Биоинформатика — это будущее человечества. Интервью с руководителем лаборатории квантово-механических систем ИМПБ РАН Виктором Лахно

Как изменилась бы медицина, если бы можно было предсказывать развитие наследственных заболеваний, просто посмотрев на генетический код человека? Какой стала бы электроника, если бы устройства конструировались из молекул ДНК? Это не идеи из футуристического романа про кибербудущее. Современные биология и математика дополняют друг друга в совершенно неожиданных областях: так называемая вычислительная биология помогает найти источник боли внутри тела, поместить в молекулу ДНК огромную библиотеку и сохранить ее на столетия или заранее проверить, срастется ли протез с живой тканью.

Об этих и других направлениях деятельности Института математических проблем биологии РАН — в разговоре с руководителем лаборатории квантово-механических систем Виктором Дмитриевичем Лахно.

— Расскажите об основных направлениях деятельности института и о том, что такое в целом вычислительная биология.

— Институт математических проблем биологии (ИМПБ) РАН основан по инициативе президента Академии наук СССР (1975–1978) Мстислава Всеволодовича Келдыша в Пущине. Тогда институт назывался Научно-исследовательским вычислительным центром Академии наук СССР (НИВЦ АН СССР).

В конце 1960-х гг. английскими биохимиками Максом Перуцем и Джоном Кендрю были расшифрованы первые структуры белков. К этому времени была уже установлена структура ДНК. Стало очевидно, что для дальнейшего развития необходима математика, прежде всего вычислительная. И в 1972 г. был организован наш институт. Тогда в уставе ИМПБ РАН были указаны три направления деятельности: «помощь вычислительными средствами биологическим исследованиям; исследование математических моделей и разработка математического аппарата для биологии». В настоящее время к ним добавилась биоинформатика.

— Как раз биоинформатике была посвящена последняя международная конференция, организованная институтом. Можете рассказать об этом направлении?

— Биоинформатика — крупное направление. Оно появилось, когда по всему миру стартовал международный проект «Геном человека» (1990–2000) по расшифровке генома. В Советском союзе М.С. Горбачев выделил на его финансирование около 1 млн руб. По тем временам это были очень серьезные деньги. ИМПБ РАН входил в число институтов, работающих в направлении биоинформатики. Но из-за перестройки в СССР проект закрылся ввиду отсутствия финансирования. Поэтому вклад России в расшифровку генома такой маленький — всего одна сотая или одна десятая процента.

Проект «Геном человека» длился десять лет и должен был завершиться в миллениум. Интересно, что исследователи не успевали закончить эксперименты, поэтому пришлось понизить точность расшифровки генома. Тогда успели: в 2000 г. президент США Билл Клинтон объявил о завершении проекта.

Для расшифровки генома требовались серьезные вычисления. Самые мощные суперкомпьютеры были задействованы не у физиков, а у молекулярных биологов. И до сих пор самые мощные компьютеры — это те, которые в основном заняты под биологические задачи.

— Назовите самые значимые результаты в биоинформатике. И как повлияло на расшифровку генома снижение ее точности?

— В 1990-х гг. вышел бестселлер о молодой девушке, которая отрезала себе обе груди. По биоинформационным данным, у нее обнаружились гены, предсказывающие появление рака. У нее была соответствующая наследственность — мама и бабушка умерли от рака груди. И она решилась на операцию, будучи совершенно здоровым человеком. Известно, что актриса Анджелина Джоли тоже сделала операцию на груди, чтобы избежать развития опухоли. Сегодня частные клиники занимаются такими расшифровками заболеваний. И все это — биоинформатика.

— Она предупреждает болезни?

— Да. Существуют тандемные повторы в генах, которые могут указать на то, что заболевание будет гарантированно развиваться. На тему расшифровки геномов проходят многочисленные конференции, как теоретические, так и прикладные. Они собирают по полторы тысячи участников. Медицинская биоинформатика — это огромнейшее направление.

— Насколько точна расшифровка этих геномов?

— Сейчас расшифровка достаточно точная. А главное — быстрая. В проекте «Геном человека» ученые исследовали абстрактного человека. Первым настоящим человеком, которому расшифровали геном, был Джеймс Уотсон, соавтор Фрэнсиса Крика. Расшифровка его генома стоила $100 млн. Сейчас цена — всего $300, а выполняется анализ за двое суток.

Вы платите клинике, специалисты проводят обследование и выдают расшифровку генома. На основе этих результатов биоинформатики выделяют потенциально опасные участки. Дальше лечащий врач на основе полученных данных назначает индивидуальную терапию. Это называется «персонализированная медицина».

— Звучит так, словно за этим будущее.

— За этим и есть будущее. Когда началась расшифровка генома, случился бум в технологиях. В середине нулевых я прочитал, что ученые предложили пропускать ДНК через мембрану и считывать нуклеотидную последовательность. Я подумал: это что-то из области фантастики, если бы был бизнесменом, не стал бы вкладывать в это деньги.

Оказалось, что через шесть лет специалисты Оксфордского университета представили новое устройство — секвенатор, который способен считывать нуклеотидную последовательность ДНК, протягивая молекулу через мембрану. Уже сейчас это многомиллионный бизнес, а секвенатор умещается на ладони. Вы можете купить его и персонально расшифровать свой геном. Вот насколько быстро развиваются технологии. То, что еще недавно казалось фантастикой, сейчас воплощается.

— Каковы дальнейшие прогнозы развития? Вы видите какие-то перспективы, которые в ближайшем будущем могут быть освоены в биоинформатике?

Подробнее
Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 5 (1 vote)
Источник(и):

Научная Россия