Ons praat van mense van die toekoms wat die organiese groot datum ontsyfer. Oor die afgelope twee dekades het die hoeveelheid biologiese data wat ontleed kan word veelvoudig toegeneem as gevolg van die volgordebepaling van die menslike genoom. Voor dit kon ons ons nie eers voorstel dat die gebruik van die inligting wat letterlik in ons bloed gestoor is, moontlik sou wees om ons oorsprong te bepaal, te kyk hoe die liggaam op sekere middels sal reageer, en selfs ons biologiese oorerwing te verander nie.
Hierdie en ander artikels verskyn eerste in op ons webwerf. Lekker lees.
Die eienskappe van die gemiddelde bioinformatikus is dieselfde as dié van 'n programmeerder - rooi oë, geboë postuur en merke van koffiekoppies op die lessenaar. By hierdie tafel gaan die werk egter nie oor abstrakte algoritmes en opdragte nie, maar oor die kode van die natuur self, wat ons baie van ons en die wêreld om ons kan vertel.
Spesialiste op hierdie gebied hanteer groot hoeveelhede data (byvoorbeeld, die resultate van volgordebepaling van die genoom van een persoon neem ongeveer 100 gigagrepe op). Daarom vereis die verwerking van so 'n verskeidenheid inligting Data Science-benaderings en -hulpmiddels. Dit is logies dat 'n suksesvolle bioinformatikus nie net biologie en chemie moet verstaan nie, maar ook data-ontledingsmetodes, statistiek en wiskunde - dit maak sy beroep nogal skaars en in aanvraag. Sulke spesialiste word veral benodig op die gebied van innoverende medisyne en geneesmiddelontwikkeling. Tegniese reuse soos IBM en Intel , gewy aan die studie van bioinformatika.
Wat neem dit om 'n bioinformatikus te word?
- Biologie en Chemie (universiteitsvlak);
- Matstat, lineêre algebra, waarskynlikheidsteorie;
- Programmeringstale (Python en R, gebruik dikwels ook C++);
- Vir strukturele bioinformatika: begrip van wiskundige analise en die teorie van differensiaalvergelykings.
Jy kan die veld van bioinformatika betree met beide 'n biologiese agtergrond en kennis van programmering en wiskunde. Vir eersgenoemde is werk met klaargemaakte bioinformatika-programme geskik, vir laasgenoemde, 'n meer algoritmiese profiel van die spesialiteit.
Wat doen bioinformatici?
Moderne bioinformatika word in twee hooftakke verdeel - strukturele bioinformatika en volgorde bioinformatika. In die eerste geval sien ons 'n persoon wat voor 'n rekenaar sit en programme hardloop wat help om biologiese voorwerpe (byvoorbeeld DNA of proteïene) in 3D-visualiserings te bestudeer. Hulle bou rekenaarmodelle wat dit moontlik maak om te voorspel hoe 'n geneesmiddelmolekule met 'n proteïen sal inwerk, hoe die ruimtelike struktuur van 'n proteïen in 'n sel lyk, watter eienskappe van die molekule sy interaksies met sellulêre strukture verklaar, ens.
Strukturele bioinformatika-metodes word aktief in beide akademiese wetenskap en in die industrie gebruik: dit is moeilik om 'n farmaseutiese maatskappy voor te stel wat sonder sulke spesialiste kan klaarkom. In onlangse jare het rekenaarmetodes die proses van soek na potensiële middels aansienlik vereenvoudig, wat farmaseutiese ontwikkeling 'n baie vinniger en goedkoper proses maak.
SARS-CoV-2 RNA-afhanklike RNA-polimerase (links), sowel as die assosiasie daarvan met die RNA-dupleks.
Wat is 'n genoom?
Die genoom is al die inligting oor die struktuur van die oorerwing van 'n organisme. In byna alle lewende wesens is die draer van die genoom DNA, maar daar is organismes wat hul oorerflike inligting in die vorm van RNA oordra. Die genoom word van ouers na kinders oorgedra, en tydens hierdie oordragproses kan foute wat mutasies genoem word, voorkom.
