На факультете компьютерных наук открылась международная лаборатория биоинформатики

25 января на факультете компьютерных наук открылась международная лаборатория биоинформатики. Главная научная цель лаборатории – определение роли альтернативных структур ДНК в функционировании генома.

Заведующей лабораторией стала доцент департамента больших данных и информационного поиска ФКН Мария Попцова, научным руководителем – профессор Алан Герберт (США), президент и основатель компании InsideOutBio. Он закончил Университет Окленда (Новая Зеландия), работал в Массачусетском технологическом институте в лаборатории Александра Рича, первооткрывателя Z-ДНК, и в Бостонском университете. Профессор Герберт открыл белок, который связывается с Z-ДНК.

Чем займется новая лаборатория, поделилась Мария Попцова.

О международном сотрудничестве

В научно-учебной лаборатории биоинформатики мы занимались построением нейросетевых моделей глубинного обучения, распознающих Z-ДНК на основе омиксных данных. По результатам работы мы опубликовали статью в международном рецензируемом журнале Scientific Reports (WoS Q1), первым автором которой был стажер-исследователь лаборатории и студент второго года магистратуры Назар Бекназаров. Алан Герберт оказался рецензентом нашей статьи. Тогда ему очень понравилось то, что мы сделали, и у нас началась переписка. Я прочитала его статьи о концепции флипонов – вторичных структур ДНК, которые динамически появляются, делают свою работу и исчезают. Термин «флипон» придумал Алан (от английского flip on – включить). Эта концепция оказалась очень близка моей – регуляторная роль вторичных структур ДНК состоит во включении и выключении разных геномных процессов, и НУЛ биоинформатики как раз занималась научными задачами по выяснению роли вторичных структур ДНК. Я предложила Алану стать научным консультантом нашей лаборатории, и он согласился. Большую роль в его положительном решении сыграла летняя школа по машинному обучению в биоинформатике, проходившая онлайн. Алан подключался к нам из Бостона, ему понравился и уровень докладчиков, и уровень студентов.

Наша совместная работа уже началась: Алан привлек нашу лабораторию к участию в научном проекте с Онкологическим центром Фокса Чейза в Филадельфии. У них были экспериментальные данные по участкам связывания белка с Z-ДНК в геноме мыши после воздействия некоторых веществ, и студенты лаборатории уже активно работают над анализом этих данных. Оказалось, что Z-ДНК играет огромную роль в регуляции внутреннего клеточного иммунитета – это такой иммунитет, который срабатывает внутри клетки, распознавая чужеродную ДНК или РНК вирусов. Это новое и очень увлекательное направление деятельности лаборатории биоинформатики.

О приглашенных сотрудниках

Благодаря полученному на международную лабораторию гранту нам удалось привлечь специалистов, имеющих опыт работы за рубежом. Во-первых, это Алексей Шайтан, руководитель группы интегративной биологии отделения биоинженерии биологического факультета МГУ. Алексей работал в США в известном Национальном центре биотехнологической информации Национального института здравоохранения (National Center for Biotechnology Information NIH). Сейчас его группа занимается изучением работы нуклеосом, в частности, молекулярным моделированием динамики нуклеосом. Мы планируем совместную работу по роли вторичных структур ДНК как нуклеосомных барьеров. Также в лабораторию пришел Иван Антонов, выпускник факультета биоинженерии и биоинформатики, который защищал PhD в Технологическом институте Джорджии под руководством Марка Бородовского, директора Центра биоинформатики в Georgia Tech и в настоящее время заведующего кафедрой биоинформатики в МФТИ.

О будущем

Лаборатория планирует продолжать активные исследования в области изучения роли вторичных структур ДНК. Мы будем тестировать самые современные алгоритмы глубинного обучения в применении к задачам геномики. Благодаря Алану мы надеемся получить возможность анализировать самые современные экспериментальные данные, генерируемые в лабораториях всего мира.

Кроме того, лаборатория работает в проектах консорциума по генетике сердечно-сосудистых заболеваний. Еще в НУЛ биоинформатики мы начали делать проекты в области персонализированной медицины. В рамках сотрудничества с Институтом персонализированной медицины РАМНПО (руководитель направления ректор Д. А. Сычев) мы строим модели машинного обучения для предсказания индивидуальной переносимости лекарственных препаратов. Также мы планируем проект по генотипированию пациентов с сердечно-сосудистым заболеваниями в рамках сотрудничества с Центральной государственной медицинской академией Управления делами Президента Российской Федерации (руководитель направления Д. А. Затейщиков ). Целью всех проектов является создание базы данных национальных мутаций. Прототипом для нас служит портал знаний по сердечно-сосудистым заболеваниям, созданный Гарвардом и MIT.

Подробнее о персонализированной медицине можно прочесть в этом материале.

24 февраля, 2021 г.