Институт Химической Биологии и Фундаментальной Медицины (ИХБФМ СО РАН)

Большая Тёрка / Мысли / Личная лента DeDMaxopka /

23 мая 2012 в 23:25

Институт Химической Биологии и Фундаментальной Медицины (ИХБФМ СО РАН)

Ещё один известный институт Новосибирского научного центра. Чтобы понять содержимое поста, нужно хоть немного знать молекулярную биологию. Приятного просмотра :)

1. Роботизированная раскапывающая станция TECAN EVO - это система для автоматического пипетирования проб биологического происхождения и химических реагентов для последующего использования в in vitro диагностике (медицинские тесты, проводимые в контролируемом окружении вне живого организма).
alt

Начну с того, что раньше институт был известен, как Новосибирский институт биоорганической химии, и был организован 1 апреля 1984 года на базе Отдела биохимии Новосибирского института органической химии (НИОХ СО РАН). Свое нынешнее название получил 8 апреля 2003 года.

Основными направлениями деятельности Института являются:

Структура и функции биомолекул и надмолекулярных комплексов, направленные воздействия на генетические структуры; биоинженерия, синтез биополимеров и синтетическая биология.
Биотехнологии: генотерапия, клеточные технологии регенеративной медицины, нанобиотехнологии.
Молекулярные основы организации и экспрессии наследственных биомолекул в геномах и живой клетке.
Клиническая медицина, физиология, новые методы профилактики, диагностики и лечения заболеваний.
Экология организмов и сообществ, сообщества экстремофильных микроорганизмов, вирусные и бактериальные агенты в организме млекопитающих.

В 80-е годы в институте начали секвенировать нуклеиновые кислоты: впервые в мире был расшифрован геном вируса клещевого энцефалита, а затем ряд генов эукариот. В настоящее время на базе ИХБФМ функционирует ЦКП СО РАН ”Геномика”, обладающий парком самых современных секвенаторов

Само слово секвенирование означает «определение нуклеотидной последовательности» (от англ. sequence - последовательность).

Немного истории: В 1990 году под руководством Джеймса Уотсона под эгидой Национальной организации здравоохранения США был запущен международный научно-исследовательский проект, главной целью которого было определить последовательность нуклеотидов, которые составляют ДНК и идентифицировать 20-25 тыс. генов в человеческом геноме. И через 10 лет В 2000 году был выпущен рабочий черновик структуры генома, полный геном - в 2003 году, однако и сегодня дополнительный анализ некоторых участков ещё не закончен. Частной компанией «Celera Genomics» был запущен аналогичный параллельный проект, завершённый несколько ранее международного.

4. Капиллярные секвенаторы ABI
alt

Зачем нужно было расшифровывать геном человека?

Кроме очевидной фундаментальной значимости, определение структуры человеческих генов является важным шагом для разработки новых медикаментов и развития других аспектов здравоохранения. Работа над интерпретацией данных генома находится всё ещё в своей начальной стадии. Ожидается, что детальное знание человеческого генома откроет новые пути к успехам в медицине и биотехнологии. Первые практические результаты проекта появились ещё до завершения работы. Несколько компаний, например «Myriad Genetics», начали предлагать простые способы проведения генетических тестов, которые могут показать предрасположенность к различным заболеваниям, включая рак груди, нарушения свёртываемости крови, кистозный фиброз, заболевания печени и многим другим.

Детальное знание механизмов возникновения заболеваний на молекулярном уровне поможет предложить новые методы терапии. Учитывая центральную роль ДНК во всех клеточных процессах, расширение знаний в данной области будет способствовать успехам медицины в различных областях клинического значения, которые без них были бы невозможны.

5. Капиллярный секвенатор ABI внутри
alt

6. 16-капиллярный ДНК-секвенатор
alt

А теперь о самом процессе секвенирования.

Все мы со школы знаем, что молекула ДНК составлена из нуклеотидов четырех типов, которые обозначают буквами A, G, C, T. В самом процессе загадки уже давно нет, и человек, решивший им заняться, должен будет в первую очередь обзавестись соответствующей инструкцией, где будет подробно расписано, как, что, сколько и куда. Например: «Добавьте к клеткам E.coli (кишечной палочки) 500 мкл холодного 70% этанола… Вырежьте из агарозного геля фрагмент ДНК… Перемешайте, отфильтруйте и подсушите осадок» и т.п. В общем, ничего фантастического в чтении ДНК нет - просто для этого требуется сложное оборудование. Помимо прочего, при расшифровке геномов в ход идут фото- и видеоаппаратура и сложные компьютерные программы, которые обрабатывают данные и преобразовывают весь этот хаос из 3 миллиардов «букв» (A, G, C, T) в некое подобие «фразы».