Interaksie van die geneesmiddel remdesivir met die RNA-afhanklike RNA-polimerase van die SARS-CoV-2-virus.
Volgordebioinformatika handel oor 'n hoër vlak van organisasie van lewende materie - van individuele nukleotiede, DNA en gene, tot hele genome en hul vergelykings met mekaar.
Stel jou 'n persoon voor wat 'n stel letters van die alfabet voor hom sien (maar nie 'n eenvoudige een nie, maar 'n genetiese of aminosuur een) en patrone daarin soek, dit statisties verduidelik en bevestig, met behulp van rekenaarmetodes. Volgordebioinformatika verduidelik watter mutasie met 'n spesifieke siekte geassosieer word of waarom skadelike stowwe in 'n pasiënt se bloed ophoop. Benewens mediese data, bestudeer volgorde-bioinformatici patrone van verspreiding van organismes oor die aarde, bevolkingsverskille tussen groepe diere, en die rolle en funksies van spesifieke gene. Danksy hierdie wetenskap is dit moontlik om die doeltreffendheid van dwelms te toets en die biologiese meganismes te bestudeer wat hul werking verklaar.
Byvoorbeeld, danksy bioinformatika-analise, is mutasies wat lei tot die ontwikkeling van sistiese fibrose, 'n monogene siekte wat veroorsaak word deur 'n afbreek van die geen van een van die chloriedkanale, gevind en beskryf. En nou weet ons baie beter wie die naaste biologiese familielid van die mens is en hoe ons voorvaders hulle rondom die planeet gevestig het. Bowendien kan elke persoon, deur sy genoom te lees, uitvind waar sy familie vandaan kom en aan watter etniese groep hy behoort. Baie buitelandse (, ) en Russies (, ) dienste laat jou toe om hierdie diens teen 'n relatief lae prys te kry (ongeveer 20 duisend roebels).
Resultate van DNS-toetsontleding vir oorsprong en bevolkingsaffiliasie van MyHeritage.
Resultate van 'n DNS-bevolkingstoets van 23andMe.
Hoe word die genoom gelees?
Vandag is genoomvolgordebepaling 'n roetineprosedure wat enigiemand ongeveer sal kos duisend roebels (insluitend in Rusland). Om jou genoom te lees, hoef jy net bloed uit 'n aar in 'n spesiale laboratorium te skenk: oor twee weke sal jy 'n voltooide resultaat ontvang met 'n gedetailleerde beskrywing van jou genetiese eienskappe. Benewens jou genoom, kan jy die genome van jou dermmikrobiota ontleed: jy sal die eienskappe van die bakterieë wat jou spysverteringstelsel bewoon, leer, en ook advies van 'n professionele voedingkundige ontvang.
Die genoom kan met verskillende metodes gelees word, een van die belangrikstes is nou die sogenaamde "volgende generasie volgordebepaling". Om hierdie prosedure uit te voer, moet eers biologiese monsters verkry word. Elke sel van die liggaam het dieselfde genoom, daarom word bloed meestal geneem om die genoom te lees (dit is die maklikste). Die selle breek dan af en skei die DNS van alles anders. Dan word die resulterende DNA in baie klein stukkies verdeel en spesiale adapters word aan elk van hulle "toegewerk" - kunsmatig gesintetiseerde bekende nukleotiedvolgordes. Dan word die DNA-stringe geskei, en enkelstrengige stringe word met behulp van adapters aan 'n spesiale plaat geheg waarop volgordebepaling uitgevoer word. Tydens volgordebepaling word komplementêre fluorescent gemerkte nukleotiede by die DNA-volgorde gevoeg. Elke benoemde nukleotied, wanneer dit aangeheg is, straal 'n ligstraal van 'n sekere golflengte uit, wat op die rekenaar aangeteken word. Dit is hoe die rekenaar kort rye van die oorspronklike DNS lees, wat dan met spesiale algoritmes in die oorspronklike genoom saamgevoeg word.
'n Voorbeeld van data waarmee sekwensiebioinformatici werk: aminosuurvolgordebelyning.
Waar werk bioinformatici en hoeveel verdien hulle?
