Гигабайт в геноме
Мария Демидик.На факультете радиофизики БГУ начали готовить специалистов по биоинформатике. Здесь мы и познакомились с Марией Демидик. И хотя девушка всего лишь начинающий специалист, она уже успела выиграть престижную стипендию Wargaming:
— Свой выбор я сделала на основании того, что в данной области могу реализовать все свои желания и амбиции. Представьте, вам нужно решить какую-то задачу, для которой еще нет определенного алгоритма действия. Так вот это то, чем мы и занимаемся.
Чтобы проверить каждый ген клинически, нужно много времени, специалисты нового формата могут сделать это намного быстрее. В этом и заключается та помощь, которую новая профессия вносит в решение глобальных вопросов, волнующих человечество, считает биоинформатик-вирусолог Андрей Филипчик:
— Если, к примеру, сто лет назад ты, капнув что-то в пробирку, в которой был зеленый раствор, получал синий цвет, то результаты так и записывались. А сейчас ты капаешь что-то в пробирку, кладешь ее в дорогую машину и получаешь десятки гигабайт данных. Из них нужно извлечь какой-то смысл, понять, что происходит в клетке, организме и сделать какие-то выводы. Это как с умножением. Можно перемножить двузначные числа в уме или трехзначные в столбик, но если тебе нужно перемножать двадцатизначные числа, то необходим калькулятор. Так и в биологии.
В сухом остатке
Андрей Филипчик.— У биологов существует свой сленг. Так, «мокрой» биологией занимаются молекулярные биологи. А биоинформатики занимаются «сухой» биологией. Это значит, что они работают уже непосредственно с данными эксперимента и пытаются найти какие-то закономерности, сделать неочевидные выводы. Только айтишного образования не хватит, чтобы дать оценку. Естественно, информатикам необходимо иметь знания по биологии, и чем сильнее знания человека в обеих областях, тем больше он востребован, — говорит Мария.
На факультете биологии БГУ работает лаборатория Нины Владимировны Вороновой, в которой талантливые ребята создают инновационные проекты. Один из них направлен на изучение тли. Тля устойчива к инсектицидам и при этом уничтожает большое количество урожая. По словам Марии Демидик, постановка вопроса кажется простой только на первый взгляд:
— Нужно найти средство от тли. Однако когда начинаешь разбираться, возникает много нюансов. Ты понимаешь, что проблему можно решить по-разному. Но что даст результат — неизвестно. А знать это надо. А биоинформатика как раз и позволяет работать с большими объемами данных и находить оптимальное решение.
Иммунитет поддается правке
В 2018 году мир потрясла новость о том, что в Китае родились первые дети с измененной структурой ДНК. Генетик Хэ Цзянькуй в интервью Associated Press рассказал, что отредактировал геномы эмбрионов семи пар людей во время репродуктивного лечения. Испытуемые сами согласились на участие в эксперименте. И в результате одной из беременностей от здоровой матери и ВИЧ-инфицированного отца родились две девочки-двойняшки с измененной ДНК. Хэ Цзянькуй пояснил, что удалил у детей ген CCR5, благодаря чему они получили пожизненный иммунитет к ВИЧ. Казалось бы, такой научный прорыв! Но практически все китайские ученые осудили действия своего коллеги, а правительство даже начало разбирательство по этому вопросу. Возможно, это то, чем в будущем будут заниматься биоинформатики? Мария отмечает, что в решении этого вопроса не все так просто:
— Когда впервые услышала об этом, подумала: неужели этим можно заниматься? Что за футуристические фильмы! Я знаю, что создатели этого проекта сейчас пытаются решить вопросы с законодательством. Допустим, есть пара молодых родителей, которые хотят получить здорового ребенка, им нужно подправить в своей генетической информации определенные участки. Соответственно данная лаборатория этим и занимается.