7. Расшифрованные нуклеотидные последовательности. Чем выше «дуга» у каждой «буквы», тем активнее, значит, реагировал нуклеотид, тем точнее можно судить о достоверности результата.
alt

Если мысленно размотать суперспирализованную молекулу ДНК, то получиться нить длиной более метра. Нить эту можно сравнить с фантазийной фенечкой из бисера — вроде бы материал однородный, но все «бусины» разного «цвета» и «формы». Гены (участки ДНК) тоже имеют мозаичную структуру, и если перевести все это в удобную «лингвистическую» форму, то один ген может выглядеть, к примеру, так — «КзрОмкЛщеБотАзмСйцОэхРъфЕячЗпнеКьюжА». В зависимости от изменений физиологической ситуации один и тот же ген «образует» разные «слова» путем вырезания «бессмысленных вставок», или интронов. И тогда появляются «команды», запускающие совершенно разные функции — «колбасорезка», «колба», «бас», «сор», «река» и т. д. Благодаря такой занятной головоломке в одном и том же гене закодировано множество смыслов и функций.

8. Ячейка геномного секвенатора второго поколения SOLID 3+.

Кстати, когда молекулярные биологи видят в какой-нибудь статье про генетически модифицированные организмы фразу «с помощью гена скорпиона изменили окраску шерсти крысы», лица их становятся печальны. Дело в том, что некорректно говорить «ген скорпиона» или «ген крысы», поскольку у крыс, рыб, человека и многих других эукариот не только схожее количество генов, но и сами гены очень похожи. Внешне мы мало напоминаем крыс не потому, что у нас гены разные, а потому, что вышеописанная головоломка у каждого вида по-своему разгадывается.

9. Апгрейд геномного секвенатора 454
alt

10. Геномный секвенатор GS Flx+
alt

11.

12. Инсталляция системы высокопроизводительного параллельного секвенирования SOLiD 5500xl
alt

13. ДНК-синтезатор
alt

14.

15.

Отойдем от темы секвенирования, предлагаю пройтись по лабораториям института.

16. Пробирки
alt

17. Рабочий стол в лаборатории химии РНК
alt

18.

19. Электрофорез нуклеиновых кислот
alt

20. Хроматографическое выделение олигонуклеотидов
alt

21. Электронный микроскоп
alt

22.

23. На мониторе показана клетка гепатомы (опухоль).
alt

24.

25. Рабочее место молекулярного биолога
alt

26.

Так же хочется упомянуть, что в Институте химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН исследуется бактерия Bacillus F (от future- будущее), которая была выделена из вечной мерзлоты Мамонтовой горы в Якутии. Её возраст датируется несколькими миллионами лет. В ходе экспериментов над животными уже доказано, что этот микроорганизм может положительно влиять на продолжительность жизни.

Есть еще множество исследований, которые проводит Институт

27. Прибор для фрагментации ДНК и дезагрегации микрочастиц Covaris S2
alt

28.

29.

30.

31. Большинство микроскопов фирмы Leica. На мониторе Ноутбука показано то, что можно увидеть в этот микроскоп
alt

32. Работа за атомно-силовым микроскопом
alt

33. Атомно-силовой микроскоп - сканирующий зондовый (процесс построения изображения основан на сканировании поверхности зондом) микроскоп высокого разрешения. Используется для определения рельефа поверхности с разрешением от десятков ангстрем вплоть до атомарного.

Принцип работы атомно-силового микроскопа основан на регистрации силового взаимодействия между поверхностью исследуемого образца и зондом. В качестве зонда используется наноразмерное остриё, располагающееся на конце упругой консоли, называемой кантилевером. Сила, действующая на зонд со стороны поверхности, приводит к изгибу консоли. Появление возвышенностей или впадин под остриём приводит к изменению силы, действующей на зонд, а значит, и изменению величины изгиба кантилевера. Таким образом, регистрируя величину изгиба, можно сделать вывод о рельефе поверхности.
alt

34. Химическая мойка
alt

35.

36.

37. Определение размера наночастиц на Zetasizer Nano ZS
alt

38. Масс-спектрометр AutoFlex Sped фирмы Bruker.
Применяется для определения больших молекул: белков, пептидов, олигонуклеотидов.
alt

39. Ячейка для автоматической подачи стальной мишени с образцами в масс-спектрометр. Возгонка и ионизация молекул образца в данном приборе осуществляется лазером.
alt