Подаци у нама: Шта раде биоинформатичари?

Говоримо о људима будућности који дешифрују органски велики датум. Током протекле две деценије, количина биолошких података који се могу анализирати се многоструко повећала због секвенцирања људског генома. Пре тога нисмо могли ни да замислимо да би помоћу информација које су буквално ускладиштене у нашој крви било могуће утврдити наше порекло, проверити како ће тело реаговати на одређене лекове, па чак и променити наше биолошко наслеђе.

Овај и други чланци се појављују први у блог пост на нашој веб страници. Уживај у читању.

Атрибути просечног биоинформатичара су исти као и код програмера - црвене очи, погнуто држање и трагови са шољица за кафу на радној површини. Међутим, за овим столом се не ради на апстрактним алгоритмима и командама, већ на самом коду природе који нам може рећи много о нама и свету око нас.

Специјалисти у овој области баве се огромним количинама података (на пример, резултати секвенцирања генома једне особе заузимају око 100 гигабајта). Стога, обрада таквог низа информација захтева приступе и алате науке о подацима. Логично је да успешан биоинформатичар треба да разуме не само биологију и хемију, већ и методе анализе података, статистику и математику - то чини његову професију прилично ретким и траженим. Такви специјалисти су посебно потребни у областима иновативне медицине и развоја лекова. Технолошки гиганти попут ИБМ-а и Интела отварају своје програме, посвећен проучавању биоинформатике.

Шта је потребно да бисте постали биоинформатичар?

• Биологија и хемија (универзитетски ниво);
• Матстат, линеарна алгебра, теорија вероватноће;
• Програмски језици (Питхон и Р, често користе и Ц++);
• За структурну биоинформатику: разумевање математичке анализе и теорије диференцијалних једначина.

Можете ући у област биоинформатике са биолошком позадином и знањем из програмирања и математике. За прве је погодан рад са готовим биоинформатичким програмима, за друге, више алгоритамски профил специјалности.

Шта раде биоинформатичари?

Савремена биоинформатика се дели на две главне гране – структурну биоинформатику и секвенцијску биоинформатику. У првом случају видимо особу која седи испред рачунара и покреће програме који помажу у проучавању биолошких објеката (на пример, ДНК или протеина) у 3Д визуализацијама. Они граде компјутерске моделе који омогућавају да се предвиди како ће молекул лека ступити у интеракцију са протеином, како изгледа просторна структура протеина у ћелији, која својства молекула објашњавају његове интеракције са ћелијским структурама итд.

Методе структурне биоинформатике се активно користе како у академској науци тако иу индустрији: тешко је замислити фармацеутску компанију која може без таквих стручњака. Последњих година, компјутерске методе су у великој мери поједноставиле процес тражења потенцијалних лекова, чинећи фармацеутски развој много бржим и јефтинијим процесом.

САРС-ЦоВ-2 РНК-зависна РНК полимераза (лево), као и њена повезаност са РНК дуплексом. Извор

Шта је геном?

Геном је све информације о структури наследности организма. У скоро свим живим бићима, носилац генома је ДНК, али постоје организми који своје наследне информације преносе у облику РНК. Геном се преноси са родитеља на децу, а током овог процеса преноса може доћи до грешака које се називају мутације.

Интеракција лека ремдесивир са РНК-зависном РНК полимеразом вируса САРС-ЦоВ-2. Извор

Биоинформатика секвенци бави се вишим нивоом организације живе материје – од појединачних нуклеотида, ДНК и гена, до целих генома и њиховог међусобног поређења.

Замислите човека који испред себе види скуп слова абецеде (али не једноставног, већ генетског или аминокиселинског) и тражи обрасце у њима, објашњавајући их и статистички потврђујући их компјутерским методама. Биоинформатика секвенце објашњава која мутација је повезана са одређеном болешћу или зашто се штетне супстанце акумулирају у крви пацијента. Поред медицинских података, биоинформатичари секвенци проучавају обрасце дистрибуције организама широм земље, популацијске разлике између група животиња и улоге и функције специфичних гена. Захваљујући овој науци, могуће је тестирати ефикасност лекова и проучавати биолошке механизме који објашњавају њихово деловање.

На пример, захваљујући биоинформатичкој анализи, пронађене су и описане мутације које доводе до развоја цистичне фиброзе, моногене болести изазване сломом гена једног од хлоридних канала. А сада много боље знамо ко је најближи биолошки сродник човека и како су се наши преци населили по планети. Штавише, свака особа, читајући свој геном, може сазнати одакле му потиче породица и којој етничкој групи припада. Многи страни (23андме, Моје наслеђе) и руски (Генотек, Атлас) услуге вам омогућавају да добијете ову услугу по релативно ниској цени (око 20 хиљада рубаља).

Резултати анализе ДНК теста за порекло и припадност становништва из МиХеритаге.

Резултати ДНК популацијског теста од 23андМе.

Како се чита геном?

Данас је секвенцирање генома рутинска процедура која ће отприлике коштати свакога 150 хиљада рубаља (укључујући Русију). Да бисте прочитали свој геном, потребно је само да донирате крв из вене у посебној лабораторији: за две недеље добићете готов резултат са детаљним описом ваших генетских карактеристика. Поред вашег генома, можете анализирати и геноме ваше цревне микробиоте: научићете карактеристике бактерија које насељавају ваш систем за варење, а такође ћете добити савет од професионалног нутриционисте.