Как таковые эксперименты с изменением определенного участка геномной ДНК известны и успешно применяются уже более 50 лет. Направления практического применения геномного редактирования различны: это и вирусные заболевания, и онкология, и моногенные заболевания, и направленные модификации генома человека. Однако последнее — самое противоречивое с точки зрения морали и этики. Подумаешь, достал плохой ген, вставил хороший — и все, создал суперчеловека. Но какова цена таких изменений и к чему это может привести, пока никто не знает.
Суперлекарство найдет компьютер
Биоинформатики сегодня ищут лекарство от рака. Клетки ламы из всех животных, устойчивых к раку, наиболее близки к человеческим. Одна зарубежная компания подходит к решению этой проблемы с точки зрения иммунологии. Ученые выясняют, что в организме ламы не позволяет животному вырабатывать раковые клетки, рассказывает Мария:
— Многие лаборатории мира занимаются поиском лекарства от рака. Нужно понимать, что это совсем другая ступень развития человечества. Биоинформатика — скорее средство, которое поможет увидеть некие алгоритмы решения проблемы, недоступные биологам.
Разрабатывают биоинформатики также лекарство от старения. Есть очень много исследователей, которые занимаются этим направлением. И здесь существует два подхода. Одни ученые работают над тем, чтобы откатить возраст назад и омолодить людей. Другие — пытаются замедлить процесс старения. К последним примкнул испанец Хуан Карлос Бальмонте. В калифорнийском институте Салка Ла Холле он провел необычный эксперимент на крысах, в ходе которого выяснил, что стволовые клетки могут порождать другие типы клеток организма. Более того, у них есть поразительная способность — оставаться молодыми. Исследователи теперь используют это, чтобы увеличить продолжительность жизни крыс и омолодить некоторые из их тканей. На людях, это, скорее всего, работать не будет, хотя на крысах получилось отлично.
Таблетка рубль бережет
По предположительным оценкам эпидемиологической службы Англии (Public Health England), к 2050 году количество смертей от болезней, устойчивых к воздействию медикаментов, превысит число летальных исходов от раковых заболеваний. На разработку одного лекарства во всем мире тратится от 1 до 2,5 миллиарда долларов и примерно 10—15 лет. Специалисты-биоинформатики призваны сокращать время и затраты на создание новых медикаментов. Андрей Филипчик считает, что проблема устойчивости бактерий к вирусам сегодня становится глобальной:
— Применяя антибиотики, мы как бы помогаем эволюции бактерий. И с каждой новой генерацией общая популяция бактерий становится все более и более устойчивой к антибиотикам. И это глобальная проблема, которая может закончиться эпидемиями и пандемиями. Один из способов прекратить такой сценарий — это придумать, разработать и создать такие вирусы, которые эффективно убивали бы наиболее патогенные бактерии. И это то, чем я сейчас занимаюсь.
Все, что можно было решить в биологии относительно простыми экспериментами и подходами, уже сделано. Нынешние амбициозные задачи и цели достижимы только с помощью биоинформатики. Сегодня мы уже не можем отрицать тот факт, что мир становится более высокотехнологичным и компьютеризированным. Поэтому именно эта новая наука, считают эксперты, будет решать многие глобальные проблемы человечества.
ГДЕ РАБОТАТЬ?
Специалисты по биоинформатике могут попробовать свои силы в лабораториях при университетах или Академии наук, исследовательских центрах, крупных биотехнологических компаниях. А также в таких сферах, которые касаются медицины, разработки лекарств и даже сельского хозяйства. Применений может быть много. С каждым годом открывается все больше вакансий по данному направлению.
В ТЕМУ
Экспериментальная биоинформатика занимается тем, что делает выводы на основе большого количества данных, полученных в ходе эксперимента. В клинической биоинформатике обычно другие цели. Она изучает большие накопленные данные о пациентах, чтобы понять, например, факторы, которые приводят к определенным болезням. А также какие группы людей подвержены большему риску заболеть той или иной болезнью. Кроме того, клиническая биоинформатика оценивает эффект клинических исследований.
demeshko@sb.by
