Лаборатория биологии развития

Лаборатория биологии развития создана в 1977 году, первоначально носила название лаборатория культивирования эмбрионов. У истоков создания лаборатории стояли крупные ученые, специалисты в области зоотехнии и репродуктивной биологии – академик, вице-президент Российской академии сельскохозяйственных наук Лев Константинович Эрнст, профессор Ирина Григорьевна Питкянен, кандидат биологических наук Виктория Гилелевна  Бехтина, исследования которых явились прелюдией формирования тематики  лаборатории. Первым заведующим вплоть до 1986 года являлся профессор, доктор биологических наук Голубев Александр Константинович.

Голубев Александр Константинович

 В 1977 г.  сотрудниками лаборатории были начаты исследования фолли-кулогенеза у коров, разрабатывались методы культивирования и оплодотворения ооцитов in vitro. Впервые получены эмбрионы крупного рогатого скота на стадии 2- 4 клеток, после оплодотворения ооцитов, созревших вне организма, хирургическая пересадка которых реципиентам завершилась рождением потомства (Эрнст Л. К.и др., 1983). В эти же годы было положено начало формированию школы эмбриотехнологов. Большой вклад в обучение аспирантов и соискателей внесли Бехтина В. Г., Свиридов Б. Е., Макарова З. Н., Галиева Л. Д. Среди выпускников лаборатории следует отметить Кузнецова В. Е., Гузеватого О. Е., Сироткина А. В., Ткаченко С. В., Мамлеева Р. С., Михаэляна Х. Г., Руруа У., которые, защитив кандидатские диссертации, возглавили структурные научные подразделения, занимающиеся проблемами биологии репродукции в России и за ее пределами.  С 1986 г. по 1998 г. лабораторию возглавлял профессор, доктор сельскохозяйственных наук Завертяев Борис Петрович, известный ученый в области популяционной генетики и селекции животных.

С 1999 года по настоящее время лабораторией руководит профессор, доктор биологических наук Кузьмина Татьяна Ивановна — известный ученый и руководитель научной школы в области генетики и биологии развития млекопитающих, автор более 300  научных работ, опубликованных во многих ведущих отечественных и зарубежных изданиях, материалах  международных конференций и симпозиумов (Онтогенез, Биохимия, Цитология, Журнал эволюционной биохимии и физиологии, Animal Physiology Theriogenology, Reproduction Domestic. Animal, Archives of Animal Breeding, Biology of Reproduction, Endocrinology, Jornal Reproduction Development и др.). Татьяна Ивановна является координатором совместных Российско-Германских проектов: «Оогенез крупного рогатого скота» и «Регуляция фолликулогенеза и овуляции у с/х животных», научным консультантом концепции развития и реализации достижений клеточных репродуктивных и ДНК-технологий в животноводстве Полесского региона Беларуси. Неоднократно представляла Российскую науку на многих Международных симпозиумах и конференциях (Германия, Франция, Италия, Польша, Индия, Румыния, Украина, Беларусь, Армения, Литва)  Она —  автор   цикла лекций по молекулярно-биологическим основам фолликулогенеза и клеточным репродуктивным технологиям млекопитающих, которые прочитаны студентам и магистрантам биолого-почвенного факультета Санкт-Петербургского Государственного Университета, аспирантам ветеринарных и аграрных университетов стран Северной Европы и Балтийских стран (NOVA-BOVA), Казахского Национального Аграрного Университета, института инновационных технологий (Индия, Ганджарат).

