Kita berbicara tentang orang-orang masa depan yang menguraikan tanggal besar organik. Selama dua dekade terakhir, jumlah data biologis yang dapat dianalisis telah meningkat berkali-kali lipat karena pengurutan genom manusia. Sebelumnya, kita bahkan tidak dapat membayangkan bahwa dengan menggunakan informasi yang disimpan dalam darah kita, kita dapat menentukan asal usul kita, memeriksa bagaimana tubuh akan bereaksi terhadap obat-obatan tertentu, dan bahkan mengubah keturunan biologis kita.
Artikel ini dan artikel lainnya muncul pertama kali di di situs web kami. Selamat membaca.
Atribut rata-rata ahli bioinformatika sama dengan seorang programmer - mata merah, postur bungkuk, dan tanda dari cangkir kopi di desktop. Namun, pada tabel ini pekerjaannya bukan pada algoritma dan perintah abstrak, namun pada kode alam itu sendiri, yang dapat memberi tahu kita banyak hal tentang kita dan dunia di sekitar kita.
Spesialis di bidang ini menangani data dalam jumlah besar (misalnya, hasil pengurutan genom satu orang memakan waktu sekitar 100 gigabyte). Oleh karena itu, memproses berbagai informasi memerlukan pendekatan dan alat Ilmu Data. Adalah logis bahwa seorang ahli bioinformatika yang sukses harus memahami tidak hanya biologi dan kimia, tetapi juga metode analisis data, statistik dan matematika - hal ini membuat profesinya cukup langka dan diminati. Spesialis seperti ini khususnya dibutuhkan di bidang pengobatan inovatif dan pengembangan obat. Raksasa teknologi seperti IBM dan Intel , didedikasikan untuk studi bioinformatika.
Apa yang diperlukan untuk menjadi ahli bioinformatika?
- Biologi dan Kimia (tingkat universitas);
- Matstat, aljabar linier, teori probabilitas;
- Bahasa pemrograman (Python dan R, seringkali juga menggunakan C++);
- Untuk bioinformatika struktural: pemahaman analisis matematis dan teori persamaan diferensial.
Anda dapat memasuki bidang bioinformatika dengan latar belakang biologi dan pengetahuan pemrograman dan matematika. Untuk yang pertama, bekerja dengan program bioinformatika yang sudah jadi cocok, untuk yang terakhir, profil spesialisasi yang lebih algoritmik.
Apa yang dilakukan ahli bioinformatika?
Bioinformatika modern dibagi menjadi dua cabang utama - bioinformatika struktural dan bioinformatika urutan. Dalam kasus pertama, kita melihat seseorang duduk di depan komputer dan menjalankan program yang membantu mempelajari objek biologis (misalnya DNA atau protein) dalam visualisasi 3D. Mereka membangun model komputer yang memungkinkan untuk memprediksi bagaimana molekul obat akan berinteraksi dengan protein, seperti apa struktur spasial protein di dalam sel, sifat molekul apa yang menjelaskan interaksinya dengan struktur seluler, dll.
Metode bioinformatika struktural digunakan secara aktif baik dalam ilmu akademis maupun industri: sulit membayangkan sebuah perusahaan farmasi yang dapat melakukannya tanpa spesialis seperti itu. Dalam beberapa tahun terakhir, metode komputer telah menyederhanakan proses pencarian obat potensial, menjadikan pengembangan farmasi menjadi proses yang jauh lebih cepat dan lebih murah.
RNA polimerase yang bergantung pada RNA SARS-CoV-2 (kiri), serta hubungannya dengan dupleks RNA.
Apa itu genom?
Genom adalah semua informasi tentang struktur hereditas suatu organisme. Di hampir semua makhluk hidup, pembawa genom adalah DNA, tetapi ada organisme yang meneruskan informasi keturunannya dalam bentuk RNA. Genom diturunkan dari orang tua ke anak, dan selama proses penularan ini, kesalahan yang disebut mutasi dapat terjadi.
Interaksi obat remdesivir dengan RNA polimerase yang bergantung pada RNA dari virus SARS-CoV-2.
