हमारे भीतर का डेटा: जैव सूचना विज्ञानी क्या करते हैं?

हम भविष्य के उन लोगों के बारे में बात कर रहे हैं जो जैविक बड़ी तारीख को समझते हैं। पिछले दो दशकों में, मानव जीनोम के अनुक्रमण के कारण विश्लेषण किए जा सकने वाले जैविक डेटा की मात्रा कई गुना बढ़ गई है। इससे पहले, हम कल्पना भी नहीं कर सकते थे कि हमारे रक्त में संग्रहीत जानकारी का उपयोग करके, हमारी उत्पत्ति का निर्धारण करना, यह जांचना संभव होगा कि शरीर कुछ दवाओं पर कैसे प्रतिक्रिया करेगा, और यहां तक ​​कि हमारी जैविक आनुवंशिकता को भी बदल देगा।

यह और अन्य लेख सबसे पहले दिखाई देते हैं ब्लॉग हमारी वेबसाइट पर। मन लगाकर पढ़ाई करो।

औसत जैव सूचना विज्ञानी के गुण एक प्रोग्रामर के समान होते हैं - लाल आंखें, झुकी हुई मुद्रा और डेस्कटॉप पर कॉफी कप के निशान। हालाँकि, इस तालिका में काम अमूर्त एल्गोरिदम और कमांड पर नहीं है, बल्कि प्रकृति के कोड पर है, जो हमें हमारे और हमारे आसपास की दुनिया के बारे में बहुत कुछ बता सकता है।

इस क्षेत्र के विशेषज्ञ भारी मात्रा में डेटा से निपटते हैं (उदाहरण के लिए, एक व्यक्ति के जीनोम अनुक्रमण के परिणाम लगभग 100 गीगाबाइट लेते हैं)। इसलिए, जानकारी की ऐसी श्रृंखला को संसाधित करने के लिए डेटा विज्ञान दृष्टिकोण और उपकरणों की आवश्यकता होती है। यह तर्कसंगत है कि एक सफल जैव सूचना विज्ञानी को न केवल जीव विज्ञान और रसायन विज्ञान को समझना चाहिए, बल्कि डेटा विश्लेषण विधियों, सांख्यिकी और गणित को भी समझना चाहिए - इससे उसका पेशा काफी दुर्लभ और मांग में हो जाता है। ऐसे विशेषज्ञों की विशेष रूप से नवीन चिकित्सा और औषधि विकास के क्षेत्रों में आवश्यकता होती है। आईबीएम और इंटेल जैसे तकनीकी दिग्गज उनके प्रोग्राम खोलें, जैव सूचना विज्ञान के अध्ययन के लिए समर्पित।

जैव सूचना विज्ञानी बनने के लिए क्या करना होगा?

• जीव विज्ञान और रसायन विज्ञान (विश्वविद्यालय स्तर);
• मैटस्टैट, रैखिक बीजगणित, संभाव्यता सिद्धांत;
• प्रोग्रामिंग भाषाएँ (पायथन और आर, अक्सर C++ का भी उपयोग करते हैं);
• संरचनात्मक जैव सूचना विज्ञान के लिए: गणितीय विश्लेषण और अंतर समीकरणों के सिद्धांत को समझना।

आप जैविक पृष्ठभूमि और प्रोग्रामिंग तथा गणित के ज्ञान दोनों के साथ जैव सूचना विज्ञान के क्षेत्र में प्रवेश कर सकते हैं। पूर्व के लिए, तैयार जैव सूचना विज्ञान कार्यक्रमों के साथ काम करना उपयुक्त है, बाद के लिए, विशेषता का अधिक एल्गोरिथम प्रोफ़ाइल उपयुक्त है।

जैव सूचना विज्ञानी क्या करते हैं?

आधुनिक जैव सूचना विज्ञान को दो मुख्य शाखाओं में विभाजित किया गया है - संरचनात्मक जैव सूचना विज्ञान और अनुक्रम जैव सूचना विज्ञान। पहले मामले में, हम एक व्यक्ति को कंप्यूटर के सामने बैठे और ऐसे प्रोग्राम चलाते हुए देखते हैं जो 3डी विज़ुअलाइज़ेशन में जैविक वस्तुओं (उदाहरण के लिए, डीएनए या प्रोटीन) का अध्ययन करने में मदद करते हैं। वे ऐसे कंप्यूटर मॉडल बनाते हैं जो यह भविष्यवाणी करना संभव बनाते हैं कि एक दवा का अणु एक प्रोटीन के साथ कैसे बातचीत करेगा, एक कोशिका में प्रोटीन की स्थानिक संरचना कैसी दिखती है, अणु के कौन से गुण सेलुलर संरचनाओं के साथ इसकी बातचीत की व्याख्या करते हैं, आदि।

