Биоинформация — что это?

Содержание

Биоинформатик

Биоинформация — что это?

Биоинформатик – человек, занимающийся анализом медико-биологических данных.

Он разрабатывает, а также применяет алгоритмические, вычислительные и иные методы, позволяющие узнать больше об информации, заключенной в наших клетках, иных биологических данных.

Профессия подходит тем, кого интересует физика, математика, химия и биология (см.выбор профессии по интересу к школьным предметам).

Краткое описание

Современные методы диагностики и исследований приводят к росту количества научных данных, которые вручную обрабатывать очень сложно.

В этом случае на помощь приходит биоинформатика, которая как междисциплинарная область науки сформировалась во второй половине XX века.

Биоинформатики пользуются элементами прикладной математики, статистики, а также информатики. Во время работы они оперируют следующими знаниями:

  • языки программирования, преимущественно Java, С, С++, С#, R;
  • язык разметки HTML;
  • программы: ACT, BLAST, Clustal и иные;
  • SQL, CUDA.

Рассмотрим основные области исследования:

  • анализ генетических последовательностей, эволюционная вычислительная биология;
  • проведение оценки биологического разнообразия, аннотация геномов.

Профессия молодая, в дальнейшем она будет развиваться еще более стремительно, ведь применение вычислительных методов гарантирует высокую точность, скорость и исключает человеческий фактор. Технологии биоинформатики необходимы в биохимии, биофизике, экологии, фармакологии, сельском хозяйстве, генетике и других сферах.

Особенности профессии

Биоинформатика находится на стыке медицины, биологии, прикладной математики, информатики. В обязанности людей, выбравших это направления, входит решение глобальных задач:

  • поиск методов лечения онкологических, хронических, аутоиммунных заболеваний;
  • продление срока жизни населения, улучшение экологической ситуации, поиск генома долголетия;
  • разработка, планирование, внедрение математических методов, алгоритмов, программ, используемых для анализа медицинской и биологической информации;
  • применение полученных результатов на практике.

Области исследования обширные, а биоинформатика обладает огромным потенциалом. Международный рынок труда уже испытывает дефицит биоинформатиков, ведь в них заинтересованы и фармакологические, и IT-компании.

Безусловно, биоинформатик должен обладать безупречными знаниями в сфере медицины и биологии, разбираться в сложных профессиональных терминах, огромным плюсом станет знание английского языка. Большую часть рабочего времени эксперты в этой области проводят за компьютером, работа малоподвижная, но имеет огромное социальное значение.

Плюсы

  1. Очень перспективная сфера деятельности. Рост массивов данных приведет к еще большей востребованности биоинформатиков.
  2. Из года в год в этом сегменте наблюдается стабильный рост заработных плат.

  3. Перед биоинформатиками открыты все двери – от отечественных исследовательских центров до респектабельных мировых IT-компаний.
  4. Для работы используются математические методы, компьютерные программы, поэтому биоинформатики не взаимодействуют с пациентами или биологическими материалами.

  5. Знание языков программирования и основ прикладной математики позволяют биоинформатику выбрать другой сегмент деятельности. Например, классическое программирование, разработка и тестирование программ.
  6. Постоянное саморазвитие и совершенствование профессиональных навыков.

  7. Возможность заниматься анализом массивов данных, зная, что результаты работы в перспективе спасут жизни тысяч людей.
  8. Области исследования биоинформатики получают активную поддержку государства.

Минусы

  1. Работая сидячая, сопряжена с усиленной мозговой активностью.
  2. Профессия больше подходит для людей, имеющих технический склад ума.
  3. У молодых биоинформатиков, не имеющих опыта работы, могут возникнуть проблемы при трудоустройстве.
  4. Некоторые врачи с недоверием относятся к этому междисциплинарному направлению.

Важные личные качества

Биоинформатики должны отличаться склонностью к точным наукам. Чаще всего они обладают высокой усидчивостью, любят решать математические загадки, способны работать с большими объемами информации.

 Они являются собранными людьми с хорошо развитым системным и критическим мышлением. Также в их характере преобладают сдержанность, немногословность, умение хранить медицинскую тайну.

Обучение на биоинформатика

Биоинформатика только набирает популярность, но профильные факультеты уже успешно функционируют в российских вузах. Если вы желаете стать экспертом в этой области, то обратите внимание на направление подготовки «Биоинженерия и биоинформатика» (код: 06.05.01).

Для поступления на эту специальность необходимо сдать ЕГЭ по профильной математике, а также обязательному русскому языку.

 Остальные экзамены зависят от вуза, но чаще всего это биология, химия, физика или информатика (1-2 из перечисленных).

Подготовкой кадров по этому направлению занимаются немногие российские вузы, а проходной балл по предмету составляет 64-92, бюджетных мест – не более 30. Форма обучения — очная, срок — 5 лет (специалитет).

Вузы для биоинформатика

  1. МГУ им. М. В. Ломоносова.
  2. Первый МГМУ им. Сеченова.
  3. БФУ им. И. Канта.
  4. БашГУ.
  5. ИГУ.
  6. ВолГУ.
  7. МГУ им. Н. П. Огарева.
  8. ВГУИТ.
  9. ТюмГУ.

Место работы

В биоинформатиках заинтересованы компании, работающие в следующих сферах:

  • профилактическая, клиническая, персонализированная медицина;
  • фармакология и фармация;
  • научно-исследовательская деятельность;
  • животноводство, IT;
  • геномная инженерия;
  • биотехнология, биохимия, биофизика.

Заработная плата

Работа биоинформатиков оплачивается очень хорошо, в зарубежных компаниях ставки ненамного выше, чем в отечественных.

