Проект Сиб.фм «Будущее российской науки» продолжает знакомить с молодыми новосибирскими учеными. Какие они – завтрашние Лобачевские, Боткины, Павловы, какие фантастические возможности откроют перед людьми их идеи, чем они увлекаются, как отдыхают? Обо всем этом узнаем от них самих. Итак, направляемся в Академгородок, в Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской Академии наук.
Видеоверсию репортажа можно посмотреть тут
Наш следующий герой, как выяснится позже – человек разносторонний, с множеством увлечений. В свободное от работы время Артем Пронозин занимается спортом, рисует, с удовольствием ходит в походы, любит путешествовать. Кстати, и в спорте его интересы весьма широки. «Сейчас начал заниматься боксом, до этого занимался плаванием. Зимой – сноубординг», — рассказывает Артем.
Может быть, поэтому и профессию он выбрал такую же – биоинформатику, которая находится на стыке сразу нескольких наук. Впрочем, все по порядку.
Открываем дверь ИЦИГовского кабинета, и навстречу нам, улыбаясь, тут же поднимается со своего рабочего места спортивного вида молодой человек с модной прической и задорными, совсем юными, глазами. Просто язык не поворачивается назвать его Артемом Юрьевичем. Хотя в багаже 27-летнего ученого уже есть готовые разработки по выявлению длинных некодирующих РНК, которыми пользуются для своих исследований другие ученые.
«Я увлекся наукой где-то на первом курсе магистратуры, — рассказывает Артем Пронозин. — Потому что начал погружаться именно в нынешнюю профессию – биоинформатику. До этого я учился на физика, но биоинформатика привлекла меня, и я подумал, что это – отличная профессия, с которой можно связать жизнь».
Семья молодого ученого никак не связана с наукой. «Мама у меня бухгалтер, папа – предприниматель, — говорит Артем, — поэтому в династическом смысле я, можно сказать, первопроходец».
«Но мои родители спокойно отнеслись к моему выбору, потому что у нас нет никакой клановости, династичности, каждый пошел по своей специальности. Поэтому выбор мной какой-то новой профессии не был для них шоком», — продолжает он. Более того, подчеркивает молодой ученый, именно семья, в первую очередь, ее поддержка и вера в него помогают преодолевать трудности.
Наш разговор плавно приближается к профессиональной сфере нашего героя. Впрочем, прежде чем спросить, над чем именно работает Артем Пронозин, пытаемся разобраться, что это вообще за «зверь» такой – биоинформатика? Чем занимается эта наука?
Наука третьего тысячелетия
Биоинформатика – сравнительно молодая отрасль. Как наука она начала складываться в 80-х годах прошлого века.
Как известно, биология уже давно и во многом с полей и теплиц переместилась в лаборатории, Со стремительным накоплением знаний о молекулярных основах жизни и наследственности и одновременным развитием компьютерных технологий многие эксперименты стали проводиться на компьютере, а фокус внимания сместился в сторону пристального изучения этих самых молекул и их роли.
Но объем данных настолько огромен, что на то, чтобы вручную проанализировать, например, каждый из трех миллиардов нуклеотидов, из которых состоит ДНК человека, не хватит целой жизни. Это дорого и непродуктивно – так же, как, скажем, пропустить через шредер гоголевские «Мертвые души», перемешать, а потом по кусочкам восстанавливать исходный текст.
Вот тут-то на помощь биологам и приходит биоинформатика с ее набором программ для анализа прочитанных структур ДНК, РНК и белков, микрофотографий, сигналов, баз данных с результатами экспериментов и тому подобного.
Ученый-биоинформатик не просто обрабатывает этот огромный объем информации, но и извлекает из него закономерности, которые не всегда заметны при классическом эксперименте, предсказывает функции молекул, просчитывает модели их взаимодействия.
Таким образом, биоинформатик не ставит экспериментов, а работает с базами данных, которые уже собраны.
По словам Артема Пронозина, биоинформатика объединяет несколько базовых наук: информатику, биологию, математику и даже физику, и тем самым позволяет исследователю развиваться сразу в нескольких направлениях. Именно этим его и привлекла выбранная профессия: «Можно применить себя и в IT-сфере, и в биологии, и в математике».
«Неубиваемая» картошка и другие – зачем биоинформатика селекционерам
Если биоинформатика — сравнительно молодая наука, то направление, в котором работает герой нашего сюжета – вообще находится еще в детском возрасте.
«Я занимаюсь поиском и анализом длинных некодирующих рибонуклеиновых кислот (РНК) в сельскохозяйственных растениях. РНК – это молекулы — переносчики наследственной информации», — рассказывает Артем Пронозин.
«Основной и жизненно необходимой частью всех организмов, как известно, является белок. В его создании участвуют, в том числе, РНК, которые подразделяются на кодирующие и некодирующие, — объясняет сложную для дилетанта терминологию ученый.
