосредственно из Южной Америки или Южной/Западной Европы.
  • С применением системы на основе биологических чипов ТБ‑ТЕСТ (ООО «БИОЧИП-ИМБ»)  впервые был установлен широкий спектр генетических детерминант лекарственной устойчивости к препаратам первого и второго ряда для 400 казахстанских штаммов tuberculosis различных генотипов, что пополнило фундаментальные знания и послужит дальнейшим практическим целям. Полученные данные соответствуют результатам бактериологических тестов и Hain GenoType MTBDRplus.
  • Созданы коллекции изолятов и ДНК, а также базы данных генетических профилей казахстанских изолятов Brucella spp.На основании полученных результатов разработаны наборы реагентов и стандартная операционная процедура по лабораторной молекулярно-генетической дифференциации штаммов Brucella
  • С использованием панели из 16 локусов проведено ручное MLVA генотипирование 428 изолятов Brucella и оптимизирован метод MLVA‑16 для проведения генотипирования на автоматическом капиллярном анализаторе. Все полученные данные пополнили электронную базу паспортов изолятов.
  • Определены восемь из 16 MLVA локусов наиболее информативных локусов, которые могут использоваться в качестве скрининговой панели при исследовании казахстанской популяции Brucella  и решения ряда эпидемиологических задач.

По результатам филогенетического анализа как ветеринарных, так и выделенных от людей изолятов, определено, что все они принадлежат виду Brucellamelitensis и относятся к генетическому семейству East Mediterranean (Восточно-Средиземноморский тип). Анализ географического распределения этих изолятов не показал большой плотности и сосредоточения в каком-либо месте. При сравнении выявленных генотипов с актуальной версией базы данных MLVAbank установлено, что некоторые штаммы широко распространены на территории ряда областей Казахстана, а также встречаются в ряде регионов Китая и в Монголии. Такая значительная диссеминация штаммов отдельных генотипов свидетельствует об их эволюционной «успешности» и наличии преимуществ по сравнению с другими штаммами.

Показать больше
Закрыть