Наиболее ценятся специалисты, безупречно владеющие разговорным и техническим английским языком, умеющие применять его на практике. Размер оклада зависит от профессиональных навыков, ставка может корректироваться в процессе работы.

Многие компании предоставляют биоинформатикам служебное жилье, компенсируют затраты на проезд, питание.

Профессиональные знания

  1. Языки программирования.
  2. Базовые программы, используемые в биоинформатике.
  3. Электронные таблицы, базы данных, язык разметки.
  4. Секвенирование, анализ данных NGS, CUDA.
  5. Иностранный язык, прикладная математика.

Источник: https://www.profguide.io/professions/bioinformatik.html

Биоинженер: плюсы и минусы профессии

Биоинформация — что это?

В мире современных технологий все больше появляется наук и профессий, которые находятся на стыке нескольких дисциплин, поскольку потребности современного общества уже не могут быть удовлетворены стандартными технологическими процессами.

Биоинженер как раз и является такой профессией, которая соединяет в себе базовые знания и современные технологии.

Из статьи вы узнаете об особенностях специальности, предполагаемых местах работы, плюсах и минусах специальности, а также о том, какая зарплата у биоинженера.

Общие сведения

Биоинженер – специалист, который целенаправленно занимается изменением свойств живого организма. Профессия подходит тем людям, которые интересуются химией и биологией. Биоинженерия – одно из современных направлений современной науки. Это интегральная наука, она возникла на стыке физики, химии, биологии, генной инженерии и компьютерных технологий.

Биоинженеры работают с живыми организмами и системами, применяют в своей работе передовые технологии и достижения науки для решения медицинских проблем. Специалисты участвуют в разработке и создании новых приборов и оборудования. Также они участвуют в разработке новых процедур, опираясь на междисциплинарные знания. Таким образом появляются новые технологии, способны облегчить жизнь людей.

Не путайте биоинженерию с генной инженерией. Генная инженерия занимается изменением ДНК живых организмов, и является всего лишь ответвлением биоинженерии. Дисциплина направлена на углубление уже существующих знаний в области инженерии, биологии и медицины для укрепления здоровья людей за счет научных разработок.

Важными достижениями науки является разработка искусственных суставов, современных протезов, магниторезонансной томографии, кардиостимуляторов, артроскопии, ангиопластики, биоинженерных протезов кожи, почечного диализа, аппаратов искусственного кровообращения. Все это тесно переплетается с биотехнологиями и приносит пользу человечеству.

Профессионал должен обладать такими важными качествами:

  • хороший интеллект;
  • аналитический пытливый ум и склонность к естественным наукам;
  • уметь анализировать и находить практическое применение известным теоретическим и полученным в ходе собственных исследований данным;
  • знать принципы обращения с лабораторной и исследовательской техникой, основ хранения веществ, реактивов;
  • уметь составлять отчеты о проделанной исследовательской деятельности.

Положительные стороны профессиональной деятельности:

  • высокая заработная плата (но учтите что сразу после ВУЗа вы не будете получать максимальный оклад);
  • высокая востребованность на рынке труда квалифицированных специалистов;
  • карьерный рост;
  • возможность проводить на работе исследования, нужные для ваших научных интересов;
  • сотрудничество с международными холдингами и проектами;
  • возможность стажировки за границей.

Минусы работы:

  • сложное обучение в ВУЗе;
  • высокая ответственность за разработки;
  • работа с опасными химикатами;
  • не всегда работа происходит в чистой и уютной лаборатории;
  • возможный ненормированный рабочий день;
  • одна ошибка может завалить проект всей команды;
  • возможные неудачи во время разработок;
  • получение не таких результатов, как вы ожидали;
  • моральное напряжение.

Обязанности

В первую очередь у работника должно быть высшие профильное образование, превосходные знания по биологии, физике, химии и генетике, владение иностранными языками и умение работать с компьютерной техникой.

задача специалиста – разработка современных технологий в биологии и медицине для решения проблем охраны здоровья.

Специалист обязан работать над способами изменения свойств живых организмом, разработкой искусственных органов, разработкой генно-модифицированных организмов.

Специалист обязан относится к своей работе ответственно, ведь от этого зависит жизнь и здоровье людей. Биоинженер занимается разработкой новых лекарственных препаратов.

Благодаря их стараниям появились такие лекарства, как инсулин, гормон человеческого роста, интерферон, вакцина против гепатита B. Дополнительно специалист должен заниматься синтезом эффективных биокатализаторов, применяемых в промышленности, созданием микроорганизмов, способствующих оперативной утилизации отходов.

В спектр должностных обязанностей также входит:

  • генная селекция продуктов питания;
  • планирование рабочего процесса;
  • наблюдения за подопытными объектами;
  • фиксация полученных в ходе эксперимента данных и дальнейшая их обработка;
  • подготовка нужных материалов и технического оснащения;
  • соблюдения правил ТБ на рабочем месте.

Место работы

В первую очередь биоинженер – это научный сотрудник, и поэтому работать он может в различных исследовательских институтах, центрах и университетах. Помимо научных исследований специалист занимается преподаванием в учебных заведениям.

Прекрасная возможность для карьерного роста – это проводить исследования в рамках международного проекта или гранта для крупных компаний, выделяющих для этого приличное финансирование.

В некоторых случаях штатного биоинженера нанимают компании и корпорации, деятельность которых относится к сельскому хозяйству или медицине.

Устраиваясь на работу, специалист должен знать ключевые азы в области биологии, химии, физики и генетики. Также будущий работник должен владеть английским языком, так как во время работы придется общаться с иностранными коллегами, спонсорами и работодателями.

