Способность адаптироваться к неблагоприятным условиям среды привела к появлению у ряда организмов уникальных адаптаций на молекулярно-генетическом уровне, обеспечивающих эффективную защиту в экстремальных условиях. С применением современных генетических технологий мы исследуем примеры таких адаптаций, характеризуя ключевые биомолекулы с полезными свойствами для использования биомедицине и сельском хозяйстве.

Ряд организмов cпособен полностью отключать метаболизм, при этом эффективно защищая клетки и ткани, включая мозг, от повреждений, переживая неблагоприятные периоды экстремальных изменений в среде обитания. Мы исследуем два примера таких адаптаций: ангидробиоз личинок комаров-звонцов Polypedilum vanderplanki, выдерживающих полное обезвоживание и криобиоз ряда беспозвоночных организмов, выдерживающих мгновенную глубокую заморозку. Современные методы сравнительного полногеномного анализа, в комплексе с изучением транскрипции РНК в индивидуальных клетках позволяют выделять ключевые эволюционные события, которые привели к возникновению эффективной защиты в клетках таких организмов. Наша цель — использование знаний о механизмах ангидробиоза и криобиоза для разработки технологий безводного хранения живых клеток и тканей, а также методов снижения негативных эффектов реперфузионного синдрома и других пост-операционных осложнений у человека.

Способность к регенерации органов и тканей у человека и большинства млекопитающих ограничена. В то же время иглистые мыши рода Acomys восстанавливают потерю более 60% кожного покрова после травматизации и отличаются необычными способностями к регенерации скелетных мышц, спинного мозга, хрящевой ткани и других органов. Кроме того, эта группа животных характеризуются сложным социальным поведением, что связывают с особенностями строения симпатической нервной системы, включая надпочечники, которые по строению похожи на человеческие. Используя методы сравнительной эволюционной геномики, анализа транскрипции генов, включая scRNASeq, протеомного и метаболомного анализа мы изучаем происхождение и молекулярные механизмы регенерации у иглистых мышей, с целью использования этих знаний для биомиметических технологий, улучшающих заживление ран, стимуляции процессов репарации тканей и повышения регенеративного потенциала человека в будущем.

Периоды временного гипометаболизма, такие как спячка и эмбриональная диапауза представляют огромный интерес с точки молекулярных механизмов регуляции ответа на стрессы и изучения генетического контроля активности клеток и отдельных органелл. Мы используем ряд моделей гипометаболизма, включая торпор эмбрионов птиц для понимания молекулярно-генетических механизмов временного гипометаболизма и обратимого контроля динамики развития организма. На основе мульти-омиксного анализа процессов происходящих у животных, в состоянии гипометаболизма мы разрабатываем подходы для инициации искуственной спячки в биомедицинских целях в будущем.

Участки занятые белок-кодирующими участками составляют всего нескольк процентов генома. В то же время некодирующие регуляторные регионы играют одну и ключевых ролей в регуляции работы генетических сетей. Некодирующие РНК ассоциированные с энхансерными и промоторными областями привлекают все большее внимание исследователей, так как более 80% мутаций связанных с заболеваниями человека располагаются именно в этих участках. Используя оригинальные методы анализа РНК (в том числе и на уровне отдельных клеток) и высокопроизводительное секвенирование мы создаем цифровые генетические ресурсы и изучаем влияние регуляторных участков генома на патогенез различных заболеваний, функционирование генов в различных тканях и различные фенотипические признаки человека и животных. Наши исследования связаны с использованием регуляторных участков генома в животноводстве, медицинской генетике, спортивной и экстремальной медицине.