Die bioinformatika-pad word tradisioneel in twee hoofareas verdeel—industrie en wetenskap. 'n Loopbaan as 'n bioinformatika-wetenskaplike begin tipies met 'n gegradueerde pos by 'n groot instituut. Bioinformatici ontvang aanvanklik 'n basissalaris op grond van hul instituut, die aantal toelaes waaraan hulle deelneem en hul aantal affiliasies—plekke waarin hulle formeel in diens is. Met verloop van tyd neem die aantal toelaes en affiliasies toe, en na ongeveer 'n paar jaar se werk in 'n akademiese omgewing, ontvang 'n bioinformatikus maklik 'n gemiddelde salaris (70-80 duisend roebels), maar baie hang af van ywer en harde werk. Die mees ervare bioinformatici bestuur uiteindelik hul eie laboratoriums in hul spesialiteitsareas.
Waar studeer jy vir bioinformatika?
- Moskou Staatsuniversiteit - Fakulteit Bio-ingenieurswese en Bioinformatika
- HSE - Data-analise in Biologie en Geneeskunde (Meesterprogram)
- MIPT - Departement Bioinformatika
- Instituut vir Bioinformatika (NPO)
Anders as 'n akademie, sal niemand in die bedryf hul tyd spandeer om 'n werknemer die nodige vaardighede te leer nie, so dit is gewoonlik moeiliker om daarheen te kom. Die loopbaan van 'n bioinformatikus in die industrie verskil baie na gelang van hul spesialisasie en ligging. Gemiddeld wissel salarisse in hierdie veld duisend roebels, afhangende van ervaring en spesialisasie.
Bekende bioinformatici
Die geskiedenis van bioinformatika kan teruggevoer word na Frederick Sanger, 'n Engelse wetenskaplike wat in 1980 die Nobelprys in Chemie ontvang het vir sy ontdekking van 'n manier om DNS-volgordes te lees. Sedertdien het volgordeleesmetodes elke jaar verbeter, maar die “Sanger-volgordebepaling”-metode het as basis gedien vir alle verdere navorsing op hierdie gebied.
Terloops, baie programme wat deur Russiese wetenskaplikes geskep is, word nou wyd gebruik oor die hele wêreld - byvoorbeeld die genoomsamesteller , - St. Petersburg-genoomsamesteller, wat by die St. Petersburg-instituut geskep is, help wetenskaplikes van regoor die wêreld om kort DNS-reekse in groter reekse saam te stel om die oorspronklike genome van organismes te rekonstrueer.
Ontdekkings en prestasies van bioinformatika
Deesdae maak bioinformatici baie nuttige ontdekkings. Dit sou onmoontlik wees om die ontwikkeling van medisyne vir koronavirus voor te stel sonder om die genoom en komplekse bioinformatika-analise van die prosesse wat tydens die siekte plaasvind te ontsyfer. Internasionaal Wetenskaplikes wat vergelykende genomika en masjienleermetodes gebruik, kon verstaan wat koronavirusse met ander patogene gemeen het.
Dit het geblyk dat een van hierdie kenmerke die versterking van kernlokaliseringseine (NLS) van patogeniese virusse is wat tydens evolusie voorkom. Hierdie navorsing kan help om virusse te bestudeer wat potensieel gevaarlik vir mense in die toekoms kan wees, en dalk lei tot voorkomende geneesmiddelontwikkeling.
Daarbenewens het bioinformatici 'n sleutelrol gespeel in die ontwikkeling van nuwe genoomredigeringsmetodes, veral die CRISPR/Cas9-stelsel ('n tegnologie gebaseer op die immuunstelsel ). Danksy bioinformatika-analise van die struktuur van hierdie proteïene en hul evolusionêre ontwikkeling, het die akkuraatheid en doeltreffendheid van hierdie stelsel die afgelope jare aansienlik toegeneem, wat dit moontlik gemaak het om die genome van baie organismes (insluitend mense) doelgerig te redigeer.
Jy kan 'n gesogte beroep van nuuts af kry of Level Up in terme van vaardighede en salaris deur SkillFactory aanlyn kursusse te neem:
Meer kursusse
Bron: will.com