Во время работы нужно будет посещать международные конференции, симпозиумы в качестве слушателя и докладчика, так что без знания английского языка никак не обойтись. Вам обязательно нужно уверенно владеть компьютером, специальным оборудованием и техникой.

Также знать правила хранения реактивов, лекарств и препаратов.

Обучение

Получить образование по специальности “Биоинженерия” можно во многих образовательных учреждениях. В общем для абитуриентов доступны 53 ВУЗа, в которых для обучения студентов используется двенадцать разных программ.

Для поступления в ВУЗ абитуриент должен сдать ЕГЭ по биологии, химии, физике. Выбор программы зависит от уровня учебного заведения, профиля, материально-технической базы и будущей специальности, которую получат студенты.

  • МГУ им. М.В. Ломоносова;
  • МГМУ им. И.М. Сеченова;
  • ИТМО;
  • СПбАУ РАН;
  • Санкт-Петербургский государственный университет;
  • Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского Министерства обороны Российской Федерации;
  • Московский педагогический государственный университет;
  • Московский государственный гуманитарный университет имени М. А. Шолохова;
  • Московский государственный областной университет.

Длительность обучения на стационаре составляет 4 – 5 лет, в зависимости от квалификации, “бакалавриат” или “специалист”. На магистратуре обучение длится два года.

По завершению обучения в магистратуре вы сможете продолжить обучение в аспирантуре и после этого заниматься научно-исследовательской работой. Обучение в аспирантуре длится три года на очном отделении, и четыре года на заочном отделении.

Также доступна дистанционная форма обучения, например, в университете С.Ю. Вите.

Перед поступлением обязательно ознакомьтесь с характеристикой ВУЗа, его материально-техническим обеспечением, преподавательским составом, доступными специальностями для обучения. Зная как можно больше информации вы точно сможете определиться с местом учебы. Также обязательно узнайте о том, какие предметы нужно будет сдавать и какой проходной балл необходим для поступления.

Если по окончании учебы вы защитите кандидатскую диссертацию, то это будет большим преимуществом в дальнейшей работе. Со степенью кандидата проще устроиться на работу в ВУЗ, научный центр. За научную степень вам будут доплачивать дотации к зарплате согласно тарифной сетке по специальности.

Во время обучения студенты будут осваивать много дисциплин, а именно будут учиться делать такие вещи:

  • Конструировать модифицированные и новые биологические объекты;
  • Проводить эксперименты с клетками и культурами клеток;
  • Исследовать внутриклеточный транспорт токсичных молекул;
  • Изучать структурные особенности и взаимодействие макромолекул;
  • Осуществлять получение искусственных белков с заданным свойствами, синтезировать и изучать свойства таких белков;
  • Проводить различные биоинженерные исследования (культивирование клеток различного происхождения, создание генно-инженерных конструкций, клонирование и т.д.);
  • Изучать генетические маркеры выносливости и работоспособности человека;
  • Создавать компьютерные программы, которые будут использоваться в биоинженерии и биоинформатике;
  • Создавать специализированные и общедоступные биоинформационные сайты;
  • Преподавать биоинженерию, биоинформатику и другие смежные дисциплины в различных образовательных учреждениях (вузах, колледжах).

Также во время учебы студенты будут проходить разные виды практики. Учебная и производственная практики могут проходить на современных фармацевтических и биофармацевтических предприятиях, в научно-исследовательских институтах медико-биологического и химического профилей, на кафедрах и в лабораториях вузов.

Обучение работника продолжается и на рабочем месте. Это происходит в виде производственной практики, посещении курсов повышения квалификации, посещении семинаров, на научно-практических конференциях и симпозиумах. Все это поможет повысить уровень квалификации, что в будущем отобразится на профессиональном росте и размере заработной платы.

Заработная плата

Заработная плата начинающего специалиста или аспиранта в государственном НИИ $160-350 в месяц. В лаборатории, которая финансироваться за счет грантов, получает в среднем $950-1300.

Если гранты отсутствуют, то оклад составляете от $200 до $450, вне зависимости от разряда единой тарифной сетки. В отечественной компании молодой специалист зарабатывает в среднем $500-700 в месяц, а квалифицированный биоинженер от $1500 до 3000.

Заработок специалистов в иностранных корпорациях составляет несколько тысяч долларов.

Размер заработной платы зависит от квалификации специалиста, его трудового стажа, места работы и региона страны. Чем выше степень и значимость учреждения, где работает человек, тем выше заработная плата.

Значение имеет также уровень учреждения на уровне страны и международных компаний.

Те люди, которые сотрудничают с зарубежными партнерами, получают больше, нежели те, что финансируются за счет государственного бюджета.

Теперь вы знаете основы о профессии биоинженера, и сможете выбрать подходящее место работы с достойной оплатой труда.

Источник: https://delai-vibor.com/bioinzhener.html

1. Что такое биоинформатика?

Биоинформация — что это?

Вводная лекция побиоинформатике

План урока:

  1. Что такое биоиформатика?

  2. Цели и задачи биоинформатики.

  3. Объекты исследования.

  4. Этапы развития биоинформатики.

  5. Типы базы данных.

  6. Разделы биоинформатики.

  7. Список литературы.

Биоинформатика(bioinformatics) — быстро развивающаяся отрасльинформатики (теории информации),занимающаяся теоретическими вопросамихранения и передачи информации вбиологических системах.

