Ni parolas pri homoj de la estonteco, kiuj deĉifras la organikan grandan rendevuon. Dum la lastaj du jardekoj, la kvanto de biologiaj datumoj analizeblaj multfoje pliiĝis pro la sekvencado de la homa genaro. Antaŭ tio, ni eĉ ne povis imagi, ke uzante la informojn laŭvorte konservitajn en nia sango, eblus determini nian originon, kontroli kiel la korpo reagos al certaj drogoj, kaj eĉ ŝanĝi nian biologian heredecon.
Ĉi tiu kaj aliaj artikoloj aperas unue en en nia retejo. Ĝuu legadon.
La atributoj de averaĝa bioinformatikisto estas la samaj kiel tiuj de programisto - ruĝaj okuloj, klinita pozo kaj markoj de kafotasoj sur la labortablo. Tamen ĉe ĉi tiu tablo la laboro ne temas pri abstraktaj algoritmoj kaj ordonoj, sed pri la kodo de la naturo mem, kiu povas diri al ni multon pri ni kaj la mondo ĉirkaŭ ni.
Specialistoj en ĉi tiu kampo traktas grandegajn kvantojn da datumoj (ekzemple, la rezultoj de sekvencado de la genaro de unu persono okupas ĉirkaŭ 100 gigabajtojn). Tial, prilabori tian aron da informoj postulas Data Science-alirojn kaj ilojn. Estas logike, ke sukcesa bioinformatikisto komprenu ne nur biologion kaj kemion, sed ankaŭ metodojn de analizo de datumoj, statistikon kaj matematikon - tio faras lian profesion sufiĉe malofta kaj postulata. Tiaj specialistoj estas precipe bezonataj en la areoj de noviga medicino kaj drog-evoluo. Teknikaj gigantoj kiel IBM kaj Intel , dediĉita al la studo de bioinformadiko.
Kion necesas por fariĝi bioinformatikisto?
- Biologio kaj Kemio (universitata nivelo);
- Matstat, lineara algebro, probabla teorio;
- Programlingvoj (Python kaj R, ofte ankaŭ uzante C++);
- Por struktura bioinformadiko: komprenante matematikan analizon kaj la teorion de diferencialaj ekvacioj.
Vi povas eniri la kampon de bioinformadiko kun kaj biologia fono kaj scio pri programado kaj matematiko. Por la unua, labori kun pretaj bioinformadikaj programoj taŭgas, por la dua, pli algoritma profilo de la fako.
Kion faras bioinformatikistoj?
Moderna bioinformadiko estas dividita en du ĉefajn branĉojn - struktura bioinformadiko kaj sekvenca bioinformadiko. En la unua kazo, ni vidas homon sidantan antaŭ komputilo kaj funkciigante programojn, kiuj helpas studi biologiajn objektojn (ekzemple DNA aŭ proteinojn) en 3D-bildigoj. Ili konstruas komputilajn modelojn, kiuj ebligas antaŭdiri kiel drogmolekulo interagos kun proteino, kiel aspektas la spaca strukturo de proteino en ĉelo, kiaj trajtoj de la molekulo klarigas ĝiajn interagojn kun ĉelaj strukturoj, ktp.
Strukturaj bioinformatikaj metodoj estas aktive uzataj kaj en akademia scienco kaj en industrio: estas malfacile imagi farmacian kompanion, kiu povas malhavi tiajn specialistojn. En la lastaj jaroj, komputilaj metodoj multe simpligis la procezon de serĉado de eblaj medikamentoj, igante farmacian disvolviĝon multe pli rapida kaj pli malmultekosta procezo.
SARS-CoV-2 RNA-dependa RNA polimerazo (maldekstre), same kiel ĝia asocio kun la RNA-duplekso.
Kio estas genaro?
La genaro estas ĉiuj informoj pri la strukturo de la heredo de organismo. En preskaŭ ĉiuj vivantaj estaĵoj, la portanto de la genaro estas DNA, sed ekzistas organismoj kiuj transdonas siajn heredajn informojn en formo de RNA. La genaro estas transdonita de gepatroj al infanoj, kaj dum ĉi tiu dissenda procezo, eraroj nomataj mutacioj povas okazi.
