В 1831 году Чарльз Дарвин отправился в пятилетнее путешествие в Южную Америку на борту корабля HMS Beagle, который проводил гидрографические исследования. Во время экспедиции Дарвин исследовал отдалённые регионы континента, собирая растения, животных и ископаемые, а также записывая подробные наблюдения.
Эти материалы сыграли фундаментальную роль в развитии его идей об эволюции путём естественного отбора, которые являются основой современного научного развития. Сегодня коллекция, собранная Дарвином во время его знаменитого путешествия, хранится в Музее естественной истории в Лондоне, где она организована и хранится уже два века.
Научные музеи естественной истории сыграли основополагающую роль в сохранении научной памяти. Однако многие научные коллекции этих музеев в последние десятилетия оставались недоиспользованными. Появление методов секвенирования, требующих свежих тканей и неповреждённой ДНК, сделало исторические коллекции неактуальными. Но эта ситуация меняется, чему в значительной степени способствует развитие музеомики.
Музеомика — это применение методов молекулярной биологии, геномики и биоинформатики для изучения образцов, хранящихся в музейных коллекциях. Она включает в себя извлечение, секвенирование и анализ деградированной ДНК из исторических образцов, что позволяет проводить исследования в области эволюции, биоразнообразия, популяционной генетики, филогенетики, систематики и сохранения.
Об этом рассказал Таран Грант, профессор кафедры зоологии Института биологических наук и ассоциированный куратор амфибий в Музее зоологии Университета Сан-Паулу (USP).
Грант — один из спикеров на семинаре по музеологии Франции и Бразилии, который начался 12 июня в Музее человека в Париже. Семинар был организован Национальным музеем естественной истории Франции в партнёрстве с FAPESP и Университетом Сан-Паулу. Это часть программы недели FAPESP во Франции 2025 года.
Грант рассказал о том, как музеомика революционизирует использование и ценность научных коллекций. Благодаря возможности извлечения и анализа ДНК из исторических образцов, открываются новые возможности для исследований в таких областях, как эволюция, вымирание, адаптация, изменение окружающей среды и сохранение биоразнообразия.
«С помощью музеомики мы можем получить доступ к генетической информации из материалов, собранных более ста лет назад», — сказал Грант.
Учёный начал извлекать и секвенировать ДНК из старых музейных образцов в 1990-х годах, но столкнулся с серьёзными технологическими ограничениями. В то время использовался метод, требовавший длинных, хорошо сохранившихся фрагментов ДНК. Это было сложно, потому что генетический материал в музейных образцах часто сильно фрагментирован и деградирован.
«Деградация ДНК связана с возрастом образца и условиями в музее. В спирте, используемом для консервации образцов, проблема заключается в содержании воды. Худший враг ДНК — вода, которая разрушает генетический материал. В музеях, расположенных в более тёплых регионах с высокими температурами и без кондиционеров, испарение больше, поэтому спирт необходимо менять чаще», — объяснил Грант.
Технологические достижения, особенно с платформой Illumina и другими технологиями секвенирования нового поколения, позволили работать с фрагментированной или деградированной ДНК, способствуя использованию музейного материала.
Однако возникла новая проблема: количество эндогенной ДНК — то есть подлинной ДНК организма — в образцах тканей чрезвычайно мало. Это делает образцы очень восприимчивыми к загрязнению ДНК из окружающей среды или при обращении с ними.
Поэтому для извлечения и анализа этого материала в контролируемых условиях, таких как лаборатории с чистой комнатой и стерильными условиями, требуется предотвращение загрязнения и потери исходной генетической информации.