Эта наука возниклав 1976-1978 годах, окончательно оформиласьв 1980 году со специальным выпуском журнала«Nucleic Acid Research» (NAR). [1]

2. Цели и задачи биоинформатики

Целью биоинформатикиявляется, как накопление биологическихзнаний в форме, обеспечивающей ихнаиболее эффективное использование,так и построение и анализ математическихмоделей биологических систем и ихэлементов.

Задачи:

  • Разработка алгоритмов для анализа биологических данных большого объема:
    • Алгоритм поиска генов в геноме;
  • Анализ и интерпретация различных типов биологических данных таких, как нуклеотидные и аминокислотные последовательности, домены белков, структура белков и т.д.:
    • Изучение структуры активного центра белка;
  • Разработка программного обеспечения для управления и быстрого доступа к биологическим данным:
    • Создание банка данных аминокислотных последовательностей. [1]

Таким образом,основными задачами биоинформатикиявляются: распознавание белок-кодирующихучастков в первичной структуребиополимеров, сравнительный анализпервичных структур биополимеров,расшифровка пространственной структурыбиополимеров и их комплексов,пространственное сворачивание белков,моделирование структуры и динамикибиомакромолекул, а также создание исопровождение специализированных базданных.

3. Основные направления биоинформатики

в зависимости отисследуемых объектов

1) Биоинформатикапоследовательностей;

2) Структурнаябиоинформатика;

3) Компьютернаягеномика.

С другой стороныбиоинформатику можно условно разделитьна несколько направлений в зависимостиот типа решаемых задач:

  • Применение известных методов анализа для получения новых биологических знаний;
  • Разработка новых методов анализа биологических данных;
  • Разработка новых баз данных.

Наиболее известнойи наиболее эффективной областьюприменения биоинформатики в настоящеевремя является анализ геномов, тесносвязанный с анализом последовательностей.

4. Этапы развития биоинформатики

В 1962 году былапридумана концепция «молекулярныхчасов», в 1965 была секвенирована т-РНК,определена ее вторичная структура, вэто же время были созданы базы данныхPIR для хранения информации об аминокислотныхпоследовательностях. В 1972 году былопридумано клонирование.

Рис. 1. Клонированиеживотных.

В 1978 году былиразработаны методы секвенирования,была создана база данных пространственныхструктур белков.

В 1980 был выпущенспецвыпуск журнала NAR, посвященныйбиоинформатике, затем были придуманынекоторые алгоритмы выравниванияпоследовательностей, о которых речьпойдет дальше.

Дальше был придуман методПЦР (полимеразная цепная реакция), а вбиоинформатике — алгоритмы поискапохожих фрагментов последовательностейв базах данных. В 1987 году оформилсяGeneBank (коллекция нуклеотидныхпоследовательностей) и т.д. [2]

5. Типы базы данных

Биолог в биоинформатикеобычно имеет дело с базами данныхи инструментами их анализа. Теперьразберемся, какие базы данных бывают взависимости от того, что в них помещают.

Первый тип– архивные базы данных, это большаясвалка, куда любой может поместить все,что захочет. К таким базам относятся:

  • GeneBank & EMBL – здесь хранятся первичные последовательности;
  • PDB – пространственные структуры белков,

и многое другое.

В качестве курьезамогу привести пример: в архивной базеданных указано, что в геноме археи(архебактерии) есть ген, кодирующийбелок главного комплекса гистосовместимости,что является полной чепухой.

Второй тип– курируемые базы данных, за достоверностькоторых отвечает хозяева базы данных.

Туда информацию никто не присылает, ееиз архивных баз данных отбирают эксперты,проверяя достоверность информации –что записано в этих последовательностях,какие есть экпериментальные основаниядля того, чтобы считать, что этипоследовательности выполняют ту илииную функцию. К базам данных такого типаотносятся:

  • Swiss- Prot – наиболее качественная база данных, содержащая аминокислотные последовательности белков;
  • KEGG – информация о метаболизме (такая, которая представлена на карте метаболических путей, которую те, кто ходит на лекции, видели на лекции № 2);
  • FlyBase – информация о Drosophila;
  • COG – информация об ортологичных генах.

Поддержание базытребует работы кураторов или аннотаторов.

Третий тип– производные базы данных. Такие базыполучаются в результате обработкиданных из архивных и курируемых базданных. Сюда входит:

  • SCOP – База данных структурной классификации белков (описывается структура белков);
  • PFAM – База данных по семействам белков;
  • GO (Gene Ontology) – Классификация генов (попытка создания набора терминов, упорядочивания терминологии, чтобы один ген не назывался по-разному, и чтобы разным генам не давали одинаковые названия);
  • ProDom – белковые домены;
  • AsMamDB – альтернативный сплайсинг у млекопитающих. [2]

Таким образом,существует три типа базы данных: архивныебазы данных, курируемые и производныебазы данных.

Источник: https://studfile.net/preview/1713924/

Биоинформатика: что это за наука и зачем она нужна?

Биоинформация — что это?

Если спросить случайного прохожего, что такое биология, он наверняка ответит что-то вроде «наука о живой природе». Про информатику скажет, что она имеет дело с компьютерами и информацией.

Если мы не побоимся быть навязчивыми и зададим ему третий вопрос – что такое биоинформатика? – тут-то он наверняка и растеряется. Логично: это сравнительно новая область знаний, и в школе ее точно не преподают.

Давайте разбираться, для чего биоинформатика нужна человечеству: в конце концов, вдруг нас на улице об этом спросят.

Почему биология перестала справляться без информатики и при чем тут рак

Чтобы провести исследование, биологам уже недостаточно взять анализы и посмотреть в микроскоп. Современная биология имеет дело с колоссальными объемами данных.