Interago de la drogo remdesivir kun la RNA-dependa RNA polimerazo de la SARS-CoV-2-viruso.
Sekvencbioinformadiko traktas pli altan nivelon de organizo de vivanta materio - de individuaj nukleotidoj, DNA kaj genoj, ĝis tutaj genaroj kaj iliaj komparoj unu kun la alia.
Imagu homon, kiu vidas antaŭ si aron da literoj de la alfabeto (sed ne simplan, sed genetikan aŭ aminoacidan) kaj serĉas en ili ŝablonojn, klarigante kaj konfirmante ilin statistike, uzante komputilajn metodojn. Sekvencbioinformadiko klarigas kiu mutacio estas rilata al speciala malsano aŭ kial damaĝaj substancoj akumuliĝas en la sango de paciento. Aldone al medicinaj datenoj, sekvencobioinformatikistoj studas padronojn de distribuado de organismoj trans la tero, populaciodiferencojn inter grupoj de bestoj, kaj la rolojn kaj funkciojn de specifaj genoj. Danke al ĉi tiu scienco, eblas testi la efikecon de drogoj kaj studi la biologiajn mekanismojn, kiuj klarigas ilian agadon.
Ekzemple, danke al bioinformatika analizo oni trovis kaj priskribis mutaciojn kondukantajn al la disvolviĝo de kistika fibrozo, monogena malsano kaŭzita de rompo de la geno de unu el la kloridkanaloj. Kaj nun ni scias multe pli bone, kiu estas la plej proksima biologia parenco de la homo kaj kiel niaj prauloj ekloĝis ĉirkaŭ la planedo. Krome, ĉiu homo, legante sian genaron, povas ekscii de kie venas lia familio kaj al kiu etno li apartenas. Multaj eksterlandaj (, ) kaj rusa (, ) servoj permesas al vi akiri ĉi tiun servon por relative malalta prezo (ĉirkaŭ 20 mil rubloj).
Rezultoj de DNA-testanalizo por origino kaj populacia alligiteco de MyHeritage.
Rezultoj de DNA-populacia testo de 23andMe.
Kiel oni legas la genaron?
Hodiaŭ, genarsekvencado estas rutina proceduro, kiu kostos al iu ajn proksimume mil rubloj (inkluzive en Rusio). Por legi vian genaron, vi nur bezonas donaci sangon el vejno en speciala laboratorio: post du semajnoj vi ricevos finitan rezulton kun detala priskribo de viaj genetikaj trajtoj. Krom via genaro, vi povas analizi la genarojn de via intesta mikrobioto: vi lernos la karakterizaĵojn de la bakterioj, kiuj loĝas en via digesta sistemo, kaj ankaŭ ricevos konsilojn de profesia nutraĵisto.
La genaro legeblas per malsamaj metodoj, unu el la ĉefaj nun estas la tiel nomata "sekvencado de venonta generacio". Por efektivigi ĉi tiun proceduron, unue devas esti akiritaj biologiaj specimenoj. Ĉiu ĉelo de la korpo havas la saman genaron, do plej ofte oni prenas sangon por legi la genaron (tio estas la plej facila). La ĉeloj tiam rompiĝas kaj apartigas la DNA de ĉio alia. Tiam, la rezulta DNA estas dividita en multajn malgrandajn pecojn kaj specialaj adaptiloj estas "kudritaj" al ĉiu el ili - artefarite sintezitaj konataj nukleotidsekvencoj. Tiam la DNA-fadenoj estas apartigitaj, kaj unu-fadenaj fadenoj estas alkroĉitaj per adaptiloj al speciala plato sur kiu sekvencado estas efektivigita. Dum sekvencado, komplementaj fluoreske etikeditaj nukleotidoj estas aldonitaj al la DNA-sekvenco. Ĉiu etikedita nukleotido, kiam ligite, elsendas lumfaskon de certa ondolongo, kiu estas registrita sur la komputilo. Tiel la komputilo legas mallongajn sekvencojn de la origina DNA, kiuj tiam estas kunvenitaj en la originan genaron uzante specialajn algoritmojn.
Ekzemplo de datenoj kun kiuj sekvencobioinformatikistoj laboras: aminoacida sekvencoparaleligo.
