ИБР РАН0%

Начало истории Института биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН можно отнести к 1917 году, когда был создан Институт экспериментальной биологии. Идея создания Института экспериментальной биологии, его организация, а также руководство им на протяжении более 20 лет связаны с именем Николая Константиновича Кольцова — выдающегося отечественного биолога, основателя многих научных направлений, определивших облик экспериментальной биологии в первой половине XX века.

Николаем Константиновичем был задуман уникальный план организации первого научно-исследовательского института, не входящего, как это было принято в дореволюционной России, в состав высшего учебного заведения. Основная организационная идея Н.К. Кольцова состояла в создании многодисциплинарного института, изучающего явления жизни при помощи экспериментальных подходов. Это объединило специалистов, работающих в различных областях биологии — генетике, цитологии, механике развития и физиологии, и использующих многообразные методы и объекты исследования. Новый подход дал удивительные результаты. В 30-е годы Институт экспериментальной биологии становится признанным научным центром не только у нас в стране, но и за рубежом. В Институте сложилась школа генетиков и цитологов, получившая мировую известность.

Многие из пришедших в Институт молодых исследователей выросли в крупных ученых, которые оказали большое влияние на развитие различных областей экспериментальной биологии. В частности, в отделе генетики, возглавляемом С.С. Четвериковым, работали Б.Л. Астауров, А.С. Серебровский, Н.В. Тимофеев-Ресовский, Н.К. Беляев, П.Ф. Рокицкий, С.Н. Гершензон. Отделом механики (физиологии) развития руководил Д.П. Филатов, а отделом культуры тканей — первоначально А.В. Румянцев, затем Г.К. Хрущов, а после преобразования в отдел физиологии клетки — Б.В. Кедровский. Отдел физико-химической биологии возглавлял С.Н. Скадовский, отдел кариологии — П.В. Живаго, отдел генетики протистов — Г.В. Эпштейн.

Популярность Института определялась огромным научным авторитетом его директора, его провидческими идеями в разных областях биологии. Так, существование в клетке наследственных молекул, носителей генетической информации, и матричный принцип их редупликации были предсказаны Кольцовым уже в 1927 г. на Третьем Всероссийском съезде зоологов, анатомов и гистологов в Ленинграде. Во вступительном докладе «Физико-химические основы морфологии» он сформулировал новый для биологии принцип: omnis molecule ex molecule (каждая молекула от молекулы). И хотя наследственными молекулами оказались не белки (как предполагал Кольцов), а ДНК, эта идея инициировала размышления о структуре молекул наследственности и механизмах их воспроизведения. И только спустя 26 лет Дж. Уотсон и Ф. Крик расшифровали структуру двойной спирали ДНК, доказав матричный принцип ее удвоения.

Предсказание существования наследственных молекул — далеко не единственное пророчество Кольцова. Он был щедр на идеи и охотно делился ими со своими учениками. В 1916 г. Кольцов предположил возможность получения мутаций с помощью рентгеновского излучения. Проверку этой идеи он поручил своим ученикам Д.Д. Ромашову и Н.В. Тимофееву-Ресовскому. И хотя их попытки получить мутации на дрозофиле не увенчались успехом, они определили нужное направление дальнейших исследований. Следует отметить, что идея получения мутаций при помощи рентгеновских лучей была высказана Николаем Константиновичем более чем за 10 лет до открытия радиационного мутагенеза.

Идея химического мутагенеза также принадлежит Кольцову. В 30-е годы он предложил В.В. Сахарову проверить влияние различных химических соединений на растения и животных. Вскоре Сахаров в Кольцовском институте и М.Е. Лобашов в Ленинградском университете открыли явление химического мутагенеза. Несколько позднее к этой работе подключился аспирант института И.А. Рапопорт, который продемонстрировал мутагенную активность ряда соединений и установил специфичность их действия.

Успешно реализована и другая идея Н.К. Кольцова «…найти способ удваивать число хромосом в гаметах, чтобы получать тетраплоидные мутации». В замечательных исследованиях В.В. Сахарова экспериментальным путем были получены полиплоидные формы ряда сельскохозяйственных культур, из которых удалось вывести стабильные сорта.

