ПРОГРАММА "ШТРИХКОД ЖИЗНИ" В АРМЕНИИ

Сохранение биологического разнообразия и организация грамотного природопользования - в числе наиболее актуальных задач человечества, обязательное условие его дальнейшего существования. Тем не менее, осознавая свою зависимость от экосистемы, люди, их деятельность, в первую очередь непомерное потребление природных ресурсов и нарушение мест обитания стали хотя и не единственной, но одной из важных причин, вызвавших исчезновение тысяч видов животных и растений. Природоохранная деятельность требует повышенного внимания. Однако необходимым условием сохранения биоразнообразия является создание полной картины живого мира, его инвентаризация, что невозможно без четкой классификации живых организмов.

НА ПРОТЯЖЕНИИ МНОГИХ ЛЕТ БИОЛОГАМ НЕ УДАВАЛОСЬ прийти к согласию в вопросе принципов классификации живых организмов и критериев определения сходства и различий среди представителей флоры и фауны. Разработаны десятки и сотни противоречащих друг другу систем классификации, основанных преимущественно на морфологических признаках. Согласно обоснованным научным предположениям, существует порядка 10 миллионов биологических видов (без микроорганизмов), из которых описано только 2 миллиона. Так что для создания полноценной картины живого мира ученым еще предстоит большая работа. Интересно, что большинство видов из предполагаемых 10 миллионов составляют насекомые, а, например, млекопитающие - лишь очень небольшую их часть.

С развитием генетики и увеличением возможностей секвенирования - чтения нуклеотидов - букв генетического кода возникла возможность положить в основу классификации особенности структуры ДНК различных видов. Возникла необходимость выбрать простой, недорогой, универсальный критерий для сравнения большинства видов. В 2003 году канадский биолог Пол Эйбер c коллегами предложил генетический принцип классификации животного мира, основанный на различиях участка гена дыхательного фермента цитохромоксидазы, длиной в 648 нуклеотидов, присутствующего практически у всех представителей животного мира. Для классификации наземных растений используется группа из четырех генов, одного ядерного и трех хлоропластных.

По предварительному условию различия букв генетического кода ДНК в пределах одного вида не должно превышать 3%, в противном случае данный организм следует относить к другому виду. Это принцип - хотя и несколько упрощенной классификации, однако позволяющий ввести универсальный подход - был принят научным сообществом.

А вскоре под руководством Поля Эйбера был создан всемирный консорциум iBOL (International Barcode of Life) - Международный штрихкод жизни, объединивший усилия многих ученых и специалистов. Цель консорциума - инвентаризация, единая классификация и сохранение биоразнообразия на нашей планете. Сегодня международный проект "Штрихкод жизни" объединяет тысячи ученых из более чем тридцати стран. В процессе исследований используются единые методы и подходы. Членами консорциума стали не только научные учреждения, но и естественно-научные музеи, зоопарки, гербарии, правительственные организации и фонды, биотехнологические компании. Общая методическая и информационная система iBOL позволяет описать все существующие на Земле виды животных и растений, а также идентифицировать новые, недавно открытые. Совместная исследовательская деятельность дала убедительный результат - к 2015 году по программе BARCODE 500K была проведена классификация порядка полумиллиона видов животных.

ИНИЦИАТОРОМ ВСТУПЛЕНИЯ АРМЕНИИ В МЕЖДУНАРОДНЫЙ КОНСОРЦИУМ iBOL стал академик-секретарь Отделения естественных наук НАН РА, заведующий кафедрой генетики и цитологии биологического факультета ЕГУ Рубен Арутюнян. Он обратился с письмом к Полу Эйберу и сразу же получил приглашение принять участие в организационном совещании, проходившем в норвежском городе Тронхейм. Тогда же началась реализация новой программы - BIOSCAN, рассчитанной на 2019 - 2026 годы, стоимостью 180 млн долларов и направленной на паспортизацию примерно двух миллионов видов. Выделенные средства, использование которых жестко контролируется, предполагается потратить на организацию экспедиций и оснащение исследуемых территорий фотоловушками, с помощью которых ведутся видео- и аудионаблюдения за изучаемыми объектами. Зафиксированные ловушками животные отлавливаются, выделяется их ДНК и пересылается в центр iBOL, где проводится секвенирование - определение последовательности нуклеотидов ДНК, то есть анализ генетического сходства и различий. На основании комплекса полученных данных происходит окончательное определение видов и включение в банки данных. Cегодня в мире уже собрано и исследовано около 10 миллионов образцов ДНК, идентифицированы сотни тысяч видов.

На основе достигнутых в Тронхейме договоренностей был подписан Меморандум о взаимопонимании, и в 2020 году между Международным консорциумом International Life Barcode Consortium (IBOL) и Комитетом по науке РА был заключен договор о финансовых обязательствах, согласно которому Армения стала полноправным членом этой организации. В настоящее время в рамках реализуемой консорциумом научной программы с участием ученых Армении осуществляются два новых проекта.

