Исследования ДНК стали для нас настолько привычными, что их можно заказать практически в любой современной клинике. Чаще всего генетические тесты используют при планировании беременности, для теста на отцовство или при расследовании преступлений. Однако современные методы анализа ДНК применяются далеко за пределами привычных судебной и медицинской сфер. О том, как генетические исследования помогают анализировать растения, бороться с биокоррозией труб в нефтедобыче, выяснять, какие грибные сообщества поселились на участке, выращивать здоровый газон и даже варить вкусное пиво, рассказывает директор генетической лаборатории BioSpark (входит в группу компаний TechnoSpark) Денис Никитинский.

Денис Никитинский

Директор генетической лаборатории BioSpark (входит в группу компаний TechnoSpark)

Биокоррозия

Именно она является причиной 70% утечек на трубопроводах. На контроль коррозии и ремонт труб для транспортировки нефти и газа в мире ежегодно уходит порядка 7 млрд долларов. Но немногим известно, что порядка 40% случаев коррозии вызваны бактериями. И этот тип коррозии не заметен внешне, он происходит внутри трубы.

Нефтесодержащие жидкости не очень благоприятная среда, но определенные виды микроорганизмов смогли приспособиться и охотно поселяются в трубах, питаются, размножаются и в процессе жизнедеятельности разрушают их изнутри. Выглядит биокоррозия как каналы и раковины на внутренней поверхности. Бороться с такими организмами можно эффективно и быстро, но желательно знать, где именно, иначе стоимость используемых реагентов быстро превысит стоимость сохраненных труб и предотвращенных разливов нефти. Генетическое исследование позволяет точно определить уровень заражения, найти источник и принять меры там, где это необходимо. Поэтому зарубежные нефтяные компании регулярно заказывают генетические исследования на 7 групп бактерий, вызывающих биокоррозию магистралей и изменение состава сырой нефти. У всех мировых лидеров в области нефтедобычи существуют четкие протоколы по отбору соответствующих проб и их анализу, а также регламенты по принятию мер в случае обнаружения биокоррозии.

Крафтовое пивоварение

Еще одна интересная и неожиданная сфера применения генетики — пивоварение. Чтобы пиво, сидр, пуаре и другие напитки брожения получились качественными, обладали притягательным вкусом и ароматом, соответствовали стандартам безопасности, очень желательно, чтобы в них присутствовали только необходимые для контролируемого брожения микроорганизмы. Нередки случаи в крафтовом пивоварении, когда целый танк готовой продукции объемом 500 или 1000 литров оказывается испорчен из-за того, что, помимо культурных пивных дрожжей, в нем оказались посторонние бактерии. Технологу очень сложно обнаружить «незваных гостей», даже если у него есть хороший микроскоп. Стандартные методики посева не всегда позволяют находить посторонние грибы и бактерии, и не всегда получается их определить. Пиво или сидр могут испортиться уже в кеге или потребительской таре, что приведет к репутационным потерям вдобавок к финансовым.

К слову, пиво варили еще шумеры и древние египтяне, а в средневековье в легко скисающие эли стали добавлять консервант — хмель, причем пивоварением занимались в основном монастыри, тогдашние хранители знаний и рецептов. Траппистские эли все еще пользуются большой популярностью, но это небольшая, уникальная ниша.

В современном мире, чтобы выигрывать в борьбе за потребителя, можно и нужно прибегать к генетическим методам. Они позволяют точно определить степень заражения и состав всех организмов, попавших в готовый напиток, находящихся в сырье или оборудовании. Определив источник заражения, достаточно легко с ним бороться и не допускать в будущем.

Анализ почв

Генетическими методами можно анализировать микробиом почв, то есть определять все живое в образце за одно исследование. Зная, как меняется состав, какие бактерии или грибы доминируют в микробиоме, можно проанализировать и предсказать урожайность, планировать методы борьбы с нежелательными микроорганизмами, выявлять вредителей и карантинные организмы.

На садовых участках подобные исследования не нашли применения, так как имеют достаточно высокую стоимость. Основные заказчики — это питомники, аграрные и тепличные хозяйства.

Лаборатории BioSpark приходилось даже исследовать состав культурного слоя расположенной в Челябинской области Игнатьевской пещеры. Ее поверхности заражены привнесенными туристами организмами. Несмотря на то что пещера закрыта для посетителей с 2018 года, распространение таких организмов продолжается. А между тем археологи возлагают большие надежды на анализ найденных там орудий труда (среди которых преобладают скребки, пластины, резцы, есть элементы составных орудий, украшения) и останков животных (лошади, северного оленя, бизона, пещерного медведя и других млекопитающих ледникового периода).

Возраст культурного слоя Игнатьевской пещеры составляет 10–14 тысяч лет. Ее росписи датируют палеолитом. По богатству пещерной живописи этот памятник стоит в одном ряду с известными европейскими аналогами, стены которых покрыты древними рисунками. Изображения животных, людей, символов нанесены красной охрой.

По результатам проведенных исследований сегодня разрабатываются методы борьбы с распространением заражения.

Газоны и городское благоустройство

Оценить качество посадочного материала достаточно сложно. Особенно трудно определить наличие в нем системных вирусов, бактериального и грибного заражения, пока не проявившихся внешне. Заражение приводит к уменьшению всхожести, приживаемости, медленному росту, уменьшению массы и размеров плодов и многому другому. С ним приходится бороться уже на поле, используя специализированные препараты. Это дорого и не всегда эффективно.

То же самое можно отнести к сфере городского благоустройства и ландшафтного дизайна. Потери из-за некачественного посадочного материала значительны: одновременно с приобретением нового газона, растений и саженцев приходится проводить дополнительные работы по благоустройству, переделывать то, что уже было выполнено.

Собственная методика анализа и софт позволяют автоматически определить в найденном разнообразии фитопатогены. Для проведения анализа достаточно 10–20 г растения. Такой анализ не только показывает все виды микроорганизмов, в том числе патогенных, вызывающих заболевания, но и дает возможность создать индивидуальную стратегию обработки.

Генетические методы в современном мире используются широко, далеко выходя за привычные рамки медицины, где они применялись почти 100 лет назад. Сейчас и в России генетические исследования позволяют решать множество задач с высокой точностью и эффективностью, но при этом, что немаловажно, с минимальными затратами.