Биоинформатика и регуляция структуры геномов

В Новосибирске проходит международная конференция.

В Новосибирске открылась XI интернациональная конференция «Биоинформатика и регуляция структуры геномов». Приближение к пониманию генетических механизмов старения и разгадки процессов мышления, электронные поликлиники, автоматизированное земледелие, «скоростная» селекция новых сортов сельскохозяйственных растений — так будут выглядеть плоды союза точных и естественных наук.

«За последние 20 лет в науках о жизни произошла и методическая, и концептуальная революция, связанная с появлением высокоэффективных методов расшифровки геномов. На уровне генов кодируется информация, обеспечивающая формирование всех характеристик организмов, включая те, которые нужны для развития и взаимодействия с окружающей средой и контроля процессов воспроизведения жизни. Фактически биоинформатика стала интегративной наукой, так как какие бы данные, касающиеся живых систем, мы не получали, они должны быть спроецированы на гены, и от этого уровня необходимо подняться вверх до фенотипических признаков, — рассказывает директор ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН академик Николай Александрович Колчанов. — Мы гордимся тем, что наш институт и Новосибирский государственный университет стояли у основания мировой биоинформатики, они ещё в 1968 году осознали важность математической биологии, из которой выросла эта наука. Подход, связанный с интеграцией биоинофрматики и системной биологии, — это тоже в сильной степени достижение нашей научной школы».

Задачи биоинформатики: компьютерный анализ геномной ДНК, изучение работы экспрессии генов, интерпретация больших объёмов генетических данных. Первая конференция по биоинформатике состоялась в Новосибирске в 1998 году. Теперь, 20 лет спустя, здесь собралось 890 участников из 33 стран, они прочитают около 300 лекций и сделают около 300 постерных сообщений.

Эта конференция является мультконференцией — здесь рассматриваются проблемы математики и супервычислений, связанные с биоинформатикой и системной биологией, проблемы медицинских и сельскохозяйственных наук, когнитивных процессов (принятия решений и распознавания ситуации). Также будут подниматься вопросы собственно биоинформатики и системной биологии и их интеграционных междисциплинарных взаимодействии с другими науками о жизни и о Земле.

Селекция машин

Большое внимание на конференции будет уделено генетике растений. Сегодня прочитать геном отдельного растения можно дешево и быстро (буквально недавно был расшифрован геном пшеницы, ИЦиГ СО РАН принимал а этом немалое участие). Теперь исследователей интересует взаимосвязь между генами и фенотипическими признаками растений, такими как устойчивость к засухе, заболеваниям, высокая продуктивность. Чтобы их сопоставить, селекционеру нужно вручную, с блокнотиком исследовать сотни тысяч растений и проанализировать огромные наборы данных.

«Смысл направления, в котором мы работаем и которое мы развиваем в институте и университете, — это попытка автоматизировать процесс сбора данных по характеристикам растений. Чтобы можно было за разумное время разумным количеством человек собрать информацию о характеристиках, форме, размере тысяч и тысяч растений, их устойчивости к заболеваниям и использовать эту информацию для сопоставления и изучения мутаций», — говорит заведующий лабораторией эволюционной биоинформатики и теоретической генетики ИЦиГ СО РАН кандидат биологических наук Дмитрий Аркадьевич Афонников.

Подразумеваются, в первую очередь, технологии, основанные на обработке цифровых изображений и базах данных. Например, автоматические теплицы, в которых «сам собой» осуществляется процесс измерения характеристик растений. Представьте: к ростку подъезжает цифровая камера, фотографирует, получает трехмерный образ, отправляет его в программу, где сразу «выстраивается» динамика роста и показываются другие изменения. Фактически селекционеру не нужно ходить в теплицу, за него это делает специальная программа.

Второе направление — анализ спутниковых данных, когда с помощью спутников или беспилотников можно будет анализировать посевы на устойчивость к заболеваниям. А третье — это использование мобильных устройств, при помощи которых в поле, минуя записи в бумажных полевых дневниках, исследователи сразу будут заносить информацию в программу.

Такие технологии сегодня уже активно развиваются за рубежом. С сентября этого учебного года на факультете информационных технологий НГУ начинает работать кафедра биоинформатики, где будут готовить специалистов по анализу геномов и фенотипических признаков изображений.

«В итоге мы сможем выводить новые сорта, устойчивые к заболеваниям и имеющие высокую продуктивность. Кроме того, эти технологии сильно изменят проведение научного процесса в сельском хозяйстве: резко повысится эффективность анализа данных. Уже собранная информация по фенотипам и характеристикам растений будет внесена в базы данных, и можно будет автоматизировать процесс определения генов, которые отвечают за тот или иной признак», — отмечает Дмитрий Афонников.

Источник