Наибольшие перспективы в науке открываются сейчас на перекрестках научных дисциплин. Очевидно: ни один физик, астроном или химик не обойдется без математики. Взаимодействие атомов и молекул можно рассматривать как с физической, так и с химической точек зрения.
Рейтинг профессии
Что такое экология и что такое генетика, всем примерно ясно. Генетический аппарат человека, как и других обитателей Земли, подвержен влиянию различных факторов среды. Более того, человек считается одним из наиболее чувствительных к таким воздействиям видов.
Экологическая генетика – дисциплина на стыке двух наук – как раз и изучает взаимодействие хромосом и находящихся в них генов с окружающей нас средой. Экологический генетик работает над весьма важными в наше время проблемами. Сегодня известно, что мутации генов вызываются не только излучениями, но и химическими веществами, вирусами и паразитическими организмами. Соответственно, экогенетика разветвляется на несколько направлений, перед каждым из которых стоит своя задача.
Влиянием на наследственность ионизирующих излучений занимается радиационная генетика
Генотоксикология изучает изменения генов под воздействием химических веществ.
Организмы и виды взаимодействуют, что не проходит бесследно для их генетического аппарата – впрочем, как и для самой экологической генетики; ее соответствующий раздел называется несколько громоздко: генетика межорганизменных и межвидовых взаимодействий.
Внутри него есть даже такая интересная вещь, как симбиогенетика – генетика взаимодействия видов, живущих в симбиозе.
Влияние Чернобыля и лекарств
Экологический генетик занимается не только фундаментальными исследованиями в НИИ – он найдет себе применение и в конкретной практике. Работать есть над чем. В этом году исполнилось 20 лет со дня памятной аварии на Чернобыльской АЭС, да и вообще масштаб использования радиоактивных веществ сейчас велик. Кроме того, лекарства и другие новые вещества – полученные из естественных источников или искусственно синтезированные – также должны проверяться на мутагенность. А для решения многочисленных вопросов современной экологии необходимы квалифицированные специалисты, владеющие и генетическими методами, и знаниями о взаимодействии организмов с окружающей средой на различных уровнях.
Работая в любой из этих областей, профессионал занимается тестированием конкретных факторов среды – то есть выясняет, как данный фактор и в какой дозе влияет на живой организм, его хромосомы и гены в них. Либо он проводит экспертизу – выяснение влияния именно этого фактора именно в этой дозе именно в этом конкретном случае.
Так что же делают с мышами
Тесты бывают не только психологическими – а еще и токсикологическими. Токсикологические генетики выявляют мутагенные (когда мутируют гены или разрывается хромосомная ДНК) и канцерогенные эффекты различных веществ. Для этих целей существуют различные тесты и системы тестов. В случае, когда нужно быстро произвести первичную оценку влияния вещества на организм и его геном (то есть на совокупность наследственных признаков), используют краткосрочные тесты. Разумеется, они не так надежны, как долгосрочные тесты, минусы которых – дороговизна испытаний и, по определению, длительность. Поэтому чаще всего используют среднесрочные тесты.
Кроме того, обычно проводят не одну проверку, а батарею из трех или более различных тестов, причем с использованием разных модельных объектов, например мышей. В зависимости от полученных результатов делают вывод о вреде или относительной безопасности испытуемого вещества. Контрольную группу, понятное дело, составляют такие же «объекты», но уже без воздействия исследуемого вещества. Показателем вреда обычно служит выживаемость модельных объектов.
Во время тестов высчитывается также частота возникновения у подопытных животных злокачественных образований и мутаций. Увы, любой биолог-экспериментатор (которыми обычно и являются экологические генетики) должен сразу же смириться с этим печальным обстоятельством: оно будет сопровождать его работу. Как бы ни было жаль мышей, крыс или лягушек, ими приходится жертвовать, чтобы позднее жертвами не стали мы. Могу лишь утешить особо впечатлительных читателей тем, что во Львове установлен памятник Лягушке, в СПбГУ – памятник Кошке, в научном Институте экспериментальной медицины (Петербург) – памятник Собаке.
