Биоинформатика для биомедицины

Марина Москаленко, пресс-служба НГУ 

На факультете естественных наук Новосибирского государственного университета открывается лаборатория структурной биоинформатики и молекулярного моделирования. Новое научное подразделение займётся анализом структуры биологических макромолекул, а также решением фундаментальных и прикладных задач с помощью существующих методов компьютерного моделирования и разработкой собственных алгоритмов и программ для предсказаний пространственной структуры биополимеров. Результаты исследований учёных можно будет использовать в материаловедении, био- и нанотехнологиях и медицине.

Идеологи проекта – Анастасия Бакулина и Андрей Каява. Фото пресс-службы НГУ

Математические и компьютерные методы занимают важное место в современных биологических исследованиях. Они способствуют пониманию биологических процессов и без них было бы невозможным выполнение таких глобальных проектов, как расшифровка генома человека, компьютерное моделирование новых эффективных лекарств («драг-дизайн») и симуляция распространения эпидемий, анализ экологических последствий работы промышленных объектов и многое другое. Теперь и в НГУ будет развиваться столь актуальное направление на средства Проекта 5-100. 

Среди приоритетных задач учёных – изучение молекулярной структуры и механизмов формирования амилоидных бляшек, патологических образований в головном мозге, появляющихся при прогрессировании болезни Альцгеймера. Биоинформатические и структурные исследования в этой области могут пролить свет на возникновение и развитие такого заболевания и поспособствовать нахождению методов ранней диагностики и лечения этого распространённого недуга, приводящего к старческому слабоумию. Кроме того, сотрудники лаборатории занимаются компьютерным моделированием белков, на основе которых можно создать вакцину против ВИЧ-инфекции, а также поиском мишеней для борьбы с другими болезнями. Возглавлять новую лабораторию НГУ будет приглашённый учёный кандидат биологических наук Андрей Каява, который в настоящее время является и руководителем группы “Structural bioinformatics and Molecular Modelling”, и директором по науке в Национальном центре научных исследований (CNRS) Франции.

– Oдним из наших будущих направлений станет работа над проблемами амилоидных бляшек, – рассказывает научный руководитель проекта. – До сих пор точно неизвестно, являются ли такие белки причиной или следствием Альцгеймера и других нейродегенеративных заболеваний. Мы в лаборатории будем пытаться постичь молекулярную основу болезни: почему нормальные молекулы спонтанно в какой-то момент начинают агрегировать и образовывать бляшки? Соответственно, если мы поймём это, то можно будет задуматься о том, как ингибировать, подавлять такие процессы.

Заведующая новой лабораторией Анастасия Бакулина, кандидат биологических наук, преподаватель НГУ и по совместительству сотрудник Государственного научного центра вирусологии и биотехнологий «Вектор», согласна с коллегой: 

– Ситуация с болезнью Альцгеймера на самом деле сейчас хуже, чем с раком. Если можно уверенно говорить, что мы ведём медленное наступление по всем фронтам на него, то с нейродегенеративными заболеваниями всё плохо. Лекарства какие-то были разработаны, но результаты испытаний показали, что они не эффективны. То есть Альцгеймер – это такая штука, с которой вообще не понятно, как бороться. 

Также учёные намерены заняться выявлением белков, которые могут быть мишенями для лекарств от других болезней. 

– Самая трудоёмкая часть в фармацевтических разработках – это найти хорошие белки-мишени для новых лекарств. И мы этим займёмся, – рассказывает Андрей Каява.

Кроме того, в планах исследователей использование инструментов биоинформатики в поиске решений для вакцины от ВИЧ. 

– Для такой инфекции до сих пор нет вакцины, – поясняет Анастасия Бакулина. – Мы не можем сходу выдать готовую вакцину, но у нас есть возможность взять какой-то отдельный кусочек белка молекулы вируса иммунодефицита человека, проанализировать его и составить предсказание, необходимое для дальнейшего создания препарата.

Исследования в этой области будут полезны и для многих других новых вирусов, например, SARS (атипичная пневмония, унёсшая множество жизней во Вьетнаме и Китае в 2003 году). Ведь, по словам исследователей, сейчас для многих вирусов учёные просто не успевают оперативно делать вакцины. Недавний пример – вирус лихорадки Эбола. Анастасия Бакулина занималась анализом мутаций в белке этого вируса. 

– Традиционные технологии приготовления вакцин очень долгие. Если мы будем быстро находить какой-то вариант, решение, а, допустим, «Вектор» будет его быстро синтезировать, проверять на животных, то у нас может появиться реальная технология, позволяющая очень быстро делать вакцины, – утверждает завлабораторией.

После расшифровки генома учёным стало доступно множество информации о человеке, причём, по утверждению исследователей, она копится быстрее, чем им удаётся её понять.

– Поэтому важно разработать программы, которые будут анализировать последовательности белков и говорить о том, какая биологическая роль у этих молекул, – рассказыывает Андрей Каява. – Также в пользу биоинформатики говорит ее относительная дешевизна: в традиционной молекулярной биологии обычно используют эксперименты, требующие дорогостоящего оборудования, реактивов, клеточных культур, подопытных животных и тому подобное. Мы же не делаeм экспериментов, а, сидя у компьютеров, систематизируем уже накопленные данные, создаем базы этих данных, анализируем их, и это позволяет открывать какие-то взаимосвязи и явления, которые люди в лабораториях не могли бы сами сделать. Кроме того, зачастую мы можем сделать открытие, из-за которого эксперимент станет ненужным, что сэкономит время и деньги.

Сейчас учёные находятся на стадии привлечения исследователей к работе в группе. Они приглашают всех заинтересованных биологов и программистов к сотрудничеству (также рассматриваются кандидаты, уже имеющие основное место работы и готовые работать по совместительству неполный рабочий день). По всем вопросам можно писать заведующей лаборатории bakulina@gmail.com.

Кроме того, исследователи в ноябре проведут школу для молодых учёных по компьютерному моделированию структуры и динамики биомолекул. Также в их планах организация биоинформатического хакатона и создание профильной магистратуры.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru

21.09.2015