शैक्षणिक विज्ञान और उद्योग दोनों में संरचनात्मक जैव सूचना विज्ञान विधियों का सक्रिय रूप से उपयोग किया जाता है: ऐसी दवा कंपनी की कल्पना करना मुश्किल है जो ऐसे विशेषज्ञों के बिना काम कर सके। हाल के वर्षों में, कंप्यूटर विधियों ने संभावित दवाओं की खोज की प्रक्रिया को बहुत सरल बना दिया है, जिससे फार्मास्युटिकल विकास बहुत तेज और सस्ता प्रक्रिया बन गया है।

SARS-CoV-2 RNA-निर्भर RNA पोलीमरेज़ (बाएं), साथ ही RNA डुप्लेक्स के साथ इसका संबंध। स्रोत।

जीनोम क्या है?

जीनोम किसी जीव की आनुवंशिकता की संरचना के बारे में सारी जानकारी है। लगभग सभी जीवित प्राणियों में, जीनोम का वाहक डीएनए होता है, लेकिन ऐसे जीव भी होते हैं जो अपनी वंशानुगत जानकारी को आरएनए के रूप में प्रसारित करते हैं। जीनोम माता-पिता से बच्चों में स्थानांतरित होता है, और इस संचरण प्रक्रिया के दौरान, उत्परिवर्तन नामक त्रुटियां हो सकती हैं।

SARS-CoV-2 वायरस के RNA-निर्भर RNA पोलीमरेज़ के साथ रेमेडिसविर दवा की परस्पर क्रिया। स्रोत।

अनुक्रम जैव सूचना विज्ञान जीवित पदार्थ के उच्च स्तर के संगठन से संबंधित है - व्यक्तिगत न्यूक्लियोटाइड, डीएनए और जीन से लेकर संपूर्ण जीनोम और एक दूसरे के साथ उनकी तुलना तक।

एक ऐसे व्यक्ति की कल्पना करें जो अपने सामने वर्णमाला के अक्षरों का एक सेट देखता है (लेकिन सरल नहीं, बल्कि आनुवंशिक या अमीनो एसिड वाला) और उनमें पैटर्न ढूंढता है, उन्हें कंप्यूटर विधियों का उपयोग करके सांख्यिकीय रूप से समझाता और पुष्टि करता है। अनुक्रम जैव सूचना विज्ञान बताता है कि कौन सा उत्परिवर्तन किसी विशेष बीमारी से जुड़ा है या रोगी के रक्त में हानिकारक पदार्थ क्यों जमा होते हैं। चिकित्सा डेटा के अलावा, अनुक्रम जैव सूचना विज्ञानी पृथ्वी भर में जीवों के वितरण के पैटर्न, जानवरों के समूहों के बीच जनसंख्या अंतर और विशिष्ट जीन की भूमिकाओं और कार्यों का अध्ययन करते हैं। इस विज्ञान के लिए धन्यवाद, दवाओं की प्रभावशीलता का परीक्षण करना और उनकी कार्रवाई की व्याख्या करने वाले जैविक तंत्र का अध्ययन करना संभव है।

उदाहरण के लिए, जैव सूचना विज्ञान विश्लेषण के लिए धन्यवाद, सिस्टिक फाइब्रोसिस के विकास के लिए उत्परिवर्तन, क्लोराइड चैनलों में से एक के जीन के टूटने के कारण होने वाली एक मोनोजेनिक बीमारी, पाई गई और वर्णित की गई। और अब हम बेहतर ढंग से जानते हैं कि मनुष्य का निकटतम जैविक रिश्तेदार कौन है और हमारे पूर्वज ग्रह के चारों ओर कैसे बसे थे। इसके अलावा, प्रत्येक व्यक्ति अपने जीनोम को पढ़कर यह पता लगा सकता है कि उसका परिवार कहाँ से आता है और वह किस जातीय समूह से है। कई विदेशी (23andme, MyHeritage) और रूसी (जेनोटेक, Atlas) सेवाएं आपको अपेक्षाकृत कम कीमत (लगभग 20 हजार रूबल) के लिए यह सेवा प्राप्त करने की अनुमति देती हैं।

MyHeritage से उत्पत्ति और जनसंख्या संबद्धता के लिए डीएनए परीक्षण विश्लेषण के परिणाम।

23andMe से डीएनए जनसंख्या परीक्षण के परिणाम।

जीनोम कैसे पढ़ा जाता है?