Kie laboras bioinformatikistoj kaj kiom ili gajnas?
La bioinformatika vojo estas tradicie dividita en du ĉefajn areojn - industrio kaj scienco. Kariero kiel bioinformatika sciencisto kutime komenciĝas per diplomiĝa pozicio ĉe grava instituto. Komence, bioinformatikistoj ricevas bazan salajron bazitan sur sia instituto, la nombro da subvencioj, kiujn ili partoprenas, kaj sia nombro da alligitecoj - lokoj en kiuj ili estas formale dungitaj. Kun la tempo, la nombro da subvencioj kaj aliĝoj kreskas, kaj post proksimume kelkaj jaroj da laborado en akademia medio, bioinformatikisto facile ricevas mezan salajron (70-80 mil rubloj), sed multe dependas de diligento kaj laborego. La plej spertaj bioinformatikistoj finas prizorgi siajn proprajn laboratoriojn en siaj fakoj.
Kie vi studas por bioinformadiko?
- Moskva Ŝtata Universitato - Fakultato de Bioinĝenierado kaj Bioinformadiko
- HSE - Datuma Analizo en Biologio kaj Medicino (Magistra programo)
- MIPT - Sekcio de Bioinformadiko
- Instituto de Bioinformadiko (NPO)
Male al akademio, neniu en la industrio pasigos sian tempon instruante al dungito la necesajn kapablojn, do atingi tie estas kutime pli malfacila. La kariero de bioinformatikisto en industrio multe varias depende de ilia specialiĝo kaj loko. Averaĝe, salajroj en ĉi tiu kampo variadas mil rubloj, depende de sperto kaj specialiĝo.
Famaj bioinformatikistoj
La historio de bioinformadiko povas esti spurita reen al Frederick Sanger, angla sciencisto kiu ricevis la Nobelpremion pri Kemio en 1980 por sia eltrovo de maniero legi DNA-sekvencojn. Ekde tiam, sinsekvaj legadmetodoj pliboniĝis ĉiujare, sed la metodo "Sanger-sekvencado" funkciis kiel bazo por ĉiu plia esplorado en tiu ĉi areo.
Cetere, multaj programoj kreitaj de rusaj sciencistoj nun estas vaste uzataj en la tuta mondo - ekzemple, la genoma asemblero , - St. Petersburg genaro-asemblero, kreita ĉe la Sankt-Peterburga Instituto, helpas sciencistojn de la tuta mondo kunveni mallongajn DNA-sekvencojn en pli grandajn sekvencojn por rekonstrui la originajn genarojn de organismoj.
Malkovroj kaj atingoj de bioinformadiko
Nuntempe, bioinformatikistoj faras multajn utilajn eltrovaĵojn. Estus neeble imagi la evoluon de medikamentoj por koronavirus sen deĉifri ĝian genaron kaj kompleksan bioinformatikan analizon de la procezoj okazantaj dum la malsano. Internacia Sciencistoj uzantaj komparan genomikon kaj maŝinlernajn metodojn povis kompreni kion koronavirusoj havas komune kun aliaj patogenoj.
Montriĝis, ke unu el ĉi tiuj trajtoj estas la plifortigo de nukleaj lokalizsignaloj (NLS) de patogenaj virusoj, kiuj okazas dum evoluo. Ĉi tiu esplorado povus helpi studi variojn de virusoj, kiuj povus esti danĝeraj por homoj en la estonteco, kaj eble konduki al preventa disvolviĝo de drogoj.
Krome, bioinformatikistoj ludis ŝlosilan rolon en la evoluo de novaj genaraj redaktaj metodoj, precipe la CRISPR/Cas9-sistemo (teknologio bazita sur la imunsistemo. ). Danke al bioinformatika analizo de la strukturo de ĉi tiuj proteinoj kaj ilia evolua evoluo, la precizeco kaj efikeco de ĉi tiu sistemo signife pliiĝis en la lastaj jaroj, kio ebligis celkonscie redakti la genarojn de multaj organismoj (inkluzive de homoj).
Vi povas akiri serĉatan profesion de nulo aŭ Level Up laŭ kapabloj kaj salajro prenante interretajn kursojn de SkillFactory:
Pli da kursoj
fonto: www.habr.com