Геном се може очитати различитим методама, од којих је једна од главних сада такозвана „следећа генерација секвенцирања“. Да би се спровела ова процедура, прво се морају узети биолошки узорци. Свака ћелија тела има исти геном, па се најчешће узима крв за очитавање генома (ово је најлакше). Ћелије се тада разграђују и одвајају ДНК од свега осталог. Затим се резултујућа ДНК цепа на много малих делова и за сваки од њих се „пришивају” специјални адаптери – вештачки синтетизоване познате секвенце нуклеотида. Затим се ланци ДНК раздвајају, а једноланчани ланци се причвршћују помоћу адаптера на посебну плочу на којој се врши секвенцирање. Током секвенцирања, ДНК секвенци се додају комплементарни флуоресцентно обележени нуклеотиди. Сваки обележени нуклеотид, када се закачи, емитује сноп светлости одређене таласне дужине, који се снима на рачунару. Овако компјутер чита кратке секвенце оригиналне ДНК, које се затим састављају у оригинални геном помоћу посебних алгоритама.

Пример података са којима раде биоинформатичари секвенци: поравнање секвенце аминокиселина.

Где раде биоинформатичари и колико зарађују?

Биоинформатички пут се традиционално дели на две главне области — индустрију и науку. Каријера научника биоинформатике обично почиње са дипломом на великом институту. У почетку, биоинформатичари примају основну плату на основу свог института, броја грантова у којима учествују и броја њихових афилијација – места на којима су формално запослени. Временом, број грантова и афилијација расте, а након отприлике пар година рада у академском окружењу, биоинформатичар лако прима просечну плату (70-80 хиљада рубаља), али много зависи од марљивости и труда. Најискуснији биоинформатичари на крају воде сопствене лабораторије у својим областима специјализације.

Где студираш биоинформатику?

• Московски државни универзитет – Факултет за биоинжењеринг и биоинформатику
• ХСЕ - Анализа података у биологији и медицини (мастер програм)
• МИПТ – Катедра за биоинформатику
• Институт за биоинформатику (НПО)

За разлику од академије, нико у индустрији неће трошити своје време на подучавање запосленог потребним вештинама, тако да је обично теже стићи до ње. Каријера биоинформатичара у индустрији увелико варира у зависности од њихове специјализације и локације. У просеку, плате у овој области варирају од 70 хиљада до 150 хиљада рубаља, у зависности од искуства и специјализације. 

Познати биоинформатичари

Историја биоинформатике може се пратити до Фредерика Сенгера, енглеског научника који је добио Нобелову награду за хемију 1980. за своје откриће начина читања ДНК секвенци. Од тада, методе читања секвенци су се сваке године унапређивале, али је метода „Сангер секвенцирања“ послужила као основа за сва даља истраживања у овој области.

Иначе, многи програми које су креирали руски научници сада се широко користе широм света - на пример, асемблер генома СПАдес, - Ст. Петербуршки монтажер генома, креиран на Институту у Санкт Петербургу, помаже научницима из целог света да саставе кратке ДНК секвенце у веће секвенце како би реконструисали оригиналне геноме организама.

Открића и достигнућа биоинформатике

Данас биоинформатичари доносе многа корисна открића. Било би немогуће замислити развој лекова за корона вирус без дешифровања његовог генома и комплексне биоинформатичке анализе процеса који се дешавају током болести. Интернатионал группа Научници који користе компаративну геномику и методе машинског учења успели су да схвате шта коронавируси имају заједничко са другим патогенима.

Испоставило се да је једна од ових карактеристика јачање сигнала нуклеарне локализације (НЛС) патогених вируса које се јавља током еволуције. Ово истраживање би могло да помогне у проучавању сојева вируса који би у будућности могли бити потенцијално опасни за људе, а можда и довести до превентивног развоја лекова. 

Поред тога, биоинформатичари су одиграли кључну улогу у развоју нових метода за уређивање генома, посебно система ЦРИСПР/Цас9 (технологија заснована на имунолошком систему бактерије). Захваљујући биоинформатичкој анализи структуре ових протеина и њиховом еволуционом развоју, тачност и ефикасност овог система је значајно порасла последњих година, што је омогућило да се наменски уређују геноми многих организама (укључујући људе).

Можете добити тражену професију од нуле или на виши ниво у смислу вештина и плате похађањем СкиллФацтори онлајн курсева:

• Предавање професије Дата Сциенце од нуле
• Дата Сциенце Онлине Боотцамп
• Аналитика података Онлине Боотцамп
• Професија аналитичара на било ком почетном нивоу
• Курс Питхон за веб развој

Више курсева

• Курс машинског учења
• Напредни курс „Машинско учење Про + дубоко учење“
• Курс "Математика и машинско учење за науку о подацима"
• Курс аналитике података
• ДевОпс курс
• Професија веб програмер
• Занимање иОС програмер од нуле
• Професија Андроид програмер од нуле
• Професија Јава програмер од нуле
• ЈаваСцрипт курс
• Професија УКС дизајнер од нуле
• Професија веб дизајнер

Извор: ввв.хабр.цом