Первый из них - это "Кавказский штрихкод жизни" (Caucasus Barcode of Life, CaBOL), в котором участвует ряд научных и образовательных учреждений Германии, Армении и Грузии. Участники проекта уже обсудили планы исследовательских работ на совещании, прошедшем в Тбилиси. Цель проекта - создание центра биоразнообразия и сбор образцов разнообразной флоры и фауны Кавказского региона, создание базы данных на их основе. Собранный в 2020 году обширный материал по фауне Армении обрабатывается в Научном центре зоологии и гидроэкологии НАН РА под руководством директора - профессора Бардуха Габриеляна и при участии таксономических координаторов проекта - кандидатов биологических наук Марка Калашяна и Марины Даллакян. На кафедре зоологии биологического факультета ЕГУ работы проводятся под руководством профессора Марины Аракелян.

Второй проект - "Планетарная инвентаризация жизни", поддерживаемый Европейским исследовательским советом (LIFEPLAN - A Planetary Inventory of Life), разработан Университетом Хельсинки и Шведским сельскохозяйственным университетом. Этот проект предполагает проведение международных исследований биоразнообразия с использованием современных технологий. В рамках реализации второго проекта научное оборудование уже предоставлено более чем 100 научным группам. С армянской стороны в реализации этих проектов примут участие Центр зоологии и гидроэкологии НАН РА, Институт ботаники НАН РА, а также кафедра зоологии ЕГУ. Часть оборудования уже получена, другую планируется доставить в ближайшее время, после чего ученые немедленно приступят к работе.

- ВКЛЮЧЕНИЕ АРМЕНИИ В ПРОЕКТЫ IBOL, БЕЗУСЛОВНО, ОЧЕНЬ ПОЧЕТНО, перспективно и уже дает результаты, - говорит Рубен Арутюнян. - Было трудно предположить, что великий ученый Поль Эйбер, создатель глобальной сети ДНК-штрихкодирования, о котором я многие годы рассказывал студентам, станет нашим координатором. Хочу особо отметить, что из 36 стран только Германия, Великобритания и Армения имеют более одного представителя в Научном комитете iBOL, что и для меня, и для профессора Бардуха Габриеляна является высокой оценкой роли Армении в этой программе. Штаб-квартира секвенирования и информационная система консорциума находятся в канадском Университете Гвельфа, недалеко от Торонто. В Центре геномики биоразнообразия широкомасштабной деятельностью iBOL, работой большого коллектива зоологов, ботаников, молекулярных биологов и программистов руководит его создатель - профессор Поль Эйбер.

Исследования с применением ДНК-штрихкодов не просто увлекательны и представляют огромный интерес для биологов, но и имеют большое практическое значение. В частности, ДНК-штрихкоды уже используются комиссиями Конгресса США для выявления случаев, когда продукцию из дешевой рыбы выдают за более дорогую. Штрихкоды ДНК также позволили обнаружить фальсификации в лекарственных сборах. На основе ДНК-штрихкода растений американские военные разработали новую технологию, которая поможет обнаружить контрафактные детали в критических узлах вооружения. Вместо разнообразных товарных знаков они используют ДНК растений для проверки подлинности деталей вооружения. Эти незаметные и уникальные ДНК-маркеры, которые невозможно подделать, можно нанести практически на любой объект - от электронной схемы до секретного документа.

По аналогии с живой природой начали создаваться и искусственные штрихкоды на основе набора нитей ДНК, называемых молекулярными битами, которые играют роль нулей и единиц традиционного двоичного кода. Искусственный штрихкод также может служить для секретной маркировки важных документов, например, бюллетеней для голосования.

В последнее время возможности штрихкодирования ДНК значительно увеличились в связи с развитием генетических технологий. Появилось понятие "метабаркодинг", то есть анализ коллективных геномов, полученных из образцов живого. В программе BIOSCAN применяется новый принцип: "Любой организм является не островом, а комплексной экосистемой". Уже стало возможным взять смесь разных геномов и определить размеры и состав каждого! А требования к классификации видов сегодня значительно выше, чем в начале двухтысячных, и определяются они уже на основе огромных блоков ДНК. Потому десятки миллионов долларов вкладываются в многомиллионные мощности секвенирования, обработку и создание банков данных. Конечно, мы заинтересованы в их совместном использовании! Сегодня в развитии программ iBOL активно задействованы зоологи Армении, к которым постепенно подключатся и наши ботаники, - некоторая задержка связана с тем, что система штрихкодов пока лучше налажена для животного мира. Ожидается и включение в работу генетиков, молекулярных биологов, биоинформатиков. Работы хватит всем. Инвентаризация живых организмов территории Армении, создание генетических баз данных и коллекций имеет ключевое значение для сохранения нашего богатейшего биоразнообразия. Активное участие армянских ученых в этих исследованиях способствует их интеграции в мировое пространство и внедрению в нашу методологию и научную практику самых современных методов и подходов, - сказал Рубен Арутюнян.