Биоинформатик: где учится и работает, чем занимается
С каждым годом всё больше востребованы специалисты, умеющие работать с большими данными. В естественно-научных отраслях этим занимаются биоинформатики. Расскажем, где обучают таких специалистов и в каких именно сферах они востребованы.
Чем занимаются биоинформатики
Там, где пересекаются биология, математика, информатика и статистика, находится биоинформатика. Она начала развиваться в середине XX века, когда учёные стали применять продвинутые вычислительные методы для анализа биологических данных. В 60–70-х годах появились первые программы для работы со структурой белков. С годами они становились сложнее, появлялись первые базы данных.
В 1964 году Сайрус Левинталь и его коллеги из Массачусетского технологического института разработали электронную систему, изображавшую основную цепь белка на экране осциллографа
Фото: © Martin Zwick / public domain
Сегодня к услугам биоинформатиков мощные компьютеры и гигантские массивы информации, требующие обработки и интерпретации. Такие специалисты не только анализируют биологические данные, но и занимаются моделированием биологических процессов, а также предлагают новые алгоритмы и инструменты, в том числе для дизайна лекарств.
Назовите любое направление в области биотехнологий, и в каждом из них будет биоинформатика
Павел Яковлев, вице-президент по ранней разработке и исследованиям компании BIOCAD
«Например, многие крупные компании — производители сельхозпродукции, тот же „Мираторг“ и ЭФКО, активно внедряют биоинформатику в свою работу. Это помогает в селекции скота, а также получении новых способов производства продуктов для обеспечения продовольствием нашей страны», — подчеркнул он.
Громкие проекты биоинформатиков
Многие слышали о проекте «Геном человека», цель которого — расшифровать генетический материал Homo sapiens. Эта инициатива стала основой для дальнейших исследований в области генетики и молекулярной биологии. Другой важный проект — разработка мРНК-вакцин, например против COVID-19 или туберкулёза. Там достижения биоинформатики используются для того, чтобы сделать препараты безопаснее и эффективнее.
Мы уже не раз рассказывали про инструмент на базе искусственного интеллекта AlphaFold, который создавали в том числе биоинформатики. Они же продолжают его совершенствовать. Проект компании DeepMind позволил решить одну из ключевых задач биологии — прогнозировать трёхмерную структуру белков на основе их аминокислотной последовательности.
Генетическая карта пшеницы позволяет учёным разрабатывать новые сорта растений, устойчивые к изменениям климата, болезням и вредителям
Фото: © kreebz / Shutterstock / FOTODOM
Яркий пример работы биоинформатиков в области микробиологии — проект Human Microbiome Project, направленный, как нетрудно догадаться из названия, на изучение микробного сообщества в организме человека. Проект Cancer Genome Atlas также является значимым в биоинформатике: его участники изучают генетические мутации, связанные с различными видами рака.
Навыки биоинформатика
Хороший биоинформатик должен прекрасно знать молекулярную биологию и генетику, статистику, а также методы обработки больших данных. Важны и навыки программирования, особенно на языках Python и R, а также опыт работы с базами данных и алгоритмами машинного обучения. Ещё пригодится умение писать скрипты для обработки информации, автоматизации рабочих процессов и создания аналитических инструментов.
Костяк направления, которое занимается дизайном лекарств, — студенты физфака, физтеха. Биологи чаще занимаются решением аналитических задач
Павел Яковлев
Кроме технических знаний, биоинформатик должен обладать навыками междисциплинарной работы. Умение общаться с биологами, программистами, химиками и врачами помогает успешно реализовывать проекты. А ещё наверняка предстоит писать научные отчёты, статьи и составлять документацию.
Биологические процессы часто нелинейны и многомерны, что осложняет работу биоинформатиков
Фото: © illustrissima / Shutterstock / FOTODOM
Обучение на биоинформатика в России
Программы бакалавриата, специалитета или магистратуры в области биоинформатики сегодня есть во многих российских вузах:
- в МГУ;
- СПбГУ;
- Высшей школе экономики (ВШЭ);
- Научно-технологическом университете «Сириус»;
- Сколковском институте науки и технологий (Сколтех);
- Институте биоинформатики в Санкт-Петербурге;
- Московском физико-техническом институте (МФТИ);
- Новосибирском государственном университете (НГУ).
«Пока что самая сильная программа в этой области — у специалитета факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ. Его уникальность в том, что это шестилетнее обучение, и люди оттуда выходят буквально накачанными знаниями. Преимущество перед магистратурой в том, что нет дисбаланса в базовой подготовке, которую все получают в бакалавриате. При этом для индустрии ждать сотрудника два года гораздо практичнее, чем шесть», — говорит Павел Яковлев (академический руководитель магистерской программы «Вычислительная биология и биоинформатика» ВШЭ), который был одним из авторов первого учебного плана магистратуры по биоинформатике в Университете «Сириус».
Работа с биологическими данными пациентов, например их геномами, требует строгого соблюдения стандартов этики и конфиденциальности
Фото: © Natee Meepian / Shutterstock / FOTODOM
Помимо высшего образования, будущему биоинформатику нельзя забывать и о самостоятельном обучении. Сегодня можно найти онлайн-курсы, позволяющие самому постигать азы этого направления: анализ данных, геномику, программирование и статистику. Кроме того, существуют открытые ресурсы, где можно найти учебные материалы по биоинформатике от крупных университетов (например, MIT OpenCourseWare).
Перспективы биоинформатика
Если вы решили стать биоинформатиком, у вас много путей для карьерного роста. Можно начать карьеру с работы в лаборатории или биотехнологической компании, где заниматься анализом данных и разработкой новых инструментов. В академической сфере возможна карьера научного сотрудника или преподавателя. Такие специалисты также могут трудиться в стартапах, создавая инновационные решения для обработки больших объёмов информации или новые продукты в области медицины и сельского хозяйства.
Главные тренды биоинформатики
Читать«Я считаю, что само понятие „биоинформатика“ должно умереть. Не в том смысле, что ею никто не будет заниматься, а потому что её, наоборот, будут использовать все. Мы ведь не говорим о некоей „физико-информатике“, „математико-информатике“. Всех студентов физмат-факультетов учат программировать, строить модели и обрабатывать данные, а в биологии почему-то мы этот навык выделяем. Вскоре базовое биологическое образование будет подразумевать какой-то разумный объём физико-математических методов», — подчёркивает Павел Яковлев.
В России немало возможностей получить базовое образование в области биоинформатики. Но для успеха в этой профессии также важны постоянная работа над собой, желание учиться самостоятельно и открывать для себя новые методы обработки данных.