Эрнст Лев Константинович

В 2000 году в связи с расширением тематики исследований,  лаборатория культивирования эмбрионов была переименована в лабораторию биологии развития. Исследования сотрудников   лаборатории посвящены решению важнейших проблем биологии развития, таких как – селекция доминантного фолликула, рецепторно — функциональные механизмы фолликулогенеза, молекулярно-генетические аспекты реинициации мейоза, оплодотворения и раннего развития млекопитающих, механизмы клеточного коммитирования, импринтинга. С привлечением современных биохи-мических, биофизических, цитогенетических, радиорецепторных методов был проведен детальный анализ филликуло-, оогенеза  и раннего эмбрионального развития с/х животных ( крупный рогатый скот, свиньи, куры). Выполненные ранее исследования анализа ДНК  куриных эмбрионов после введения супермутагенов (нитрозодиметилмочевины и нитрозиметилмочевины) в различных дозах выявили различия в ряде биохимических показателей ДНК-протеида. что явилось обоснованием возможности использования этих мутагенов для стимуляции завершения мейоза и раннего развития доимплантационных эмбрионов. Серия экспериментов в этом направлении явилась отправной точкой в дальнейших исследованиях  в области молекулярно-генетических основ биологии раннего развития млекопитающих. На основе этих исследований впервые разработаны методические рекомендации по получению эмбрионов крупного рогатого скота in vitro (1989 г.). Проанализированы возможности получения эмбрионов из яичников на разных стадиях овариального цикла, от животных разного возраста (в том числе и неполовозрелых). Предложены эффективные схемы оплодотворения in vitro с введением в них биологически активных веществ. Обнаружено  явление презиготической селекции на уровне контакта гамет при оплодотворении. Изучена динамика мейотических преобразований хроматина в различных условиях культивирования. Выявлены критические периоды в созревании яйцеклетки вне организма. Показана возможность коррекции предимплантационного развития эмбрионов путем воздействия супермутагенов на ооциты и зародыши (снятие блока развития на стадии 8-16 клеток у коров, на 2-клеточной стадии – у мышей) (1981, 1983). Проведены фундаментальные исследования по генетике и физиологии раннего развития сельскохозяйственных животных, что позволило разработать и стандартизировать методы экстракорпорального дозревания и оплодотворения донорских ооцитов сельскохозяйственных животных, селекции яйцеклеток на основе комплексных морфофункциональных тестов (Шагиахметова Г. А., Позднякова Т. Э., Денисенко В. Ю., Смирнова Т. А., Скотти О. С., Мурза Г. А.). В результате совместных экспериментов с сотрудниками Института биологии сельскохозяйственных животных (Думмерсторф, Германия) было получено потомство из ооцита, созревшего и оплодотворенного in vitro (Alm et al.,1990). Проведенные сотрудниками лаборатории молекулярно-биологические исследования мейотического созревания ооцитов, в том числе изучение роли сигнальных молекул, вторичных мессенджеров в механизмах реализации эффектов гонадотропных и стероидных гормонов на ядерно-цитоплазматическое созревание  яйцеклеток явились основой для обоснования гипотезы  полигенно-каскадного контроля реинициации мейоза, его завершения и приобретения ооцитами компетенции к оплодотворению и дальнейшему развитию  эмбрионов (Кузьмина Т. И., и др.1993 г.).

Анализ уровня митохондриальной активности в ооцитах коров

Большое внимание в научных исследованиях лаборатории уделяется изучению рецепторно-функциональных механизмов фолликулогенеза и мейоза ооцитов коров, свиней и кур. Выявлены особенности фолликулогенеза у кур. Показано превентивное действие пролактина и соматотропина на уровень апоптозов в ооцитах, соматических клетках фолликулов и эмбрионах крупного рогатого скота.

В лаборатории проведены исследования по изучению влияния экологически неблагоприятных факторов среды на репродукцию у крупного рогатого скота, с учетом статуса хроматина в ооцитах и соматических клетках фолликулов.  На основе получен-ных данных разработан комплексный тест на генотоксичность этих факторов. Выявленные эффекты регуляторно-информационной биокоммуникации половых (ооцит) и соматических клеток фолликула (кумулюс) и бластомеров в эмбрионах развивающегося организма  являются важной составляющей создания информационных технологий на основе излучений биогенной природы и могут использоваться для разработки методов коррекции мейоза и раннего эмбрионального развития in vitro (Кузьмина Т. И., Галиева Л. Д., 1997).

Созданные модели экстракорпорального дозревания ооцитов позволили разработать  системы, адекватно отражающие мейотические преобразования хроматина ооцита и созревание ооплазмы in vivo, что позволило значительно увеличить эффективность технологии получения эмбрионов in vitro (методы защищены авторскими свидетельствами). Из фолликулярной жидкости были получены и охарактеризованы белки – ингибиторы и стимуляторы мейоза (Авторское свидетельство, №132304, 1992). Часть исследований лаборатории проводится в сотрудничестве с лабораториями химии белка и кафедрой эмбриологии Санкт-Петербургского Государственного Университета. Разработанные методы интрафолликулярного культивирования ооцитов и использование в технологии получения эмбрионов вне организма культур соматических клеток овариальных фолликулов, позволило идентифицировать их роль в формировании зрелой яйцеклетки.