आज, जीनोम अनुक्रमण एक नियमित प्रक्रिया है जिसमें किसी को भी लगभग लागत आएगी 150 हजार रूबल (रूस सहित)। अपने जीनोम को पढ़ने के लिए, आपको बस एक विशेष प्रयोगशाला में नस से रक्त दान करना होगा: दो सप्ताह में आपको अपनी आनुवंशिक विशेषताओं के विस्तृत विवरण के साथ एक तैयार परिणाम प्राप्त होगा। अपने जीनोम के अलावा, आप अपने आंतों के माइक्रोबायोटा के जीनोम का विश्लेषण कर सकते हैं: आप अपने पाचन तंत्र में रहने वाले बैक्टीरिया की विशेषताओं को सीखेंगे, और एक पेशेवर पोषण विशेषज्ञ से सलाह भी प्राप्त करेंगे।

जीनोम को विभिन्न तरीकों का उपयोग करके पढ़ा जा सकता है, जिनमें से एक मुख्य अब तथाकथित "अगली पीढ़ी अनुक्रमण" है। इस प्रक्रिया को अंजाम देने के लिए सबसे पहले जैविक नमूने प्राप्त करने होंगे। शरीर की प्रत्येक कोशिका में एक ही जीनोम होता है, इसलिए जीनोम को पढ़ने के लिए अक्सर रक्त लिया जाता है (यह सबसे आसान है)। फिर कोशिकाएं टूट जाती हैं और डीएनए को बाकी सभी चीजों से अलग कर देती हैं। फिर, परिणामी डीएनए को कई छोटे टुकड़ों में विभाजित किया जाता है और उनमें से प्रत्येक में विशेष एडेप्टर "सिले" होते हैं - ज्ञात न्यूक्लियोटाइड अनुक्रमों को कृत्रिम रूप से संश्लेषित किया जाता है। फिर डीएनए स्ट्रैंड को अलग कर दिया जाता है, और एकल-स्ट्रैंड स्ट्रैंड को एडेप्टर का उपयोग करके एक विशेष प्लेट से जोड़ा जाता है, जिस पर अनुक्रमण किया जाता है। अनुक्रमण के दौरान, डीएनए अनुक्रम में पूरक फ्लोरोसेंटली लेबल वाले न्यूक्लियोटाइड जोड़े जाते हैं। प्रत्येक लेबल वाला न्यूक्लियोटाइड, संलग्न होने पर, एक निश्चित तरंग दैर्ध्य के प्रकाश की किरण उत्सर्जित करता है, जिसे कंप्यूटर पर रिकॉर्ड किया जाता है। इस प्रकार कंप्यूटर मूल डीएनए के छोटे अनुक्रमों को पढ़ता है, जिन्हें फिर विशेष एल्गोरिदम का उपयोग करके मूल जीनोम में इकट्ठा किया जाता है।

डेटा का एक उदाहरण जिसके साथ अनुक्रम जैव सूचना विज्ञानी काम करते हैं: अमीनो एसिड अनुक्रम संरेखण।

जैव सूचना विज्ञानी कहाँ काम करते हैं और वे कितना कमाते हैं?

जैव सूचना विज्ञान पथ पारंपरिक रूप से दो मुख्य क्षेत्रों-उद्योग और विज्ञान में विभाजित है। जैव सूचना विज्ञान वैज्ञानिक के रूप में करियर आमतौर पर एक प्रमुख संस्थान में स्नातक पद से शुरू होता है। प्रारंभ में, जैव सूचना विज्ञानियों को उनके संस्थान, उनके द्वारा भाग लिए जाने वाले अनुदानों की संख्या और उनकी संबद्धताओं की संख्या - जहां वे औपचारिक रूप से कार्यरत हैं, के आधार पर आधार वेतन मिलता है। समय के साथ, अनुदान और संबद्धता की संख्या बढ़ती है, और शैक्षणिक माहौल में लगभग कुछ वर्षों तक काम करने के बाद, एक जैव सूचना विज्ञानी को आसानी से औसत वेतन (70-80 हजार रूबल) मिलता है, लेकिन बहुत कुछ परिश्रम और कड़ी मेहनत पर निर्भर करता है। सबसे अनुभवी जैव सूचना विज्ञानी अपने विशेषज्ञता के क्षेत्रों में अपनी प्रयोगशालाएँ चलाने लगते हैं।

आप जैव सूचना विज्ञान के लिए कहाँ अध्ययन करते हैं?

• मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी - बायोइंजीनियरिंग और बायोइनफॉरमैटिक्स संकाय
• एचएसई - जीव विज्ञान और चिकित्सा में डेटा विश्लेषण (मास्टर कार्यक्रम)
• एमआईपीटी - जैव सूचना विज्ञान विभाग
• जैव सूचना विज्ञान संस्थान (एनपीओ)

एक अकादमी के विपरीत, उद्योग में कोई भी कर्मचारी को आवश्यक कौशल सिखाने में अपना समय व्यतीत नहीं करेगा, इसलिए वहां पहुंचना आमतौर पर अधिक कठिन होता है। उद्योग में एक जैव सूचना विज्ञानी का करियर पथ उनकी विशेषज्ञता और स्थान के आधार पर बहुत भिन्न होता है। औसतन, इस क्षेत्र में वेतन में उतार-चढ़ाव होता है 70 हजार से 150 तक अनुभव और विशेषज्ञता के आधार पर हजार रूबल। 