Bioinformatika sekuens berkaitan dengan tingkat organisasi makhluk hidup yang lebih tinggi - mulai dari nukleotida individu, DNA dan gen, hingga keseluruhan genom dan perbandingannya satu sama lain.
Bayangkan seseorang yang melihat di hadapannya sekumpulan huruf alfabet (tetapi bukan huruf sederhana, melainkan huruf genetik atau asam amino) dan mencari pola di dalamnya, menjelaskan dan memastikannya secara statistik, menggunakan metode komputer. Bioinformatika sekuens menjelaskan mutasi mana yang dikaitkan dengan penyakit tertentu atau mengapa zat berbahaya terakumulasi dalam darah pasien. Selain data medis, ahli bioinformatika sekuens mempelajari pola distribusi organisme di seluruh bumi, perbedaan populasi antar kelompok hewan, dan peran serta fungsi gen tertentu. Berkat ilmu ini, dimungkinkan untuk menguji efektivitas obat dan mempelajari mekanisme biologis yang menjelaskan tindakannya.
Misalnya, berkat analisis bioinformatika, mutasi yang mengarah pada perkembangan fibrosis kistik, penyakit monogenik yang disebabkan oleh rusaknya gen salah satu saluran klorida, ditemukan dan dideskripsikan. Dan sekarang kita tahu lebih baik siapa kerabat biologis terdekat manusia dan bagaimana nenek moyang kita menetap di planet ini. Selain itu, setiap orang dengan membaca genomnya dapat mengetahui dari mana keluarganya berasal dan dari suku mana ia berasal. Banyak orang asing (, ) dan Rusia (, ) layanan memungkinkan Anda mendapatkan layanan ini dengan harga yang relatif rendah (sekitar 20 ribu rubel).
Hasil analisis tes DNA asal usul dan afiliasi populasi dari MyHeritage.
Hasil tes populasi DNA dari 23andMe.
Bagaimana genom dibaca?
Saat ini, pengurutan genom adalah prosedur rutin yang memakan biaya sekitar $ XNUMX ribu rubel (termasuk di Rusia). Untuk membaca genom Anda, Anda hanya perlu mendonorkan darah dari vena di laboratorium khusus: dalam dua minggu Anda akan menerima hasil akhir dengan penjelasan rinci tentang karakteristik genetik Anda. Selain genom Anda, Anda dapat menganalisis genom mikrobiota usus Anda: Anda akan mempelajari karakteristik bakteri yang menghuni sistem pencernaan Anda, dan juga menerima saran dari ahli gizi profesional.
Genom dapat dibaca menggunakan berbagai metode, salah satu metode utama saat ini adalah apa yang disebut “pengurutan generasi berikutnya”. Untuk melakukan prosedur ini, sampel biologis harus diperoleh terlebih dahulu. Setiap sel dalam tubuh memiliki genom yang sama, sehingga paling sering darah diambil untuk membaca genom (ini yang paling mudah). Sel-sel kemudian memecah dan memisahkan DNA dari yang lainnya. Kemudian, DNA yang dihasilkan dipecah menjadi banyak potongan-potongan kecil dan adaptor khusus “dijahit” ke masing-masing potongan tersebut - urutan nukleotida yang diketahui disintesis secara artifisial. Kemudian untaian DNA dipisahkan, dan untaian untai tunggal dilekatkan menggunakan adaptor ke pelat khusus tempat dilakukan pengurutan. Selama pengurutan, nukleotida komplementer berlabel fluoresen ditambahkan ke urutan DNA. Setiap nukleotida berlabel, bila dilekatkan, memancarkan seberkas cahaya dengan panjang gelombang tertentu, yang direkam di komputer. Beginilah cara komputer membaca rangkaian pendek DNA asli, yang kemudian dirangkai menjadi genom asli menggunakan algoritma khusus.
Contoh data yang digunakan oleh ahli bioinformatika sekuens: penyelarasan sekuens asam amino.
Di mana ahli bioinformatika bekerja dan berapa penghasilan mereka?