Какие же конкретно проводятся тесты, из каких дел состоят рабочие будни? Изо дня в день токсиколог-генетик проводит рутинный метафазный анализ – помечает хромосомы специальным красителем, после которого и сами хромосомы и, соответственно, многие их перестройки (это и есть предмет изучения) можно наблюдать в микроскоп. Под наблюдением ученого также проходят микроядерные тесты (при делении клетки сигнализирующие о болезни аномальные хромосомы часто уходят в так называемое «микроядро», которое значительно меньше обычного клеточного ядра; при соблюдении некоторых условий и окрашивании красителями эти микроядра можно наблюдать на препаратах). Есть еще анателофазный тест; он основан на том, что некоторые аномалии хромосом мешают им при делении клетки правильно и своевременно разойтись по новым ядрам, поэтому на поздних стадиях деления можно наблюдать характерные отклонения деления – например, перемычки или отставания.
Если исследуемое вещество показало понижение выживаемости, повышенный риск мутации или возникновения злокачественных опухолей хотя бы в одном из тестов, оно уже считается небезопасным.
Посмотри в микроскоп – и скажи, было ли облучение
Радиационные генетики занимаются изучением влияния на геном ионизирующих излучений – то есть излучений, обладающих достаточно высокой энергией для того, чтобы вызвать ионизацию молекул. Помните, что ДНК состоит из двух цепей-нитей, связанных друг с другом? Часть одной такой цепи можно синтезировать искусственно. Затем этот так называемый зонд нужно специальным образом пометить, а после «гибридизовать» с имеющимся препаратом лимфоцитов крови. Наш зонд «свяжется» с необходимым геном или областью хромосомы, как если бы это была часть «родной» второй цепочки ДНК, и эту область можно будет увидеть благодаря сделанной метке. Так будет получена возможность проследить за специфическими для облучения хромосомными перестройками. Поскольку это исследование проводится на уровне клетки, такой метод – он называется
гибридизация in situ – относится к цитогенетическим. Впрочем, и все вышеописанные тесты – тоже цитогенетические. Исследования также проводятся и на другом уровне – на уровне молекул.
Но в любом случае ученые смотрят, как ведут себя хромосомы. Например, знаете ли вы, что появление в клетке хромосомы с двумя центромерами (в норме соединяющая «плечи» хромосомы перетяжка, или центромера, должна быть одна) почти наверняка свидетельствует об имевшем место облучении? Самопроизвольно такие хромосомы образуются крайне редко. Поэтому так называемая дицентрическая хромосома служит своеобразным сигналом тревоги для людей, занимающихся диагностикой облучений. Считается, что по количеству тех же дицентрических хромосом можно приблизительно установить полученную дозу облучения. На этом основана биодозиметрия.
Генетика привлекательности
Генетики межорганизменных взаимодействий, симбиогенетики исследуют взаимодействие геномов различных организмов и их видов.
Известно несколько удобных моделей для подобных исследований. Одна из наиболее доступных – система взаимодействия дрожжей (Sacharmyces cerevisia) и плодовой мушки. Drosophila melanogaster. Мушке для нормального развития и возможности оставлять потомство необходимы гормоны-стероиды – а сама она их не вырабатывает. Выход она нашла именно благодаря дрожжам. Мушка потребляет их вместе с синтезируемыми ими стероидами! Генотип дрожжей сказывается на мушках – одни «семьи» дрожжей, характеризующиеся строго определенным набором генов, мушкам «нравятся» больше, чем другие, они более эффективны, а некоторые могут быть даже вредны для мушек.
Помимо мушек с дрожжами, изучается также генетика взаимодействия клубеньковых бактерий с бобовыми растениями (бактерии вызывают на их корнях образование опухолей, так что, возможно, какие-то находки в этой области применимы в онкологии – так или иначе, а благодаря им уже найден новый способ генетической модификации растений); эндо- и экзомикориза; лишайников (генетически интересного тесного соединения гриба и водоросли в один организм). Здесь очень многое остается исследовать и прояснять.
Кроме того, есть и другой интересный вопрос. Как всё больше становится известно, в выборе брачных партнеров принимают участие феромоны. Феромональные вещества выделяют даже дрожжи – и таким образом две дрожжевые клетки с разными так называемыми «типами спаривания» (похоже на пол у более высокоразвитых существ) находят друг друга, чтобы продолжить свой жизненный цикл. У высших организмов в деле замешана также иммунная система. Чем сильнее различаются наборы особых молекул (так называемого главного комплекса гистонесовместимости) у разных особей, тем более они привлекательны друг для друга. Это – еще одна тема для исследований генетика межорганизменных взаимодействий.
Где и как учиться
Экологической генетикой студенту можно заниматься на биологических факультетах, кафедрах генетики (или даже специально – экологической генетики) разных вузов. Это могут быть отдельные специализации или магистерские программы либо просто темы дипломных работ выпускников.
