Kita bercakap tentang orang masa depan yang menguraikan tarikh besar organik. Sepanjang dua dekad yang lalu, jumlah data biologi yang boleh dianalisis telah meningkat berlipat kali ganda disebabkan oleh penjujukan genom manusia. Sebelum ini, kita tidak dapat membayangkan bahawa menggunakan maklumat yang disimpan secara literal dalam darah kita, adalah mungkin untuk menentukan asal usul kita, menyemak bagaimana tubuh akan bertindak balas terhadap ubat-ubatan tertentu, dan juga mengubah keturunan biologi kita.
Artikel ini dan artikel lain muncul pertama kali dalam di laman web kami. Selamat membaca.
Atribut rata-rata ahli bioinformatika adalah sama seperti pengaturcara - mata merah, postur bongkok dan tanda dari cawan kopi pada desktop. Walau bagaimanapun, pada jadual ini kerjanya bukan pada algoritma dan arahan abstrak, tetapi pada kod alam semula jadi itu sendiri, yang boleh memberitahu kita banyak tentang kita dan dunia di sekeliling kita.
Pakar dalam bidang ini berurusan dengan sejumlah besar data (contohnya, hasil penjujukan genom seseorang mengambil kira-kira 100 gigabait). Oleh itu, pemprosesan pelbagai maklumat memerlukan pendekatan dan alatan Sains Data. Adalah logik bahawa ahli bioinformatika yang berjaya harus memahami bukan sahaja biologi dan kimia, tetapi juga kaedah analisis data, statistik dan matematik - ini menjadikan profesionnya agak jarang dan dalam permintaan. Pakar sedemikian amat diperlukan dalam bidang perubatan inovatif dan pembangunan ubat. Gergasi teknologi seperti IBM dan Intel , khusus untuk kajian bioinformatik.
Apakah yang diperlukan untuk menjadi ahli bioinformatika?
- Biologi dan Kimia (peringkat universiti);
- Matstat, algebra linear, teori kebarangkalian;
- Bahasa pengaturcaraan (Python dan R, selalunya juga menggunakan C++);
- Untuk bioinformatik struktur: memahami analisis matematik dan teori persamaan pembezaan.
Anda boleh memasuki bidang bioinformatik dengan latar belakang biologi dan pengetahuan pengaturcaraan dan matematik. Bagi yang pertama, bekerja dengan program bioinformatik siap sedia adalah sesuai, untuk yang terakhir, profil kepakaran yang lebih algoritma.
Apakah yang dilakukan oleh ahli bioinformatika?
Bioinformatik moden dibahagikan kepada dua cabang utama - bioinformatik struktur dan bioinformatik jujukan. Dalam kes pertama, kita melihat seseorang duduk di hadapan komputer dan menjalankan program yang membantu mengkaji objek biologi (contohnya, DNA atau protein) dalam visualisasi 3D. Mereka membina model komputer yang memungkinkan untuk meramalkan bagaimana molekul ubat akan berinteraksi dengan protein, rupa struktur spatial protein dalam sel, apakah sifat molekul menjelaskan interaksinya dengan struktur selular, dsb.
Kaedah bioinformatik struktur digunakan secara aktif dalam sains akademik dan dalam industri: sukar untuk membayangkan syarikat farmaseutikal yang boleh melakukannya tanpa pakar sedemikian. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, kaedah komputer telah banyak memudahkan proses mencari ubat yang berpotensi, menjadikan pembangunan farmaseutikal proses yang lebih cepat dan lebih murah.
Polimerase RNA yang bergantung kepada RNA SARS-CoV-2 (kiri), serta kaitannya dengan dupleks RNA.
Apakah genom?
Genom ialah semua maklumat tentang struktur keturunan sesuatu organisma. Dalam hampir semua makhluk hidup, pembawa genom adalah DNA, tetapi terdapat organisma yang menghantar maklumat keturunan mereka dalam bentuk RNA. Genom diteruskan daripada ibu bapa kepada kanak-kanak, dan semasa proses penghantaran ini, ralat yang dipanggil mutasi boleh berlaku.
Interaksi ubat remdesivir dengan polimerase RNA yang bergantung kepada RNA virus SARS-CoV-2.