Еще один пример прозорливости Николая Константиновича — это возобновление изучение партеногенеза на тутовом шелкопряде, впервые начатого русским зоологом А.А. Тихомировым в конце 19-го века. Эти исследования были продолжены и развиты Б.Л. Астауровым — учеником Н.К. Кольцова. Блестящие успехи, достигнутые Б.Л. Астауровым и его сотрудниками в разработке методов искусственного партеногенеза, позволили подойти вплотную к решению ряда актуальных задач биологии развития, а также были использованы в промышленном шелководстве.

Нельзя хотя бы коротко не упомянуть о знаменитых Кольцовских «Исследованиях о форме клеток», в которых впервые сформулирован «принцип Кольцова» — концепция о существовании внутреннего твердого скелета клетки и о том, что движение клетки определяется взаимодействием жидкого содержимого клетки с твердым скелетом. Эти принципы были широко использованы в работах его последователей и предвосхитили современные представлений о цитоскелете.

Однако, несмотря на впечатляющие научные достижения Института экспериментальной биологии и на его авторитет в стране и за рубежом, история Кольцовского Института была сложной и драматичной.

В 1938 г. Институт был переведен из системы Наркомздрава РСФСР в Академию наук СССР, реорганизован и переименован в Институт цитологии, гистологии и эмбриологии. В 1939 г. Н.К. Кольцов был освобожден от должности директора и в декабре 1940 г. скоропостижно скончался. Спустя 10 лет в судьбе Кольцовского института произошел еще один поворот — в результате объединения Института цитологии, гистологии и эмбриологии АН СССР с Институтом эволюционной морфологии АН СССР был образован Институт морфологии животных им. А.Н. Северцова.

Вопреки многочисленным трудностям среди экспериментальных биологов жила идея воссоздания Кольцовского Института. И в 1967 г. Президиумом АН СССР по инициативе Б.Л. Астаурова было принято решение о разделении Института морфологии животных на Институт эволюционной морфологии и экологии животных и Институт биологии развития, который и возглавил Б.Л. Астауров.

Можно считать, что при образовании Института биологии развития произошло воссоздание Кольцовского Института, поскольку удалось сохранить не только основные направления его исследований, но и значительную часть его научных кадров. Несомненно, что при создании Института биологии развития Б.Л. Астауров опирался на опыт Н.К. Кольцова и на заложенные им организационные принципы. Основными задачами нового Института его директор определил «познание причинных связей и закономерностей индивидуального развития организма животных на молекулярном, клеточном, тканевом и организменном уровнях, разработку методов управления процессами репродукции, роста и формообразования».

Борис Львович смог возродить характерную для Кольцовского Института творческую атмосферу, сплотив вокруг себя учеников Кольцова. В 1967-69 гг. 13 из 17 лабораторий Института возглавлялись либо непосредственными учениками Н.К. Кольцова, либо учениками его учеников. С 1970 года начал выходить журнал «Онтогенез», первым главным редактором которого был Б.Л. Астауров. В этот же период начали проводиться Школы по биологии развития, ставшие вскоре очень популярными среди биологов всей страны.

В число приоритетных направлений исследований вновь создаваемого Института Б.Л. Астауровым были включены «уже знакомые, но еще нерешенные или недорешенные проблемы индивидуального развития, которые теперь можно решать на новом уровне и для решения которых создались теперь большие научные предпосылки» (Астауров, 1968). К ним, в первую очередь, могут быть отнесены исследования основных этапов реализации генетической информации — путь от гена к признаку; исследования взаимодействия ядра и цитоплазмы (влияние цитоплазматических факторов на экспрессию генов во время развития); изучение искусственного партеногенеза и регуляции пола у животных; экспериментальная полиплоидия; исследования по экспериментальной эмбриологии и дифференцировке клеток и др. Вместе с тем, в ИБР появились и новые направления, связанные с анализом молекулярных механизмов онтогенеза и механизмов генетического контроля процессов развития, новые подходы, и к проблемам клеточной биологии и к анализу физиологических процессов.

