Ежегодно Университет ИТМО приглашает в свои стены ведущих и подающих надежды ученых со всего мира, чтобы они могли реализовать свои проекты в Санкт-Петербурге. Среди них биоинформатик Анна Жук, специализирующаяся на изучении мутаций. Корреспондент ITMO.NEWS связался с исследовательницей и узнал о ее проекте, впечатлениях от Университета ИТМО, а также о том, как она пришла в биоинформатику.
Не могли бы вы для начала немного рассказать о себе? Откуда вы, где получали образование?
Я училась в лицее 419 Петродворцового района Санкт-Петербурга, после чего поступила в СПбГУ на факультет прикладной математики и процессов управления, который закончила с отличием по специальности математик-системный программист.
Когда я туда поступала, меня больше всего привлекали слова «прикладная математика» в названии, я думала, что в ходе обучения больше времени будет посвящено использованию математики для прикладных задач, для моделирования процессов в области физики, биологии, химии. Однако все оказалось несколько не так — мы больше занимались изучением фундаментальной математики и не совсем понятно было, как эти знания использовать для прикладных задач.
После получения диплома я решила, что хочу чего-то более приближенного к жизни и поступила в магистратуру биологического факультета. У меня была абсолютно биологическая тема, не имевшая никакого отношения к математике, разве что пригодилось знание статистических методов, чтобы проверять статистическую значимость полученных биологических результатов. Представьте себе — математик, который никогда не был в биологической лаборатории, пипетку в руках не держал — и тут мне надо было проводить эксперименты с мышами, резать их, доставать у них печень и проводить опыты с использованием разных молекулярно-генетических методов. Мне это очень нравилось, я была просто в восторге! Надо отдать должное моим научным руководителям, которые не побоялись меня пустить в лабораторию и очень многому меня научили. Конечно, базовых знаний по биологии не хватало, поэтому так как я училась в магистратуре и могла брать дополнительные курсы, то я сделала основной упор на молекулярную биологию и генетику. В результате я получила диплом с отличием по специальности биология и поступила в аспирантуру на кафедру генетики и биотехнологий к моим руководителям Степченковой Елене Игоревне и Инге-Вечтомову Сергею Георгиевичу.
Я училась у них, у меня были гранты, стажировки, я ездила в Соединенные Штаты в Медицинский Центр Университета штата Небраска, там у нас коллабораторы, и я до сих пор с ними активно взаимодействую. После окончания аспирантуры я на постдок пошла к профессору О’Брайену в «Центр геномной биоинформатики им. Ф. Г. Добржанского» СПбГУ для специализации в области биоинформатики и геномики.
А какими именно исследованиями вы занимались?
В магистратуре я начала заниматься изучением механизмов мутагенеза на разных объектах. То есть я изучала, как возникают мутации, как одни мутации превращаются в другие, как возникают первичные повреждения ДНК, которые еще не являются мутациями, и как они превращаются в них. В магистратуре мы моделировали на мышах стресс и изучали его вклад в нарушение стабильности генома, например, может ли стресс влиять на активность ферментов печени, и приводить к активации промутагенов, то есть веществ, которые не являются сами по себе мутагенами, но могут в них превратиться в случае определенной ферментной обработки, которая происходит в печени.
В аспирантуре я продолжила изучать то, как возникают мутации, но уже на другом объекте — на дрожжах. Мы изучали, могут ли первичные повреждения ДНК, еще до того, как они стали мутациями влиять на организм, смотрели какие типы мутации они могут вызывать. Помимо этого мы разрабатывали специальную тест-систему на дрожжах, ее можно использовать в генетической токсикологии - разделе науки, который занимается выявлением потенциальных мутагенов и канцерогенов в окружающей среде, что необходимо для предотвращения их пагубного влияния на здоровье человека.
А позже, у профессора О’Брайена, какие исследования вы вели под его руководством?
На постдоке я хотела заниматься биоинформатикой, поэтому там я работала в основном с геномикой человека. Я принимала участие в таком проекте как «Российские геномы», мы занимались анализом геномных данных, разработкой базы данных, содержащих генетические варианты, специфичные для российской популяции.
О биоинформатике
Насколько я понимаю, биоинформатика – совсем молодая наука, в особенности в России…
Да, когда я поступала в 2003 году на факультет прикладной математики и процессов управления, ни о какой биоинформатике речи не было. Более того, когда я закончила специалитет, в 2008 году, по-прежнему у нас ее еще практически не было — в противном случае, я, возможно, не пошла бы на биофак. Но тогда такой специальности не было, только году в 2011-2012 стали появляться первые направления, курсы и программы.
Вы получили и математическое и биологическое образование, прежде чем заняться биоинформатикой, кем вы скорее себя ощущаете – биологом, работающим математическими методами, или информатиком, работающим с биологическими данными?