Jalur bioinformatika secara tradisional dibagi menjadi dua bidang utama—industri dan sains. Karier sebagai ilmuwan bioinformatika biasanya dimulai dengan posisi pascasarjana di sebuah institut besar. Awalnya, ahli bioinformatika menerima gaji pokok berdasarkan lembaga mereka, jumlah hibah yang mereka ikuti, dan jumlah afiliasi mereka—tempat di mana mereka bekerja secara formal. Seiring waktu, jumlah hibah dan afiliasi bertambah, dan setelah sekitar beberapa tahun bekerja di lingkungan akademis, seorang ahli bioinformatika dengan mudah menerima gaji rata-rata (70-80 ribu rubel), tetapi banyak hal bergantung pada ketekunan dan kerja keras. Ahli bioinformatika paling berpengalaman akhirnya menjalankan laboratorium mereka sendiri di bidang spesialisasinya.
Di mana Anda belajar bioinformatika?
- Universitas Negeri Moskow - Fakultas Bioteknologi dan Bioinformatika
- HSE - Analisis Data dalam Biologi dan Kedokteran (program Magister)
- MIPT - Departemen Bioinformatika
- Institut Bioinformatika (NPO)
Berbeda dengan akademi, tidak ada seorang pun di industri ini yang akan menghabiskan waktunya untuk mengajari karyawannya keterampilan yang diperlukan, sehingga untuk mencapainya biasanya lebih sulit. Jalur karir seorang ahli bioinformatika di industri sangat bervariasi tergantung pada spesialisasi dan lokasinya. Rata-rata, gaji di bidang ini berfluktuasi ribu rubel, tergantung pada pengalaman dan spesialisasi.
Ahli bioinformatika terkenal
Sejarah bioinformatika dapat ditelusuri kembali ke Frederick Sanger, seorang ilmuwan Inggris yang menerima Hadiah Nobel Kimia pada tahun 1980 atas penemuan cara membaca urutan DNA. Sejak saat itu, metode pembacaan urutan telah meningkat setiap tahunnya, namun metode “Sanger sequencing” menjadi dasar untuk semua penelitian lebih lanjut di bidang ini.
Omong-omong, banyak program yang dibuat oleh ilmuwan Rusia kini digunakan secara luas di seluruh dunia - misalnya, perakit genom , - St. Perakit genom Petersburg, dibuat di Institut St. Petersburg, membantu para ilmuwan dari seluruh dunia menyusun rangkaian DNA pendek menjadi rangkaian yang lebih besar untuk merekonstruksi genom asli organisme.
Penemuan dan prestasi bioinformatika
Saat ini, para ahli bioinformatika membuat banyak penemuan bermanfaat. Tidak mungkin membayangkan pengembangan obat untuk virus corona tanpa menguraikan genomnya dan analisis bioinformatika yang kompleks tentang proses yang terjadi selama penyakit tersebut. Internasional Para ilmuwan yang menggunakan genomik komparatif dan metode pembelajaran mesin mampu memahami kesamaan virus corona dengan patogen lain.
Ternyata salah satu ciri tersebut adalah penguatan sinyal lokalisasi nuklir (NLS) virus patogen yang terjadi selama evolusi. Penelitian ini dapat membantu mempelajari jenis virus yang berpotensi berbahaya bagi manusia di masa depan, dan mungkin mengarah pada pengembangan obat pencegahan.
Selain itu, ahli bioinformatika telah memainkan peran penting dalam pengembangan metode pengeditan genom baru, khususnya sistem CRISPR/Cas9 (teknologi berbasis sistem kekebalan tubuh). ). Berkat analisis bioinformatika terhadap struktur protein ini dan perkembangan evolusionernya, keakuratan dan efisiensi sistem ini telah meningkat secara signifikan dalam beberapa tahun terakhir, yang memungkinkan pengeditan genom banyak organisme (termasuk manusia) dengan sengaja.
Anda bisa mendapatkan profesi yang dicari dari awal atau Naik Level dalam hal keterampilan dan gaji dengan mengikuti kursus online SkillFactory:
Lebih banyak kursus
Sumber: www.habr.com