 Часто обработать их вручную просто невозможно, поэтому многие биологические задачи решаются вычислительными методами. Не будем далеко ходить: молекула ДНК настолько мала, что разглядеть ее под световым микроскопом нельзя.

А если и можно (под электронным), всё равно визуальное изучение не поможет решить всех задач.

ДНК человека состоит из трех миллиардов нуклеотидов – чтобы вручную проанализировать их все и найти нужный участок, не хватит и целой жизни. Ну, может и хватит – одной жизни на анализ одной молекулы – но это слишком долго, дорого и малопродуктивно, так что геном анализируют при помощи компьютеров и вычислений.

Биоинформатика — это и есть весь набор компьютерных методов для анализа биологических данных: прочитанных структур ДНК и белков, микрофотографий, сигналов, баз данных с результатами экспериментов и т. д.

Иногда секвенировать ДНК нужно, чтобы подобрать правильное лечение. Одно и то же заболевание, вызванное разными наследственными нарушениями или воздействием среды, надо лечить по-разному.

А еще в геноме есть участки, которые не связаны с развитием болезни, но, например, отвечают за реакцию на определенные виды терапии и лекарств.

Поэтому разные люди с одним и тем же заболеванием могут по-разному реагировать на одинаковое лечение.

Еще биоинформатика нужна, чтобы разрабатывать новые лекарства. Их молекулы должны иметь определенную структуру и связываться с каким-то конкретным белком или участком ДНК. Смоделировать структуру такой молекулы помогают вычислительные методы.

Достижения биоинформатики широко применяют в медицине, в первую очередь в терапии рака. В ДНК зашифрована информация о предрасположенности и к другим заболеваниям, но над лечением рака работают больше всего. Это направление считается самым перспективным, финансово привлекательным, важным – и самым сложным.

Как читают геном

Чтобы понять суть биоинформатических проектов, сначала нужно разобраться, как секвенируют геном.

Представьте, что у вас есть десять тысяч экземпляров «Войны и мира». Вы пропустили их через шредер, хорошенько перемешали, наугад вытащили из этой кучи ворох бумажных полосок и пытаетесь собрать из них исходный текст. Вдобавок у вас есть рукопись «Войны и мира». Текст, который вы соберете, нужно будет сравнить с ней, чтобы отловить опечатки (а они обязательно будут).

Примерно так же читают ДНК современные машины-секвенаторы. ДНК выделяют из клеточных ядер и делят на фрагменты по 300–500 пар нуклеотидов (мы помним, что в ДНК нуклеотиды связаны друг с другом попарно). Молекулы дробят, потому что ни одна современная машина не может прочитать геном от начала до конца.

Последовательность слишком длинная, и по мере ее прочтения накапливаются ошибки.

Вспоминаем «Войну и мир» после шредера. Чтобы восстановить исходный текст романа, нам нужно прочитать и расположить в правильном порядке все кусочки романа. Получается, что мы читаем книгу несколько раз по крошечным фрагментам. То же с ДНК: каждый участок последовательности секвенатор прочитывает с многократным перекрытием – ведь мы анализируем не одну, а множество молекул ДНК.

Полученные фрагменты выравнивают – «прикладывают» каждый из них к эталонному геному и пытаются понять, какому участку эталона соответствует прочитанный фрагмент.

Затем в выровненных фрагментах находят вариации – значащие отличия прочтений от эталонного генома (опечатки в книге по сравнению с эталонной рукописью). Этим занимаются программы – вариант-коллеры (от англ. variant caller – выявитель мутаций).

Это самая сложная часть анализа, поэтому различных программ – вариант-коллеров много и их постоянно совершенствуют и разрабатывают новые.

Подавляющее большинство найденных мутаций нейтральны и ни на что не влияют. Но есть и такие, в которых зашифрованы предрасположенность к наследственным заболеваниям или способность откликаться на разные виды терапии при заболеваниях.

Для анализа берут образец, в котором находится много клеток — а значит, и копий полного набора ДНК клетки. Каждый маленький фрагмент ДНК прочитывают несколько раз, чтобы минимизировать вероятность ошибки. Если пропустить хотя бы одну значащую мутацию, можно поставить пациенту неверный диагноз или назначить неподходящее лечение.

Прочитать каждый фрагмент ДНК по одному разу слишком мало: единственное прочтение может быть неправильным, и мы об этом не узнаем. Если мы прочитаем тот же фрагмент дважды и получим один верный и один неверный результат, нам будет сложно понять, какое из прочтений правдивое.

А если у нас сто прочтений и в 95 из них мы видим один и тот же результат, мы понимаем, что он и есть верный.

Для анализа раковых заболеваний секвенировать нужно и здоровую, и больную клетку. Рак появляется в результате мутаций, которые клетка накапливает в течение своей жизни. Если в клетке испортились механизмы, отвечающие за ее рост и деление, то клетка начинает неограниченно делиться вне зависимости от потребностей организма, т. е.

становится раковой опухолью. Чтобы понять, чем именно вызван рак, у пациента берут образец здоровой ткани и раковой опухоли. Оба образца секвенируют, сопоставляют результаты и находят, чем один отличается от другого: какой молекулярный механизм сломался в раковой клетке.

Исходя из этого подбирают лекарство, которое эффективно против клеток с «поломкой».

Как изучать биоинформатику

Биоинформатики – гибридные специалисты, которые должны знать и биологию, и информатику. Самообразование играет в этом не последнюю роль. Если биоинформатика вам интересна, вы можете выбрать что-то из вариантов ниже:

Источник: http://klever.blog/what-is-bioinformatics/

Что такое биотехнология: будущее уже наступило

Биоинформация — что это?