На основе проведенных исследований разработан комплексный метаболический тест ядерно-цитоплазматического созревания ооцитов, используемых в технологиях получения эмбрионов in vitro, клонирования и трансгенеза, с учетом уровня апоптозов, содержания кальция, коферментов окислительного фосфорилирования НАДН, ФАД и активности митохондрий. Тест позволяет  выявлять эффекты электромагнитных излучений слабой интенсивности и ряда экологически вредных факторов внешней среды на репродуктивные клетки сельскохозяйственных животных. 

Выявленные различия в интенсивности флуоресценции нормальных и дегенерированных ооцитов явились отправной точкой в разработке эффективных экспресс — методов морфофункциональной диагностики ооцитов и эмбрионов коров. На этой основе разработан и защищен авторским свидетельством способ прижизненной оценки качества ооцитов (.авторское свидетельство, №140702, 1992). Метод позволяет повысить эффективность технологии экстракорпорального оплодотворения яйцеклеток – базовой технологии для получения клонированных и трансгенных животных.

Предложенный сотрудниками лаборатории способ получения партеногенетических зародышей (авторское свидетельство, №1086808, 1983) коров достаточно прост и позволяет получать как диплоидные, так и гаплоидные зародыши коров на ранних стадиях развития (Кузнецов В. Е., Кузьмина Т. И., Федосков Е., Свиридов Б. Е.).

Опубликованные работы сотрудников лаборатории вносят существенный вклад в теоретические  основы биологии раннего развития млекопитающих, что позволяет разрабатывать и совершенствовать инновационные биотехнологии репродукции, в том числе клонирование, трансгенез. 

Значительная часть научных разработок лаборатории является приоритетной. Полученные результаты защищены 19 авторскими свидетельствами.  На основе данных проведенных исследований разработаны системы дозревания донорских яйцеклеток сельскохозяйственных животных, их оплодотворения, криоконсервации, культивирования эмбрионов,  методы получения соматических клеток. Выпущена серия методических рекомендации «От ооцита к эмбриону» — “Методы оценки функционального  состояния донорских ооцитов, соматических клеток фолликулов и эмбрионов сельскохозяйственных животных.”(2005) «Методы получения эмбрионов свиней in vitro»(2008), «Биотехнология получения эмбрионов крупного рогатого скота in vitro»(2009).

Ученую степень кандидата биологических наук получили около 30 аспирантов и соискателей лаборатории,  защищено 3 диссертации на соискание степени доктора биологических наук (Свиридов Б.Е., Кудрявцев И.В., Кузьмина Т.И.). Сотрудниками лаборатории опубликовано около 700 научных публикаций, в том, числе книги, статьи, брошюры, методические рекомендации. Выпускники лаборатории работают во многих международных научно-исследовательских центрах.   (США, Канада, Германия, Сирия, Египет, Словакия, Германия, Украина, Казахстан и др.). Лаборатория работает в тесном сотрудничестве с  институтом генетики и разведения сельскохозяйственных животных (Украина),  Республиканским унитарным предприятием «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по животноводству». Часть исследований проводится с коллективом ЦКП «ХРОМАС» на базе Санкт-Петербургского государственного университета.

В настоящее время продолжаются фундаментальные исследования  молекулярно-биологических  закономерностей фолликуло-, оогенеза и раннего эмбрионального развития млекопитающих для решения важнейших нерешенных проблем репродукции животных, таких как: селекция доминантного фолликула, регуляция мейотического созревания ооцитов, молекулярно-генетические механизмы оплодотворения, коммитирования в раннем эмбриогенезе. Усилия будут направлены также на получение эмбриональных стволовых клеток из реконструированных эмбрионов млекопитающих для их использования в фармакологии и ветеринарной медицине. Сотрудники лаборатории участвуют в выполнении грантов Российского фонда фундаментальных исследований, Комитета по науке и образованию Правительства Санкт-Петербурга. Планируется участие лаборатории в реализации проектов ускоренного размножения племенных животных, основанных на использовании инновационных клеточных репродуктивных технологий:  прижизненной аспирации ооцитов (Ovum pick up technology); культивирования ооцитов; их оплодотворения in vitro; трансплантации; ДНК-технологий для составления генетических паспортов эмбрионов и создания криобанка ооцитов и эмбрионов определенного пола, генотипированных по ряду генов полезных сельскохозяйственных признаков.