Bioinformatik jujukan memperkatakan tahap organisasi bahan hidup yang lebih tinggi - daripada nukleotida individu, DNA dan gen, kepada keseluruhan genom dan perbandingannya antara satu sama lain.
Bayangkan seseorang yang melihat di hadapannya satu set huruf abjad (tetapi bukan yang mudah, tetapi yang genetik atau asid amino) dan mencari corak di dalamnya, menerangkan dan mengesahkannya secara statistik, menggunakan kaedah komputer. Bioinformatik jujukan menerangkan mutasi yang dikaitkan dengan penyakit tertentu atau sebab bahan berbahaya terkumpul dalam darah pesakit. Selain data perubatan, ahli bioinformatika jujukan mengkaji corak taburan organisma di seluruh bumi, perbezaan populasi antara kumpulan haiwan, dan peranan serta fungsi gen tertentu. Terima kasih kepada sains ini, adalah mungkin untuk menguji keberkesanan ubat dan mengkaji mekanisme biologi yang menjelaskan tindakan mereka.
Sebagai contoh, terima kasih kepada analisis bioinformatik, mutasi yang membawa kepada perkembangan fibrosis kistik, penyakit monogenik yang disebabkan oleh pecahan gen salah satu saluran klorida, ditemui dan diterangkan. Dan sekarang kita lebih tahu siapa saudara biologi manusia yang paling dekat dan bagaimana nenek moyang kita menetap di sekitar planet ini. Lebih-lebih lagi, setiap orang, dengan membaca genomnya, boleh mengetahui dari mana keluarganya berasal dan kumpulan etnik apa dia. ramai asing (, ) dan Rusia (, ) perkhidmatan membolehkan anda mendapatkan perkhidmatan ini dengan harga yang agak rendah (kira-kira 20 ribu rubel).
Keputusan analisis ujian DNA untuk asal usul dan gabungan populasi daripada MyHeritage.
Keputusan ujian populasi DNA daripada 23andMe.
Bagaimanakah genom dibaca?
Hari ini, penjujukan genom adalah prosedur rutin yang akan menelan belanja sesiapa sahaja ribu rubel (termasuk di Rusia). Untuk membaca genom anda, anda hanya perlu menderma darah dari vena di makmal khas: dalam dua minggu anda akan menerima hasil selesai dengan penerangan terperinci tentang ciri genetik anda. Sebagai tambahan kepada genom anda, anda boleh menganalisis genom mikrobiota usus anda: anda akan mempelajari ciri-ciri bakteria yang menghuni sistem pencernaan anda, dan juga menerima nasihat daripada pakar pemakanan profesional.
Genom boleh dibaca menggunakan kaedah yang berbeza, salah satu yang utama sekarang ialah apa yang dipanggil "penjujukan generasi seterusnya". Untuk menjalankan prosedur ini, sampel biologi mesti terlebih dahulu diperolehi. Setiap sel badan mempunyai genom yang sama, jadi selalunya darah diambil untuk membaca genom (ini adalah yang paling mudah). Sel-sel kemudiannya pecah dan memisahkan DNA daripada segala-galanya. Kemudian, DNA yang terhasil dipecahkan kepada banyak kepingan kecil dan penyesuai khas "dijahit" pada setiap daripada mereka - jujukan nukleotida yang diketahui disintesis secara buatan. Kemudian helai DNA dipisahkan, dan helai helai tunggal dilampirkan menggunakan penyesuai ke plat khas di mana penjujukan dijalankan. Semasa penjujukan, nukleotida berlabel pendarfluor pelengkap ditambah pada jujukan DNA. Setiap nukleotida berlabel, apabila dilekatkan, memancarkan pancaran cahaya dengan panjang gelombang tertentu, yang direkodkan pada komputer. Beginilah cara komputer membaca urutan pendek DNA asal, yang kemudiannya dipasang ke dalam genom asal menggunakan algoritma khas.
Contoh data yang digunakan oleh ahli bioinformatika jujukan: penjajaran jujukan asid amino.
Di manakah pakar bioinformatika bekerja dan berapa banyak pendapatan mereka?