Кодирующие РНК — это код: они занимаются производством белков для организма. А длинные некодирующие РНК – это правки в коде: они регулируют производство белка. В зависимости от того, как некодирующая РНК встраивается относительно кодирующей, и происходит регуляция. Они или мешают, или не мешают кодирующим последовательностям производить белок. В результате производство белка может активироваться, а может, наоборот, прекратиться. Может белок по-другому произвестись и так далее. И от этого зависят конечные свойства организмов.
По словам ученого, первое упоминание о длинных некодирующих РНК относится к 2005 году, а более серьезно ими начали заниматься лишь где-то в 2012 году. Поэтому исследований, по сравнению с другими молекулами, не так много.
«Именно это меня и привлекло, что тема молодая и малоизученная, а значит, есть простор для свободы мысли, можно применить какие-то исследования из других направлений и посмотреть, что получится», — поясняет свой интерес Артем.
Артему в этом смысле повезло: сегодня исследования на эту одну из самых «горячих» тем во всем мире находятся, как говорится, на переднем крае науки,
А вот сами РНК были долгое время незаслуженно в тени своих близких «родственников» — ДНК, о которых известно больше. Что касается длинных некодирующих, то информации о них вообще ничтожно мало. Почему?
«Только в последнее десятилетие было доказано, что геном состоит в основном как раз из некодирующих последовательностей. Кодирующие составляют только около 4%, а объем некодирующих до сих пор еще не известен», — рассказывает ученый. И, поскольку открытия последних лет радикально поменяли взгляды исследователей на роль и функции этих, как выяснилось, очень «умных» молекул, то необходимо восполнять этот пробел в знаниях.
Нужно не только выявлять новые длинные некодирующие РНК, но и выяснять их функции и механизм работы, научиться предсказывать варианты их поведения.
«Я предсказываю сами нуклеотидные последовательности. Вот, например, есть последовательность, о ней ничего не известно. Но есть какие-то признаки, по которым можно определить, к какому классу она относится – кодирующая или некодирующая. Это первый этап. Потом начинаю анализировать ее функции: как она встраивается относительно кодирующей последовательности и вообще встраивается ли она относительно нее. Выясняю их взаимодействия друг с другом, а если получится, то и определяю их эволюцию. На основе эволюции я могу понять их функции. Допустим, есть известная последовательность, мы нашли неизвестную. Найдя сходство, мы можем понять, за что она отвечает», — приводит пример Артем Пронозин.
«Потому что, найдя какие-то новые функции, мы можем их интегрировать в организм – человека или растений. И в результате получить более устойчивые к холоду или, наоборот, к засухе растения, что имеет большое значение в нашем климате. Таким образом, наши разработки помогут селекционерам вывести сорта, которые будут давать большие стабильные урожаи, вне зависимости от погоды. Кстати, уже выявленные некодирующие РНК применяются для этих целей – для производства растений с устойчивостью к засухе», — рассказывает ученый.
Что касается человека, то, добавляет он, известно, что наработки биоинформатиков могут применяться в лечении онкологических заболеваний.
Радует, что, по словам Артема Пронозина, наши ученые идут в ногу с мировыми исследователями в этой области, а в некоторых аспектах, касающихся, например, сельского хозяйства и медицины, даже обгоняют.
Преимущества и уникальность наработок новосибирских ученых в том, что предыдущие исследования в основном базируются на небольших данных или на одном организме, например, только на томате или картофеле. И результат получается точечный. «Наше же исследование основано на больших данных, — объясняет Артем Пронозин. — Мы берем огромное количество нуклеотидных последовательностей РНК для основных сельскохозяйственных растений -томата, картофеля, кукурузы, ячменя — и исследуем. Мы сразу же получаем огромное количество результатов, по которым можем понять функции и эволюцию этих последовательностей».
На экране монитора рабочего компьютера молодого ученого – цепочка чередующихся малопонятных букв. Подумалось: как же, наверное, утомительно с утра до вечера скрупулезно вглядываться в эти схемы.
Спрашиваем: что помогает переключаться и отдыхать? «Занимаюсь спортом или встречаюсь с друзьями, — говорит Артем. – Если есть настроение, рисую».
Видя полные молодого исследовательского и жизненного азарта глаза ученого, понимаешь, что именно такие и люди и добиваются целей – увлеченные, амбициозные, полные энергии.
Прощаясь, интересуемся, какими словами наш герой охарактеризовал бы себя в повседневной жизни. «Мне кажется, мое настроение зависит от погоды на улице, — улыбается Артем. – бываю и веселый, и задумчивый. Как солнце посветит, так и буду себя вести».
Что ж, желаем молодому ученому, чтобы в его жизни и творчестве дни были только солнечными!