Биологией я занимаюсь уже длительное время — более 10 лет, поэтому я, скорее, биолог, чем математик. Конечно, математическое образование мне помогает, позволяет быстрее решать задачи, требующие математических знаний. Когда биологи ставят какую-то задачу биоинформатикам, иногда возникают трудности в коммуникации, они не всегда понимают, как мыслят специалисты в области анализа данных. Сочетание двух образований помогает мне лучше взаимодействовать и с теми, и с другими.
При этом, когда анализируешь биологические данные, необходимо следовать не только какому-то пайп-лайну, алгоритму — важно понимать, как эти данные потом будут использоваться, насколько корректными они получились с точки зрения поставленной биологической задачи.
Об Университете ИТМО
Как вы оказались в Университете ИТМО?
Меня пригласил сюда профессор О’Брайен, под руководством которого я работала в СПбГУ, после того как он перешел в ИТМО. Я познакомилась с Владимиром Ульянцевым, он рассказал о программе ITMO Fellowship. Я подала на нее проект и выиграла.
Как Ваши впечатления от того, что вы здесь увидели?
В ИТМО много молодых специалистов, научная работа ведется в современных научных направлениях. ИТМО открывает много возможностей для реализации молодым ученым и в научной деятельности, и в преподавании.
А что за проект Вы подали на конкурс?
По сравнительной геномике дрожжей Saccharomyces. Дрожжи являются одним из широко используемых модельных объектов в биологии. Их применяют для изучения различных молекулярных аспектов биологии эукариот, например, для изучения механизмов, обеспечивающих стабильность генома, а также для моделирования заболеваний человека, например, различных нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, Пакринсона, а также диабета 2-го типа, наследственных болезней обмена веществ, связанных с нарушением метаболизма аминокислот и многих других. Дрожжи используются не только в научных целях, но и в биотехнологии для синтеза лекарств и белков, и промышленности для производства продуктов питания, например, пива и вина. Дрожжи были первым эукариотическим организмом, чей геном был полностью секвенирован. Дрожжи очень разнообразны. Используя секвенирование нового поколения и биоинформатические методы, мы проводим сравнительный анализ, ищем определенные мутации, которые могут объяснить те или иные фенотипические признаки. Детальное изучение дрожжевого генома позволяет правильно интерпретировать полученные на них биологические результаты, и расширяет возможности их использования в биотехнологии.
Но каким образом дрожжи могут дать модель для человека или животного?
По мере накопления биологических данных стало понятно, что основные клеточные механизмы, а также функциональные пути были полностью или частично сохранены на протяжении эволюции. Дрожжи позволяют изучать многие фундаментальные механизмы. Люди не дрожжи, но у них есть много гомологичных генов, есть сходные принципы, например того, как происходит синтез ДНК или устранение повреждения ДНК. На основе данных, полученных на дрожжах, можно предполагать, как это работает у человека, и дальше работать в этом направлении.
Не все можно изучать непосредственно на человеке. У дрожжей мы можем определенным образом что-то модифицировать, что-то отключить, что-то, наоборот, сильнее экспрессировать.
Конечно, это не прямая аналогия, экстраполяция результатов таких данных на человека вызывает всегда определенной вопрос. Но это возможность понять определенные фундаментальные механизмы, которые могут быть и у человека.
Каких результатов вы надеетесь достичь в ходе работы над проектом?
Изучение того, как генетическая изменчивость трансформируется в фенотипическое разнообразие является одной из основных тем в биологии. Сравнительный геномный анализ позволяет расширять наши знания в этой области. Результаты проекта будут опубликованы в журналах и представлены на конференциях. Например, сейчас мы подали публикацию, в которой описали механизм адаптации клеток при нарушении работы системы синтеза ДНК и выявили генетический компонент, участвующий в этом процессе.
Об увлечениях, пандемии и планах на будущее
Каким образом вы расслабляетесь? Есть ли у вас хобби, которым вы занимаетесь вне науки?
Наука отнимает чем дальше, тем больше времени, это режим фактически 24/7. Сложно даже переключиться, когда работаешь над проектом. Раньше я каталась на сноуборде, занималась альпинизмом, ездила на мотоцикле. Теперь я решила попробовать сабсёрф — это такая доска, на которой плывешь, гребя веслом. Это помогает переключиться и расслабиться.
А как вы проводили время в вынужденной изоляции?
У меня много данных, анализ которых я и делаю. На основе этих данных готовились статьи, мы подали за это время три статьи в журналы — это заняло много времени.
Вы говорили, что не раз бывали в Соединенных штатах, также я слышал, что вы ездили в Европу. У вас не было идеи поработать в зарубежных лабораториях?
Я не исключаю такую возможность в будущем, карьера ученого часто требует мобильности.
