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 Исмагулова Гульнара Акимжановна. В 2009 году из состава лаборатории генома отделилась группа «Геном человека» – Лаборатория структурной и функциональной геномики.
Исмагулова Гульнара Акимжановна
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).
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 биотехнология – 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
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.
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.
3735/ГФ4 «Усовершенствование эпидемиологического мониторинга за циркуляцией возбудителя бруцеллёза в Казахстане на основе внедрения инновационных технологий молекулярно-генетического типирования штаммов Brucella spp.», научные руководители – д.б.н., профессор, академик НАН РК Айтхожина Н.А., к.б.н. Скиба Ю.А.
Методы исследований
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 элемент в геноме Triticum timofeevii, 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 cherrug и 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. Мусабаева, 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 M. 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 M. tuberculosis.
- Выявлено новое генетическое семейство M. tuberculosis, названное KAZ-1.
- Проведен полногеномный анализ казахстанских штаммов Mycobacterium 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 M. 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 Brucella melitensis 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.