Ретровирусы кошек, мутации в онкологии, моделирование органов — что готов изучать биолог на пути к мечте?

― Каждый семестр в магистратуре по биоинформатике у студентов разные исследовательские проекты. Над какими задачами тебе удалось поработать?

― Я пробовал самое разное. Сперва был фундаментальный проект, связанный с поиском ретровирусов, которые когда-то встроились в геномы кошек. По последовательностям этих ретровирусов можно судить о том, как связаны виды и породы в семействе кошачьих, как они развивались и распространялись.

Потом я участвовал в прикладном медицинском проекте по исследованию мутаций в семействе генов NOTCH человека. Мы писали алгоритм для предсказания эффектов аминокислотных замен, которые встречаются у пациентов с различными неврологическими и онкологическими заболеваниями.

Наконец, я нашел проект, по которому сейчас защищаю диплом — по липидомике. В будущем хотелось бы еще поработать с транскриптомикой единичных клеток, ради которой я во многом и пошел в биоинформатику, посмотрев лекции Константина Зайцева.

― Недавно ты участвовал в школе по системной биологии в «Сириусе». Что нового ты там изучил?

― За все, по сути, шесть лет я никогда не был на подобных программах. Это первый опыт. И я почему-то решил, что в этот раз надо попробовать. Школа называлась «Системная биология», и по факту мы рассмотрели множество подходов к моделированию различных биологических систем: от генных регуляторных сетей и метаболических карт до моделей сердечнососудистой системы, почки и мышцы и исследования взаимодействия разных компонентов внутри них.

Курс был обширный и достаточно тяжелый, потому что все это мы прошли за две недели. Каждое утро начиналось с пар, а после них мы устраивали импровизированный коворкинг, где решали домашние задания.

Школа стала для меня открытием. Единственное, о чем жалею, что даже не пробовал подавать заявки раньше. Искать такие возможности и пользоваться ими очень полезно и интересно не только в плане новых знаний, но и поиска знакомств и коллабораций. Несколько участников школы сейчас организовали группу для исследований. Так что буду продолжать участвовать в подобных программах.

― Как шел отбор на школу?

― Требовалось написать мотивационное письмо и выполнить тестовое задание. Задачи — по типу тех, что мы позже решали на самой школе. Я не все решил, но прошел. Было человек 20 участников.

― Полученные знания как-то помогли тебе в магистратуре ИТМО?

― Мне пока не удалось применить их на практике, но программа школы расширила мой взгляд на дипломную работу. Я изучил принципиально новые подходы: динамическое моделирование, моделирование метаболических путей. Научился интегрировать транскриптомику с метаболомикой. И это может помочь мне развивать дипломную работу дальше, сочетать разные методы.

Сейчас я защищаю магистерскую диссертацию по липидомике митохондриальных заболеваний. Это очень тяжелые и, по большей части, неизлечимые наследственные состояния, от мигрени и задержки роста до нейродегенеративных заболеваний. Они очень гетерогенны клинически и генетически, из-за чего их довольно сложно точно и быстро диагностировать. Помочь в диагностике могли бы биомаркеры этих болезней, которые мы и ищем. У нас есть когорта из 2 тысяч пациентов, у которых примерно 50 разных митохондриальных синдромов. Создаем пайплайн, включающий разные методы анализа, чтобы выделить конкретные молекулы из датасета — потенциальные биомаркеры, специфичные для разных синдромов. Нашли два семейства, включающие в сумме 17 молекул, специфичных для одного из синдромов. Дальше будем исследовать конкретные липиды из этих семейств.

― Как ты понимаешь, что нашел те самые молекулы? Есть какая-то валидация?

― Биомаркеры, которые мы выявили, — это кандидаты. Пока мы не можем считать их однозначными и специфичными для определенных заболеваний. Их нужно валидировать в «мокрой» лаборатории химическими и биологическими методами, чтобы определить строение молекулы, поскольку пока мы нашли только класс веществ. В биоинформатике всегда нужно дальнейшее подтверждение лабораторными экспериментами.

― Уже есть договоренности с лабораториями, которые смогут подтвердить ваши результаты?

― Да, мой научный руководитель работает в довольно большой научной группе, которая включает как биоинформатиков, так и химиков с биологами. Так что данные будут исследоваться дальше.

