Версия для слабовидящих:
Размер шрифта:
a
a
a

Новые профессии. Биоинформатика

В нашем материале вместе с учеными Томского НИМЦ разбираемся, что такое биоинформатика, и как она помогает исследователям.

Биоинформатика: Что? Как? Зачем?

Еще буквально два десятилетия назад люди рассматривали биологию и информатику как абсолютно не соприкасающиеся области знаний. Еще со школьных времен мы помним, что биология - это наука о живой природе, а информатика связана с компьютерами и обработкой данных. Даже сегодня немногие знают, каким образом могут быть связаны две настолько далекие друг от друга дисциплины.

  • Биоинформатика — использование компьютерных, математических, статистических методов для решения биологических задач.

За последние десятилетия скопилось огромное количество биологических данных, которые нужно проанализировать. Оно значительно увеличилось с тех пор, как был расшифрован геном человека. До этого человечество даже не могло себе представить, что по информации, которая буквально хранится в нашей крови, ученые смогут определять происхождение человека, заранее предсказывать «ответ» организма на определенные лекарства и еще до рождения ребенка узнавать о наличии наследственных заболеваний.

Продвинуться в этих исследованиях ученым помогают биоинформатические методы и специалисты-биоинформатики, которые сегодня – на вес золота.



Евгений Денисов, заведующий лабораторией биологии опухолевой прогрессии НИИ онкологии Томского НИМЦ:

- В нашей лаборатории мы исследуем жизненный путь опухолевых клеток, но не всех, а только тех, которые образуют метастазы и рецидивы. Почему появляются метастазы и рецидивы? Теорий много, но пока мы не можем точно сказать, почему из миллиона, или даже нескольких сотен миллионов клеток только несколько обладают способностью метастазировать и рецидивировать, чем они отличаются от других.

Понять причины, которые приводят к метастазированию и рецидивированию опухолей, помогают нам ребята совершенно новой профессии – биоинформатики. Только они могут обработать те огромные массивы информации, которые были накоплены за годы исследований. У нас – в нашей лаборатории – таких специалистов всего двое, и все они учились самостоятельно, это абсолютные фанаты своего дела.




О нюансах своей специальности рассказывает Ростислав Воробьев, биоинформатик, младший научный сотрудник лаборатории биологии опухолевой прогрессии НИИ онкологии Томского НИМЦ.

 - Ростислав, расскажите, чем занимаются биоинформатики?

- Биоинформатика является дисциплиной на стыке разделов биологии, математики, физики и кибернетики. Это сочетание даёт свой широкий спектр направлений внутри самой биоинформатики, которые плавно перетекают в другие науки. В биоинформатике можно условно выделить несколько крупных направлений исследования: сборка и анализ геномов, поиск и классификация мутаций, анализ последовательностей ДНК и РНК и предсказание функций белков, и в целом функциональный анализ биологических систем.

В лаборатории биологии опухолевой прогрессии мы применяем секвенирование («чтение» ДНК) и последующий биоинформатический анализ для поиска мутаций и определения активности генов, ответственных за развитие метастазов и рецидивов онкологических заболеваний.

- В каком направлении сейчас развивается биоинформатика?

- С каждым годом совершенствуются сами технологии секвенирования и анализа, что позволяет проводить гораздо более таргетированные исследования для проверки научных гипотез. В частности, сейчас стремительно развивается технология секвенирования единичных клеток. Она позволяет «читать» последовательности не какого-то абстрактного набора клеток образца ткани организма, а каждой клетки из образца в отдельности. Это позволяет, например, выявлять интересные мутации, которые при старом подходе секвенирования на фоне остальных клеток выглядели бы статистически незначимым шумом и остались бы незамеченными клиническим специалистом.

- Как биоинформатика может помочь в борьбе с различными заболеваниями?

- Биоинформатика в первую очередь позволяет лучше понять те или иные процессы внутри организма, что в перспективе открывает более эффективные методы борьбы с заболеваниями, или позволяет разработать вакцины, предназначенные для профилактики или лечения. К примеру, структурная биоинформатика позволяет определить изменения в белковой структуре новых штаммов коронавируса для поиска методов лечения или профилактики заболевания.

В случае с онкологическими заболеваниями биоинформатика позволяет не только подобрать наиболее подходящую конкретному пациенту терапию, но и оценить генетическую предрасположенность к тем или иным видам рака у совершенно здорового человека. Также биоинформатика может применяться для корректировки уже имеющегося курса терапии при онкологических заболеваниях.

- Достижения биоинформатики используются только в медицине?

- Биоинформатика используется также в эволюционной и системной биологии. Помимо медицины, биоинформатика находит своё применение в генной и биоинженерии: от выведения, к примеру, нового сорта помидор, который дольше сохраняет товарный вид, до разработки биоматериалов для протезов, которые не вызывали бы отторжение в организме пациента.




Комментирует Алексей Зарубин, младший научный сотрудник лаборатории геномики орфанных болезней НИИ медицинской генетики Томского НИМЦ:

- Биоинформатика - это возможность анализировать огромные массивы данных, получать выводы, в большинстве случаев из тех вещей, которые человек из-за большого объема информации и сложной структуры не может воспринимать. Это миллиарды строк текста, и сделать такую сложную работу может только компьютер. Меня привлекает это перспективное направление.  Научные исследования, участником которых я являюсь, посвящены взаимодействию эпигенетических механизмов и их роли в формировании атеросклеротических бляшек.

- Существуют различные эпигенетические механизмы регуляции активности генов (такие, как метилирование и экспрессия микроРНК). Моя работа направлена на то, чтобы интегрировать эти эпигенетические механизмы с генетическим контекстом и выяснить, как они могут быть связаны с развитием атеросклероза. На практике это попытка обнаружить биомаркеры различных осложненных течений атеросклеротического процесса, поиск новых мишеней, на которые могут быть направлены терапевтические препараты.


***

Биоинформатические методы становятся все более популярны и востребованы в научных лабораториях, став неотъемлемой частью исследований в самых разных областях. Каким же образом приобрести эту специальность?

— В биоинформатику приходят из практически любой смежной области. Это могут быть биологи, математики, физики, кибернетики и т.д., - говорит Ростислав Воробьев. -   Это могут быть также специалисты по статистической обработке данных, специалисты по машинному обучению, программисты или специалисты по проектированию баз данных, которым потребовалось погрузиться в биологическую предметную область.

В случае выбора биоинформатики в качестве своей будущей специальности стоит рассмотреть два основных направления вхождения в специальность: со стороны генетики, геномики, молекулярной биологии, иммунологии и других биологических дисциплин – это освоение технических дисциплин и инструментов; со стороны прикладных технических наук по обработке и анализу данных – погружение в биологию.

  • Уже несколько лет подряд по инициативе НИИ онкологии Томского НИМЦ проводится бесплатная научно-практическая школа по секвенированию единичных клеток с докладчиками из Томского НИМЦ, МГУ, ИТМО, Гарварда, Принстона, а также, что особенно важно, с практическими занятиями как по биохимической части, так и по биоинформатическому анализу данных при прямом сотрудничестве с представителями крупнейших компаний по производству оборудования и реактивов.

Существуют полноценные образовательные программы в МГУ, ИТМО, в Институте биоинформатики, ВШЭ, НГУ, в ТГУ. Помимо этого, существуют различные курсы повышения квалификации и переподготовки.

Биоинформатика стремительно развивается, и поэтому всё больше возрастает потребность в квалифицированных специалистах в различных областях: от сельского хозяйства до иммунологии и биоинженерии. 




Материал подготовлен студенткой Факультета журналистики ТГУ Ксенией Толстошеевой