Говоря о важнейших достижениях Института биологии развития, следует отметить выдающиеся результаты в изучении искусственного партеногенеза и регуляции пола у тутового шелкопряда, полученные Б.Л. Астауровым и его учениками. В решение данной проблемы огромный вклад внес В.А. Струнников и сотрудники его лаборатории, которая была создана по инициативе Б.Л. Астаурова в 1968 г. Главным направлением работы лаборатории было изучение генетики и цитогенетики механизмов размножения на примере тутового шелкопряда. Удалось решить ряд трудных теоретических и практических задач, таких как регуляция пола, массовая репродукция генетически точных копий выдающихся по продуктивности самок и самцов, определение относительной роли каждой хромосомы в развитии полезных признаков и методы очищения популяций от вредных генов, а также экспресс-методы определения частоты мутаций различных типов. Эти работы завоевали мировое признание. В.А. Струнниковым успешно завершены многолетние исследования по закреплению гетерозиса в последовательном ряду поколений без гибридизации.

Сотрудниками Института были сделаны принципиально важные для биологии развития открытия. Впервые И.Б. Збарским была охарактеризована новая внутриядерная структура — ядерный матрикс. Т.А. Детлаф были разработаны безразмерные критерии продолжительности развития, которые позволили ввести время в качестве характеристики ранних стадий онтогенеза. В работах Г.А. Бузникова было показано, что обнаруженные им в зародышах ранних стадий эмбрионального развития нейромедиаторы выполняют на этом этапе необычную для них регуляторную функцию. А.А. Нейфахом установлена периодичность морфогенетической функции ядер на ранних стадиях развития животных, связанная с особенностями синтеза матричной РНК и белка. Л.И. Корочкиным было открыто новое семейство нейрогенов. Значительные успехи были достигнуты Н.Г. Хрущовым с сотрудниками в изучении биологии стволовых клеток. Результаты этих работ позволяют с новых позиций анализировать процессы дифференцировки и механизмы поддержания клеточного гомеостаза в тканях и органах, а также понять особенности многих патологических процессов.

Преемником Б.Л. Астаурова на посту директора Института биологии развития им. Н.К. Кольцова стал академик Т.М. Турпаев, который возглавлял Институт с 1974 по 1989 г. Академик Н.Г. Хрущов руководил Институтом с 1989 по 2004 г. C 2004 до 2015 г. директором Института был доктор биологических наук, профессор Н.Д. Озернюк. С 2015 года по настоящее время директором Института является чл.-корр. РАН, доктор биологических наук, А.В. Васильев.

В конце XX века лаборатории Института, в соответствии с давно сложившейся традицией, объединялись по нескольким направлениям:

Эмбриологическое направление исследований Института продолжало традиции, заложенные Д.П. Филатовым — основателем отечественной школы экспериментальной биологии еще в Кольцовском Институте. Данное направление представляли лаборатории экспериментальной эмбриологии им. Д.П. Филатова, биофизики развития и биохимической эмбриологии. В этих лабораториях проводились биохимические и биофизические исследования особенностей предзародышевого и зародышевого развития, а также изучение влияния факторов среды на процессы гаметогенеза и эмбриогенеза.

Цитологическое направление — одно из основных в Институте экспериментальной биологии, возглавляемое в разное время А.В. Румянцевым, Г.К. Хрущовым, В.В. Кедровским, объединяло лаборатории: гистогенеза, цитологии, проблем клеточной пролиферации, экспериментальной нейробиологии, проблем регенерации. Исследования проблем клеточной биологии, проводимые в этих лабораториях, направлены на изучение процессов пролиферации, происхождения (кроветворных, нейральных, эпидермальных, печеночных, сперматогенных, тканей глаза, клеток иммунной системы), регенерации тканей и органов, а также особенностей биологии тканеспецифических и эмбриональных стволовых клеток.

Молекулярно-биологическое и молекулярно-генетическое направление, основанное И.Б. Збарским и Л.И. Корочкиным, было представлено лабораториями биохимии, молекулярной биологии развития, молекулярно-генетических механизмов онтогенеза, генетических механизмов органогенеза и группой регуляторных белков. Основные задачи этих лабораторий — анализ генетического контроля процессов развития различных органов и тканей; исследование механизмов регуляции синтеза и деградации белков на разных стадиях онтогенеза; изучение регуляторных функций белков и пептидов межклеточного матрикса.