प्रसिद्ध जैव सूचना विज्ञानी

जैव सूचना विज्ञान के इतिहास का पता एक अंग्रेजी वैज्ञानिक फ्रेडरिक सेंगर से लगाया जा सकता है, जिन्हें डीएनए अनुक्रमों को पढ़ने के तरीके की खोज के लिए 1980 में रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार मिला था। तब से, अनुक्रम पढ़ने के तरीकों में हर साल सुधार हुआ है, लेकिन "सेंगर अनुक्रमण" विधि ने इस क्षेत्र में सभी आगे के शोध के आधार के रूप में कार्य किया।

वैसे, रूसी वैज्ञानिकों द्वारा बनाए गए कई कार्यक्रम अब दुनिया भर में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं - उदाहरण के लिए, जीनोम असेंबलर कुक्म के पत्ते, - अनुसूचित जनजाति। सेंट पीटर्सबर्ग इंस्टीट्यूट में बनाया गया पीटर्सबर्ग जीनोम असेंबलर, दुनिया भर के वैज्ञानिकों को जीवों के मूल जीनोम के पुनर्निर्माण के लिए छोटे डीएनए अनुक्रमों को बड़े अनुक्रमों में इकट्ठा करने में मदद करता है।

जैव सूचना विज्ञान की खोजें और उपलब्धियाँ

आजकल, जैव सूचना विज्ञानी कई उपयोगी खोजें करते हैं। इसके जीनोम को डिकोड किए बिना और बीमारी के दौरान होने वाली प्रक्रियाओं के जटिल जैव सूचना विज्ञान विश्लेषण के बिना कोरोना वायरस के लिए दवाओं के विकास की कल्पना करना असंभव होगा। अंतरराष्ट्रीय группа तुलनात्मक जीनोमिक्स और मशीन लर्निंग विधियों का उपयोग करने वाले वैज्ञानिक यह समझने में सक्षम थे कि कोरोना वायरस में अन्य रोगजनकों के साथ क्या समानता है।

यह पता चला कि इन विशेषताओं में से एक विकास के दौरान होने वाले रोगजनक वायरस के परमाणु स्थानीयकरण संकेतों (एनएलएस) को मजबूत करना है। यह शोध वायरस के उन प्रकारों का अध्ययन करने में मदद कर सकता है जो भविष्य में मनुष्यों के लिए संभावित रूप से खतरनाक हो सकते हैं, और शायद निवारक दवा के विकास का कारण बन सकते हैं। 

इसके अलावा, जैव सूचना विज्ञानियों ने नई जीनोम संपादन विधियों, विशेष रूप से सीआरआईएसपीआर/कैस9 प्रणाली (प्रतिरक्षा प्रणाली पर आधारित एक तकनीक) के विकास में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है। जीवाणु). इन प्रोटीनों की संरचना और उनके विकासवादी विकास के जैव सूचना विज्ञान विश्लेषण के लिए धन्यवाद, इस प्रणाली की सटीकता और दक्षता हाल के वर्षों में काफी बढ़ गई है, जिससे कई जीवों (मनुष्यों सहित) के जीनोम को उद्देश्यपूर्ण रूप से संपादित करना संभव हो गया है।

आप स्किलफैक्ट्री ऑनलाइन पाठ्यक्रम लेकर कौशल और वेतन के मामले में स्क्रैच या लेवल अप से एक पसंदीदा पेशा प्राप्त कर सकते हैं:

• स्क्रैच से डेटा साइंस के पेशे को पढ़ाना
• डेटा साइंस ऑनलाइन बूटकैंप
• डेटा एनालिटिक्स ऑनलाइन बूटकैंप
• किसी भी शुरुआती स्तर पर विश्लेषक का पेशा
• वेब डेवलपमेंट कोर्स के लिए पायथन

अधिक पाठ्यक्रम

• मशीन लर्निंग कोर्स
• उन्नत पाठ्यक्रम "मशीन लर्निंग प्रो + डीप लर्निंग"
• कोर्स "डेटा साइंस के लिए गणित और मशीन लर्निंग"
• डेटा एनालिटिक्स कोर्स
• डेवऑप्स कोर्स
• व्यवसाय वेब डेवलपर
• शुरू से ही आईओएस डेवलपर का पेशा
• शुरू से ही पेशा एंड्रॉइड डेवलपर
• शुरू से ही पेशा जावा डेवलपर
• जावास्क्रिप्ट पाठ्यक्रम
• शुरू से ही पेशा यूएक्स डिजाइनर
• पेशे वेब डिजाइनर

स्रोत: www.habr.com