В последнее десятилетие термин «биотехнология» все чаще появляется в заголовках новостей, а открытия в этой области становятся причиной для жарких споров. Действительно, свое наибольшее развитие наука получила именно в последние годы, и этому в большей степени способствовал технический прогресс, но в повседневной жизни биотехнология используется на протяжении многих веков.

История развития биотехнологии

С древнейших времен биотехнология применялась человеком для изготовления вина, в сыроварении и других вариантах приготовления пищи.

Биотехнологический процесс, а именно брожение, использовался еще в древнем Вавилоне для производства пива. Об этом свидетельствуют найденные при раскопках записи на дощечках.

Но, несмотря на активное использование этих методов, процессы, лежавшие в основе этих производств, оставались загадкой.

Луи Пастер в 1867 году говорил, что такие процессы, как сквашивание и брожение, есть ничто иное, как итог жизнедеятельности микроорганизмов. Эдуард Бухнер дополнил эти предположения, доказав, что катализатором является бесклеточный экстракт, который содержит ферменты, вызывающие химическую реакцию.

Позже были сделаны сенсационные по тем временам открытия, которые помогли сформировать данную науку в современном ее понимании:

  • 1865 год австрийский монарх Грегор Мендель представил свой доклад «Опыты над растительными гибридами», где были описаны закономерности передачи наследственности;
  • в 1902 году Теодор Бовери и Уолтер Саттон высказали предположение о том, что передача наследственности напрямую связана с хромосомами.

Годом появления термина стал 1919, после публикации манифеста венгерским агроэкономистом Карлом Эреки. Основываясь на имеющиеся в то время данные, под термином биотехнология подразумевалось применение микроорганизмов для ферментации продуктов питания.

Но, как известно, самые интересные открытия совершаются на стыке знаний, в случае биотехнологии, объединились пищевая и нефтеперерабатывающая промышленность. В 1970 году на практике была опробована технология производства белка из отходов нефтепромышленности.

Что такое биотехнология: термин и основные виды

Биотехнология – наука о способах создания различных веществ с использованием естественных биологических компонентов, будь-то микроорганизмы, животные или растительные клетки. По сути, это манипулирование живыми клетками для получения определенных результатов.

Основными направлениями развития науки являются:

Биоинженерия – дисциплина, направленная на расширение знаний в области медицины (лечение, укрепление здоровья) и инженерии

Биомедицина – узкоспециализированный раздел медицины, который с теоретической точки зрения изучает строение человеческого организма, диагностику патологических состояний и возможности их коррекции. Раздел медицины, занимающийся контролем и лечением биологических систем живых организмов на молекулярном уровне, называется наномедициной.

Гибридизация — процесс получения гибридов (растений, животных). В основе лежит принцип получения одной клетки (устойчивой к тем или иным условиям) путем объединения других клеток.

Сейчас у нас уже есть средства необходимые для того, чтобы прожить достаточно долго до тех пор, пока мы не станем бессмертны.  Можно агрессивно применять существующие знания, чтобы кардинально замедлить процессы старения, и оставаться в жизнеспособном состоянии до того момента, когда станут доступны совершенно радикальные терапии по продлению жизни с помощью био- и нанотехнологий.

Ray Kurzweil (изобретатель, футуролог)

Высшим достижением биотехнологии является генная инженерия. Генная инженерия – совокупность знаний и технологий получения РНК и ДНК, выделения генов из клеток, осуществление манипуляций с генами и введение их в другие организмы. Это «управление» геномом живого существа или растения с целью получения заданных свойств.

Например, руководствуясь знаниями в области генной инженерии, китайские ученые планируют массово применять метод «исправления» генома людей с онкологическими заболеваниями. Однако, запускать полномасштабные проекты пока никто не спешит, т.к.

на сегодняшний день невозможно спрогнозировать последствия для организма в долгосрочном периоде.

Особого внимания заслуживает клонирование. Под этим процессом понимают появление нескольких генетических идентичных организмов путем бесполого (в том числе вегетативного) размножения. На сегодняшний день были клонированы не только растения, но и несколько десятков видов животных (овцы, собаки, кошки, лошади).

О фактах клонирования человека пока нет данных, хотя, по мнению ученых, с технической стороны –  к процессу все готово. Именно эти разработки стали самыми противоречивыми и обсуждаемыми мировой общественностью.

Дело не только в вероятности получения неполноценных людей, но и в этической и религиозной стороне вопроса.

Сфера применения

Принципы биотехнологических процессов внедряют в производство всех отраслей:

  • пищевая промышленность. Производство алкоголя, аминокислот, ферментов безвредным для окружающей среды способом, называется белой биотехнологией.
  • химическая или фармацевтическая. Это направление еще называют красной биотехнологией. Биотехнологи разрабатывают усовершенствованные лекарственные препараты, вакцины и сыворотки против болезней, которые ранее считались неизлечимыми. В западных странах и в частности в Австрии наука пользуется большой популярностью и активно используется для диагностики различных заболеваний (биосенсоры, чипы ДНК).
  • переработка и утилизация отходов (биоремедиация). Методы серой биотехнологии используются для санации почв, очистки канализационных стоков и отработанного воздуха.
  • сельское хозяйство. Зеленая биотехнология позволяет ученым создавать образцы культурных растений, которые способны противостоять болезням и грибкам, с высоким уровнем урожайности вне зависимости от климатических условий (во время засухи). Кроме того, ученые научились использовать определенные ферменты, которые превращают целлюлозные отходы сельского хозяйства в глюкозу, а после в топливо.

