На момент беседы Дарья находилась в Пущино. В наукограде она под руководством доктора биологических наук Иванова Б.Н. проходит стажировку, проводит исследования для дипломной работы и участвует в экспериментах Института фундаментальных проблем биологии (ИФПБ) РАН. Магистрантка занимается научно-исследовательской работой в лаборатории генетической инженерии растений Сибирского института физиологии и биохимии растений (СИФИБР) СО РАН под руководством д.б.н., проф. Константинова Ю.М.
Девушка с детства мечтала заниматься естественными науками. Первой специальностью Дарья выбрала химию, чтобы в дальнейшем изучать биологию на глубоком, молекулярном уровне. Во время начальных курсов она провела свои первые исследовательские работы по аналитической химии — изучила состав озера Илим [1], [2]. Диплом бакалавра Дарья посвятила изучению и созданию «умных» полимеров, применяемых в промышленности и медицине [3], [4]. Диплом магистра — биохимии и научной работе в СИФИБР [5], [6].
Исследовательская группа под руководством старшего научного сотрудника лаборатории генетической инженерии к.б.н. Гарник Е.Ю., участником которой является Дарья, изучает особенности индуцированного старения у мутанта Arabidopsis thaliana по генам глутаматдегидрогеназы (GDH).
эксперименте мы имеем две линии Arabidopsis thaliana: дикий тип (с обычным, известным нам геномом) и мутант этого растения с двумя повреждёнными генами. Повреждённые гены кодируют фермент глутаматдегидрогеназу (GDH). Из-за того, что у мутанта повреждены данные гены, реакции, за которые отвечает фермент, не протекают. В норме при старении листья желтеют. В их клетках уменьшается количество хлорофиллов, а все полезные вещества перенаправляются, например, в репродуктивные органы или более молодые листья. Мы сравнили индуцированное старение, вызванное длительным выдерживанием в темноте, у обеих исследуемых линий и заметили интересный эффект: мутант не желтеет.
В
Индуцированное старение — искусственно вызванное старение посредством воздействия на растение стрессовых факторов (длительное пребывание в темноте, воздействие засухи, низких температур и т.д.). Старение естественное (возрастозависимое) и индуцированное старение протекают по одним и тем же механизмам.
Мутанты, подобные тем, что были использованы в эксперименте, носят название “stay-green” (букв. с англ. «остаётся зелёным»). Чаще всего “stay-green” мутанты по генам распада хлорофиллов (пигментов, окрашивающих растения в зелёный цвет). Деградацию хлорофиллов ускоряют ферменты (т.е. являются катализаторами). Ферменты, в свою очередь, кодируются генами. Если повреждены гены, кодирующие ферменты распада хлорофиллов, следовательно, распада хлорофиллов не происходит и растение остаётся зелёным.
Однако хлорофиллы находятся в хлоропластах — органеллах растений, в которых происходит фотосинтез. А глутаматдегидрогеназа находится в митохондриях — органеллах, отвечающих за окисление органических соединений и использование освободившейся при этом энергии.
Связь между активностью митохондриального белка и программой старения неочевидна. До момента публикации, соавтором которой является Дарья Вильянен, в научной литературе не было известно ни о фенотипе “stay-green” у мутантов по генам глутаматдегидрогеназы, ни о каком-либо участии GDH в метаболизме хлорофиллов.
Исследование поможет пролить свет на ранее неизвестную связь между органеллами и проследить особые сигнальные пути между ними. Хотя работа носит сугубо теоретический характер, её результаты позже смогут быть применены и на практике. Например, в сельском хозяйстве регулирование процесса старения играет важную роль: при раннем старении падает урожайность культур, при позднем — все питательные вещества уходят от плодов к листьям.
Следующая работа Дарьи будет нацелена на определение типа “stay-green” у мутанта Arabidopsis thaliana. Для того, чтобы установить связь между GDH и программой старения растений, необходимо знать тип “stay-green”. В науке известны пять типов, различающихся по причинам возникновения явления (задержки инициаций старения, протекания старения и т.д.). На проведение этого исследования Дарья Вильянен в 2018 году получила грант Иркутского государственного университета.
На вопрос о дальнейшем образовании и будущих исследованиях девушка скромно отвечает, что мечтает заниматься биохимией животных и человека, в частности — исследованиями болезней таких как рак, сахарный диабет или болезнь Альцгеймера.
Я благодарна моему научному руководителю, к.б.н., старшему научному сотруднику лаборатории генетической инженерии растений СИФИБР СО РАН Елене Юрьевне Гарник; заведующему лабораторией генетической инженерии растений СИФИБР СО РАН, д.б.н. Юрию Михайлович Константинову; главному научному сотруднику лаборатории фотосинтетического электронного транспорта ИФПБ РАН, д.б.н. Борису Николаевичу Иванову за умелое руководство и мудрые наставления. Я признательна сотрудникам обеих лабораторий за добрые советы и помощь в проведении исследований. И, конечно, благодарю химический факультет и Иркутский государственный университет за сильную учебную подготовку и поддержку в моих научных начинаниях.