Laluan bioinformatik secara tradisinya dibahagikan kepada dua bidang utamaβindustri dan sains. Kerjaya sebagai saintis bioinformatik biasanya bermula dengan jawatan siswazah di institut utama. Pada mulanya, ahli bioinformatika menerima gaji asas berdasarkan institut mereka, bilangan geran yang mereka sertai, dan bilangan gabungan merekaβtempat di mana mereka bekerja secara rasmi. Dari masa ke masa, bilangan geran dan gabungan bertambah, dan selepas kira-kira beberapa tahun bekerja dalam persekitaran akademik, seorang bioinformatika dengan mudah menerima gaji purata (70-80 ribu rubel), tetapi banyak bergantung pada ketekunan dan kerja keras. Ahli bioinformatika yang paling berpengalaman akhirnya menjalankan makmal mereka sendiri dalam bidang pengkhususan mereka.
Di manakah anda belajar untuk bioinformatik?
- Universiti Negeri Moscow - Fakulti Bioengineering dan Bioinformatik
- HSE - Analisis Data dalam Biologi dan Perubatan (program Sarjana)
- MIPT - Jabatan Bioinformatik
- Institut Bioinformatik (NPO)
Tidak seperti akademi, tiada sesiapa dalam industri akan menghabiskan masa mereka mengajar pekerja kemahiran yang diperlukan, jadi untuk ke sana biasanya lebih sukar. Laluan kerjaya seorang bioinformatika dalam industri sangat berbeza bergantung pada pengkhususan dan lokasi mereka. Secara purata, gaji dalam bidang ini turun naik ribu rubel, bergantung pada pengalaman dan pengkhususan.
Ahli bioinformatika terkenal
Sejarah bioinformatik boleh dikesan kembali kepada Frederick Sanger, seorang saintis Inggeris yang menerima Hadiah Nobel dalam Kimia pada tahun 1980 kerana penemuannya tentang cara membaca urutan DNA. Sejak itu, kaedah pembacaan urutan telah bertambah baik setiap tahun, tetapi kaedah "penjujukan Sanger" berfungsi sebagai asas untuk semua penyelidikan lanjut dalam bidang ini.
Ngomong-ngomong, banyak program yang dicipta oleh saintis Rusia kini digunakan secara meluas di seluruh dunia - contohnya, penghimpun genom , - St. Penghimpun genom Petersburg, dicipta di Institut St. Petersburg, membantu saintis dari seluruh dunia memasang jujukan DNA pendek ke dalam jujukan yang lebih besar untuk membina semula genom asal organisma.
Penemuan dan pencapaian bioinformatik
Pada masa kini, ahli bioinformatika membuat banyak penemuan berguna. Adalah mustahil untuk membayangkan perkembangan ubat untuk coronavirus tanpa menguraikan genom dan analisis bioinformatik kompleksnya mengenai proses yang berlaku semasa penyakit itu. antarabangsa Para saintis yang menggunakan genomik perbandingan dan kaedah pembelajaran mesin dapat memahami persamaan coronavirus dengan patogen lain.
Ternyata salah satu ciri ini adalah pengukuhan isyarat penyetempatan nuklear (NLS) virus patogen yang berlaku semasa evolusi. Penyelidikan ini boleh membantu mengkaji jenis virus yang boleh berpotensi berbahaya kepada manusia pada masa hadapan, dan mungkin membawa kepada pembangunan ubat pencegahan.
Selain itu, ahli bioinformatika telah memainkan peranan penting dalam pembangunan kaedah penyuntingan genom baharu, khususnya sistem CRISPR/Cas9 (sebuah teknologi berdasarkan sistem imun ). Terima kasih kepada analisis bioinformatik tentang struktur protein ini dan perkembangan evolusinya, ketepatan dan kecekapan sistem ini telah meningkat dengan ketara dalam beberapa tahun kebelakangan ini, yang memungkinkan untuk sengaja mengedit genom banyak organisma (termasuk manusia).
Anda boleh mendapatkan profesion yang dicari dari awal atau Naik Tahap dari segi kemahiran dan gaji dengan mengikuti kursus dalam talian SkillFactory:
Lebih banyak kursus
Sumber: www.habr.com