Основной целью клеточной инженерии является культивирование животных и растительных клеток. Открытия в области клеточной инженерии позволили контролировать и регулировать продуктивность, качество, устойчивость к заболеваниям новых форм и линий животных и растений.

Инвестиции и развитие

Хотя биотехнологию сложно назвать «молодой» наукой, именно сегодня она находится в начале своего развития. Направления и возможности, которые открываются благодаря развитию этих знаний, могут быть бесконечными.

Могут, если получат должное финансирование и поддержку. Основными инвестиционными участниками направления являются сами инженеры и биотехнологии, и это вполне объяснимо.

Сегодня предлагается не сам продукт, а скорее идея, и возможные методы ее реализации.

И для осуществления этой задумки нужны десятки и сотни экспериментов, опыты и дорогостоящее оборудование. Не каждый инвестор готов идти только за идеей, рискуя своими вложениями. Но ведь не все верили и в мобильную связь, а сегодня она повсюду.

На данный момент число крупных компаний, занимающихся биотехнологическими разработками, невелико. К таковым относятся:

  • Illumina (генетические исследования, анализы, технология ДНК-микрочипов),
  • Oxford Nanopore (разработка и продажа продукции для взаимодействия с ДНК),
  • Roche (фармацевтическая компания),
  • Editas Medicine (адаптацией лабораторных методик редактирования генов к широкомасштабному применению в больницах),
  • Counsyl (предложила недорогой метод автоматизированного анализа ДНК для последующего использования данных в лечении).

По мнению экспертов, наиболее привлекательным направлением для инвестиций в биотехнологию являются компании, занимающиеся секвенированием. Это общее название методов, которые позволяют установить последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК.

Расшифровка ДНК данных (секвенирование), дает возможность идентифицировать участки, которые отвечают за наследственные заболевания, и устранять их. Как только процесс будет доведен до совершенства, люди смогут не лечить симптомы, а избавляться от болезни.

Это перевернет наше представление о диагностике, и принесет большие дивиденды тем, кто сумеет рассмотреть потенциал компании еще на этапе идеи.

Биотехнология: добро или зло?

Уже сегодня население планеты сталкивается с проблемой нехватки продуктов питания, и если численность людей продолжит расти, то в ближайшем будущем ситуация может стать критической.

Знания о том, что такое биотехнология и как ее применять, помогают получать максимальные результаты урожайности, вне зависимости от внешних факторов. И эти достижения нельзя сбрасывать со счетов.

Кроме того, неоспоримым доказательством пользы науки является изобретение антибиотиков, которые позволили контролировать, а в некоторых случаях и полностью искоренять, сотни болезней.

Но далеко не все оценивают науку однозначно. Существуют опасения, что отсутствие контроля может привести к необратимым последствиям. Например, уже сегодня продукты биотехнологии, такие как стероиды для спортсменов, становятся причиной для преждевременных сердечных патологий. В погоне за созданием супер-человека, победившего старость и болезни, общество рискует потерять свое естество.

Мы не остались жить в пещерах. Мы не остаемся в пределах нашей планеты. С помощью биотехнологии, генетического секвенирования, мы даже не собираемся ограничиваться рамками самой биологии.
Jason Silva (оратор, философ, телезвезда).

Развитие биотехнологии стало таким стремительным, что мировые государства столкнулись с проблемой отсутствия контроля на правовом уровне. Это стало причиной приостановления многих проектов, поэтому пока о клонировании человека и победе над смертью говорить преждевременно, и два конфронтационных лагеря могут беспрепятственно поддаваться философским размышлениям.

Источник: https://mentamore.com/covremennye-texnologii/chto-takoe-biotexnologiya.html

Целительные данные: что такое биоинформатика

Биоинформация — что это?

Обучение профессии, которая только формируется, — всегда риск. Так и с биоинформатикой — общественное недоверие, отсутствие законодательной базы и государственной поддержки, безусловно, могут отпугивать абитуриентов.

Однако, и это не менее очевидно, потребность в обработке больших объемов информации в молекулярной биологии стремительно растет и будет расти дальше.

А значит, несмотря ни на что, специалисты в области биоинформатики станут еще более востребованными, чем сегодня.

Чем занимается биоинформатика?

Работа молекулярных биологов в прошлом была в разы проще, чем сейчас. Исследователи проводили все необходимые эксперименты с белком или, скажем, бактерией и писали по их результатам научные труды. Сегодня, как правило, в одном исследовании необходимо рассмотреть тысячи элементов.

Понятно, что работа с такими массивами данных должна строиться иначе. Именно для этого нового формата работы и нужны специалисты в области биоинформатики — науки на стыке биологии, математики, статистики и информатики.

Задача биоинформатиков — обрабатывать и анализировать большие объемы данных, получаемых в лабораториях, грамотно управлять этой информацией и создавать программные продукты для работы с ней.

Что происходит в сфере биоинформатики сегодня?

Проекты в области биоинформатики в США и странах Европы сейчас могут самыми разными: от стартапов, созданных «на коленке», до международных проектов, привлекающих многомиллионные инвестиции.

Отрасль биотехнологических продуктов определенно переживает сейчас стадию бурного роста — во многом это связано со снижением себестоимости используемых технологий, что заметно упрощает вход в отрасль для новых компаний.

Безусловным трендом среди проектов биотеха является работа с человеческим геномом. В медицине набирает обороты генетическое редактирование — лечение различных болезней с помощью удаления или замены «неправильных» генов.

Другое популярное направление — персонализированная геномика, которая позволяет поставить пациенту диагноз, подобрать правильное лечение и даже создать препарат именно для него по результатам исследования генотипа. Прямо сейчас развивается масштабный американский проект Helix — своеобразный биотехнологический аналог AppStore.