― Ты сейчас оканчиваешь магистратуру в ИТМО. Куда планируешь идти дальше? Какие планы на будущее?

― Я точно планирую идти в аспирантуру, хотя еще думаю, в какую. Сейчас ищу подходящие места для получения PhD, и возможно, получится поехать в Мюнхен к моему научному руководителю, чтобы продолжать заниматься митохондриальными заболеваниями.

― Кто твой научный руководитель? И как вы стали работать вместе?

― Это Дмитрий Смирнов. Он не входит в число преподавателей магистратуры, но подал к нам свой проект для поиска студентов. Каждый семестр потенциальные руководители нам презентуют проекты, к которым можно присоединиться. И студенты выбирают из них. Я попал к Дмитрию. Было несколько желающих, но выбрали меня.

― Где учился в бакалавриате?

― На биофаке СПбГУ. Я был «мокрым» биологом и продолжал работать в лаборатории весь первый курс магистратуры и даже в начале второго.

― Почему решил переквалифицироваться и уйти в программирование и биоинформатику?

― Когда я был бакалавром, знакомые магистранты, которые учились в институте биоинформатики, хорошо отзывались об этой науке, и мне она показалась интересной. Раньше я занимался экспрессией конкретных генов, и это довольно узкая область, детальный подход. А мне хотелось исследовать биологические процессы на более высоком, системном уровне. Это даже не сама биоинформатика, а так называемые омиксные подходы — технологии, позволяющие изучать процессы на разных уровнях: геном, транскриптом, протеом, метаболом. Мне стало интересно изучать, как устроен геном и как реализуется закодированная в нем информация. Как она преобразуется в структуру белков и влияет на признаки, которые могут иметь значение для диагностики и лечения заболеваний. Омиксные технологии — основной инструмент геномной и постгеномной медицины. Биоинформатика — это важный шаг на пути к освоению этих технологий.

― Какие навыки тебе пришлось прокачать для поступления в магистратуру?

― У меня была биологическая база и никакой математической. Я начал проходить онлайн-курсы по программированию и статистике, еще когда готовился к вступительному экзамену в ИТМО, а потом в магистратуре углублял знания.

― Если заглядывать в будущее на 5-10 лет, какую карьеру хочешь построить?

― В бакалавриате я начинал с абсолютно фундаментальной науки, а в последние два года решил попробовать что-то прикладное. Ходил на собеседования в фармацевтические компании, делал тестовые задания. Из опыта понял, что я все-таки больше ученый-исследователь. Поэтому дальше хотел бы развиваться по академическому пути, обучать студентов, организовать свою группу и однажды — собственную лабораторию. Я не знаю точно, будет ли это связано с митохондриальными заболеваниями, но точно будет касаться мультиомиксных подходов, потому что лабораторные методы, которые позволяют делать массовые скрининги, развиваются, становятся дешевле, этих данных точно будет больше и больше.

― Чем работа в коммерческой компании отличается от работы ученого?

― Безусловно, там тоже есть исследовательские задачи, они разнообразны, и их много, но совсем прикладной аспект меня отталкивает. Я понял, что мне нравится объяснять людям, чем я занимаюсь. А прикладные исследования объяснять просто.

Прелесть фундаментальной науки в том, что никогда не знаешь, в какой из областей найдется то, что очень сильно продвинет в будущем прикладные исследования. Наверно, CRISPR/Cas9 — один из самых известных примеров, когда люди просто занимались микробиологией и исследованием бактериального иммунитета, а открыли технологию, которая сейчас широко используется как новый инструмент для генной инженерии. Пока на животных, но идут разговоры о редактировании генома человека и прецеденты уже есть.

― У тебя есть исследования с таким потенциалом?

― В бакалавриате СПбГУ я исследовал регенерацию червей. Они способны восстанавливать довольно большие части своего тела в отличие от млекопитающих. Интересно понять, где у нас различия в генах, и в перспективе модифицировать такую регенерацию у животных, которые в процессе эволюции ее потеряли. Главное, чтобы не вышло, как у Курта Коннорса из Человека-паука, который хотел отрастить себе руку, а стал ящером.

Редакция новостного портала