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.

Анна Жук. Фото из личного архива
Анна Жук. Фото из личного архива

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.

Стивен О'Брайэн. Источник: goldengenes.net
Стивен О'Брайэн. Источник: goldengenes.net

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.    

Владимир Ульянцев
Владимир Ульянцев

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.

Дрожжи Saccharomyces. Источник: shutterstock.com
Дрожжи Saccharomyces. Источник: shutterstock.com

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.  

Анна Жук. Фото из личного архива
Анна Жук. Фото из личного архива

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.  

Анна Жук на сабсёрфе. Фото из личного архива
Анна Жук на сабсёрфе. Фото из личного архива

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.

Перейти к содержанию