Помимо непосредственно профильных, среди изучаемых дисциплин – генетические механизмы адаптации, механизмы модификационной изменчивости (той, которая не обусловлена ни генами, ни их мутациями и возникает в течение жизни организма в зависимости от ее условий), гены внешней среды и наследственность человека и другие. Бывают дополнительные курсы по цитогенетике генетике популяций, иммуногенетике,генетике старения и прочим, не менее интересным предметам.
На практикумах учат работать с модельными объектами, правильно (то есть в соответствии с поставленной целью) планировать и ставить эксперименты, получать результаты – и анализировать полученные данные с применением методов математической статистики.
И генетика, и экология – и можно без хлеба?
В наше время быть биологом непросто. Не секрет, что науке в нашей стране уделяется крайне мало финансового внимания. Однако генетику в этом смысле повезло. Поддерживать энтузиазм молодых генетиков призвано большое количество разнообразных стипендиальных программ, конкурсов, грантов – как российских, так и совместных с зарубежными коллегами. В частности, одними из наиболее популярных отечественных финансовых программ являются гранты Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ). Кстати сказать, средства могут быть выделены как на фундаментальные проекты лабораторий в целом, так и на проекты исследований отдельных молодых ученых – в зависимости от конкретных программ и условий конкурсов.
Экологический генетик может заняться не фундаментальной наукой, а прикладной деятельностью. Тут всё будет зависеть от того, куда он устроится работать. Если проводить тестирования и экспертизы в государственных и частных фирмах и лабораториях, не занимающихся наукой как таковой, частные компании могут предложить вполне неплохой заработок. Однако и количество подобных мест ограничено. С другой стороны, при наличии начальных средств можно создать свою компанию или независимую экспертную лабораторию – возможно, объединив свои усилия, например, с химиками-аналитиками.
Однако большая честь экологических генетиков, желающих работать по специальности, всё-таки остается в науке. Для обмена информацией и установления контактов между молодыми учеными постоянно проводятся многочисленные конференции и школы – отличный способ поиска перспектив: так можно набрести на интересные темы и разработки, узнать о стажировках. С недавних пор начала регулярно проводиться школа по экологической генетике, и организаторами этой школы стали именно активисты кафедры генетики и селекции СПбГУ. Для радиационных генетиков ежегодно проводится Школа радиобиологов в г. Обнинске – весьма интересное и полезное мероприятие, организатором которой выступает Обнинский медицинский радиологический научный центр.
Особенные перспективы представляют для нас, конечно же, международные конференции. Так, несколько моих знакомых завязали полезные контакты в различных странах и получили приглашение работать за границей (например, одна девушка сейчас работает в одной из лабораторий Германии). Существуют также, например, совместные российско-германские проекты по радиологическим исследованиям.
Нелишние люди
Так быть или не быть? А вот уже это решать исключительно каждому индивидуально. От себя могу заверить: экологическая генетика и все описанные мною ее разделы – очень интересные, в огромной степени полезные и весьма перспективные. Я уже не говорю о том, что, как и любая наука, экологическая генетика изучает то, что вокруг нас, только в значительно более важном аспекте – аспекте непосредственного влияния на нас. Ведь наш мир – это всё, с чем мы соприкасаемся и взаимодействуем каждый день.
И напоследок зароню зерно надежды в души тех, кто хотел бы пойти в науку (в частности в экологическую генетику), но кого всё же гложет вопрос финансовых перспектив. К сожалению, из-за низкой зарплаты в науку в наше время идут в основном лишь заинтересованные энтузиасты. Таковых немного. С другой стороны, с каждым годом в нашей стране всё больше экономистов, юристов и представителей других ныне престижных и очень хорошо оплачиваемых профессий. Всё это – до поры до времени… Представьте себе, что будет лет через 10–15, когда мудрое, уважаемое, но, увы, не вечное старшее поколение еще тех, советских ученых уйдет на заслуженный отдых… Ученый станет редким видом, занесенным в Красную книгу. А ведь государству на самом деле нужна наука. И, чтобы привлечь людей в эту сферу, оно начнет (да вот, кажется, уже начинает – зарплату сотрудников РАН повысили в 2 раза) поощрять занятие наукой рублем. Быть научным работником станет престижно не только из-за общественного уважения к умственному труду, но и в финансовом смысле.
Кто придет на место старшего поколения ученых? Вы. В то время как «лишние» юристы и экономисты не будут знать, куда себя деть…