Генетическое направление исследований вело свое начало из Кольцовского Института, сотрудники которого В.В. Сахаров, Н.Н. Соколов, Б.Н. Сидоров были приглашены Б.Л. Астауровым во вновь созданный Институт биологии развития и возглавили его генетические лаборатории. В настоящее время генетические лаборатории представлены лабораториями генетики, цитогенетики и структурно-функциональной организации эукариотических хромосом. В работах сотрудников этих лабораторий исследовались генетические механизмы видообразования, в том числе хромосомного видообразования; изучалась эволюционная роль отдаленной гибридизации; а также анализировались особенности структуры хромосом эукариот.

Изучение экологических и эволюционных проблем онтогенеза проводилось в лаборатории постнатального онтогенеза. Здесь исследовались фенотипическая изменчивость, нарушения стабильности процессов развития; особенности роста и гетерохроний в постнатальном онтогенезе как факторов, определяющих микроэволюционные изменения в популяциях животных; регистрирующие структуры (ткани зуба и кости) как характеристика состояния популяций наземных позвоночных.

Физиологическое направление исследований было создано Х.С. Коштоянцем и Т.М. Турпаевым. Это направление было представлено лабораториями общей физиологии, сравнительной физиологии, гормональных регуляций. Исследования, проводившиеся в этих лабораториях, связаны с анализом развития нервной системы, формирования нейрогуморальной регуляции в онтогенезе; роли нейротрансмиттеров в регуляции самых ранних этапов эмбрионального развития; клеточных и молекулярных механизмов формирования поведения в ходе развития и перестройки поведенческих программ у взрослых организмов; молекулярных основ функционирования сигнальных путей; особенностей экспрессии рецепторов.

Одно из старейших ныне действующих подразделений Института — Кропотовская биологическая станция, история которой опять возвращает нас к Н.К. Кольцову. Организовали ее в 1927 г. на юге Подмосковья в районе города Каширы, в бывшей барской усадьбе близ деревни Кропотово по инициативе кафедры общей биологии Второго МГУ, где профессор Н.К. Кольцов читал лекции. С 1932 по 1937 г. биостанция принадлежала Институту экспериментального морфогенеза. Затем ее передали Кольцовскому институту; а в 1967 г. она вошла в состав Института биологии развития. Во времена Н.К. Кольцова здесь работали многие выдающиеся биологи: сам Н.К. Кольцов, Д.П. Филатов, Б.В. Кедровский, Б.Л. Астауров, Л.Я. Бляхер, А.Г. Лапчинский, М.С. Навашин, Н.П. Дубинин, В.В. Сахаров, Б.Н. Сидоров, Н.Н. Соколов, В.А. Струнников и др. Именно здесь Б.Л. Астауров в 30-е годы начал изучать регуляцию пола у тутового шелкопряда, а потом В.А. Струнников разрабатывал подходы к управлению размножением и регуляцией пола.

Сейчас на биостанции активно работают физиологи, изучая особенности формирования поведения и механизмы регуляции физиологических функций в онтогенезе. Эти исследования проводятся на насекомых, моллюсках, амфибиях, с использованием методов электрофизиологии, цитохимии и молекулярной биологии. Биофизики изучают особенности энергетического метаболизма у моллюсков, насекомых и других беспозвоночных. Продолжаются работы по полиплоидии гречихи, успешно начатые В.В. Сахаровым; идет направленный отбор и селекция для получения семян гречихи и календулы. Генетики проводят в Каширском р-не мониторинг видового разнообразия дрозофил вдоль бассейна р. Оки. Кропотово уже почти век остается экспериментальной базой фундаментальных и прикладных работ по многим проблемам биологии развития и генетике не только сотрудников Института, но и Биологического факультета МГУ и других научных учреждений.

Трудности, характерные для современного этапа развития отечественной науки, коснулись, естественно, и нашего Института. Выход из данной ситуации видится в привлечении молодежи в Институт, концентрации усилий вокруг самых важных проблем биологии развития, а также в формировании более тесных связей с вузами, прежде всего с Биологическим факультетом МГУ. В ИБР создан Центр клеточных технологий, в котором сосредоточены исследования по различным проблемам клеточной биологии, в том числе биологии стволовых клеток; совместно с Биологическим факультетом МГУ организован Учебно-научный центр по биологии развития; возобновлено регулярное проведение Школ по биологии развития — первая Школа состоялась в 1971 г. Значительно возрос приток аспирантов и молодых исследователей. Таким образом, вопреки трудностям, история Кольцовского Института продолжается.