Геном клиентов компания будет хранить в «облаке», а специальные отдельные приложения, анализируя его, предложат пользователю рекомендации по диете, физическим нагрузкам, стилю жизни, расскажут об истории его семьи.

А в россии?

Российский рынок геномики и биоинформатики сейчас только формируется, и его объемы пока невелики. Однако по темпам роста этот рынок практически не остает от американского.

Помимо падения цен на геномное секвенирование (это одна из ключевых технологий, применяемых для работы с геномом), значительную роль здесь играет и популяризация направления — у лабораторий, проводящих генетические исследования, клиентов становится больше с каждым днем.

На сегодняшний день основное направление развития российского биотеха — работа с будущими родителями.

Сюда можно отнести генетические консультации при планировании беременности, исследование эмбрионов до проведения ЭКО, диагностику плода и обследование новорожденных на наличие наследственных заболеваний по новейшим методикам.

Второе активно развивающееся направление — генетическая диагностика раковых опухолей. Проанализировав ДНК клеток опухоли, врачи могут подобрать лечение, которое с наибольшей вероятностью позволит победить болезнь.

Компаний, работающих в этих областях, становится в России всё больше. В основном они базируются в Москве, Санкт-Петербурге и Новосибирске.

Важно упомянуть, что у российского рынка биоинформатики пока существует довольно много проблем — слабо развита законодательная база, государство в целом пока почти не замечает новый сектор экономики.

Врачи, особенно работающие в госучреждениях, скептически относятся к возможностям геномики и персонализированной медицины, — а ведь именно они для многих являются «лидерами мнений» во всех вопросах, связанных со здоровьем. Впрочем, ситуация уже меняется.

Знаменитый концерн «Роснано» активно развивает наноцентры, цель которых — поддерживать новые проекты, в частности в сфере биотеха, создавать для них инфрастуктуру и законодательную базу. Это одна из самых масштабных инициатив по развитию отрасли, но далеко не единственная.

Где можно работать?

У специалистов в области биоинформатики сегодня есть четыре основных карьерных пути. Можно устроиться на работу в экспериментальную лабораторию — заработная плата там обычно совсем невелика, а основным источником дохода становятся полученные гранты. В биотех-компаниях доходы выше, до 150 тысяч рублей в месяц.

Сейчас в стране есть всего 40 таких компаний, но их число, безусловно, будет расти. Можно принять участие в этом процессе и открыть свое дело — недостатка в незанятых нишах и хороших идеях для проектов сейчас нет. Финансирование молодые предприниматели ищут у бизнес-ангелов либо в фондах, инвестирующих в биотехнологии и биоинформатику.

В ряде случаев биоинформационные компании покупают крупные игроки фармацевтической отрасли, однако таких сделок в России пока состоялось не более пяти.

И, наконец, еще один путь — работа в смежных областях: научно-популярные статьи и лекции, преподавание в вузах и образовательных проектах — грамотные журналисты, лекторы и популяризаторы науки в области биоинформатики очень востребованны.

Кому подойдет?

Хорошее знание математики — важное условие успешного обучения по программам биоинформатики в вузах. Однако одной любви к математике недостаточно. Для успешной работы специалистам-биоинформатикам нужно хорошо знать свою предметную область — а значит, им нужно будет посвятить много времени изучению медицинских дисциплин и биологии, особенно молекулярной.

Биоинформатика не подходит людям, которые хотят работать независимо от других: здесь критически важно умение трудиться в команде.

Специалист должен понимать биологов и медиков и вместе с ними формулировать оптимальные варианты решения поставленных задач.

Он должен с нулевых стадий участвовать в планировании исследований — для того, чтобы их несостоятельность не выяснилась на этапе передачи данных для анализа. В общем, в биоинформатике нет возможности делать всю работу в одиночку.

Где учиться?

В России сегодня есть программы биоинформатики как для выпускников школ, так и для бакалавров и специалистов. Частенько в биоинформатику приходят выпускники вузов в области биологии, математики, компьютерных наук.

Им, конечно, приходится сложнее, чем тем, кто с самого начала вузовской жизни в равных пропорциях изучал естественные и точные науки.

Однако биоинформатика, по словам руководителя соответствующей магистерской программы в НИУ ВШЭ, Михаила Гельфанда, «эластична по усилиям», так что шансов сделать карьеру у выпускников магистерских программ ничуть не меньше.

Москва

— Факультет биоинженерии и биоинформатики МГУ

— Магистратура «Анализ данных в биологии и медицине» НИУ ВШЭ

— Кафедра биоинформатики, факультет биологической и медицинской физики МФТИ

— Магистерская программа «Биомедицинские науки и технологии», Сколковский институт науки и технологий. Учеба частично проходит за рубежом.

Кафедра биоинформатики, медико-биологический факультет РНИМУ им. Пирогова

Санкт-Петербург

— Кафедра математических и информационных технологий, СПбАУ РАН

— Кафедра прикладной математики, институт прикладной математики и механики СПбПУ

Нижний Новгород

— Кафедра биоинформатики, институт информационных технологий, математики и механики, ННГУ

Казань

— Кафедра биоинформатики и медицинской кибернетики, институт фундаментальной медицины и биологии КФУ

Волгоград

— Кафедра биоинженерии и биоинформатики, институт естественных наук ВолГУ

Саратов

— Специальность «Биоинженерия и биоинформатика», биологический факультет СГУ

Новосибирск

— Кафедра информационной биологии, факультет естественных наук НГУ

Источник: https://www.ucheba.ru/article/2103

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.