Биоинформатика в России: хотели, как лучше…
Российская наука перед новой угрозой
Наталия Демина, Полит.ру
Профессор Павел Певзнер рассказал «Полит.ру», что он и его коллеги из Санкт-Петербургского Академического университета разработали метод расшифровки геномов бактерий, известных как «темная материя жизни». Однако новые правила финансирования мегагрантов могут привести к тому, что молодые биоинформатики со своими знаниями и разработками уедут из России.
Открытия
Ученые из Санкт-Петербургского Академического университета разработали метод расшифровки (секвенирования) геномов бактерий, которые известны как «темная материя жизни». Так ученые называют большинство из тысяч видов бактерий, ранее не поддававшихся современным методам расшифровки геномов, при этом производящих неизвестные антибиотики или живущих в организме человека. «Эта часть жизни на Земле, которая всегда была загадкой, теперь стала доступной для ученых», – сказал руководитель проекта Павел Певзнер, профессор Калифорнийского университета (Сан-Диего, США).
Традиционные методы чтения геномов требуют по крайней мере миллиона клеток, которые сначала должны быть выращены в лаборатории. Однако 99% бактерий не желают расти в лаборатории и остаются невидимыми для современной науки. Певзнер и его команда продемонстрировали, как читать геномы из одной единственной клетки. Этот результат позволяет изучать микробы, которые играют важную роль в нашей жизни, ведь 10% нашего веса составляют бактерии. Одни могут сильно осложнить нашу жизнь, в то время как другие круглосуточно работают, помогая нам переваривать пищу. Третьи, как недавно показано, даже манипулируют нами, заставляя нас есть больше, чем нам нужно. К сожалению, если мы не знаем львиную долю бактерий, живущих в нас, очень трудно понять, как этот сложный мир внутри нас функционирует. Новый метод позволяет прочитать геномы всех этих игроков, и плохих и хороших.
Секвенирование отдельных клеток – одна из быстро растущих и наиболее важных областей современной геномики. Осенью 2011 года группа Певзнера в сотрудничестве с пионером по секвенированию одиночных клеток Роджером Ласкеном (Roger Lasken) разработали программу E+V-SC, впервые давшую возможность анализировать геномы отдельных клеток, и опубликовали её в журнале Nature Biotechnology. Новый алгоритм, разработанный российскими учеными (тоже под руководством Певзнера) в рекордно короткий срок и недавно опубликованный в Journal of Computational Biology, на порядок улучшил американский E+V-SC. Алгоритм назвали SPAdes (Saint Petersburg Assembler) и у него есть все шансы стать первым российским брендом в биотехнологии – области, где российская наука никогда не блистала.
В настоящее время исследователи из Академического Университета РАН используют SPAdes для секвенирования «темной материи жизни» и человеческих патогенов. Напомним, что Певзнер стал одним из победителей первого конкурса мегагрантов. Благодаря мегагранту и ректору Академического университета Жоресу Алферову в Санкт-Петербурге появилась Лаборатории алгоритмической биологии и первая в России магистерская программа в этой области.
Певзнеру удалось собрать команду из талантливых молодых математиков и программистов, которые поначалу ничего не знали о секвенировании геномов. Все они прошли обучение в школах по биоинформатике и уже два месяца спустя начали разрабатывать SPAdes. «Ассемблирование фрагментов ДНК – задача очень похожая на сборку паззла из миллиарда кусочков. Она считается одной из самых сложных проблем биоинформатики. Разработка нового ассемблера может занять годы у профессиональной биоинформатической лаборатории. Тот факт, что ребята из России без биоинформатического бэкграунда так быстро и справились с нею за полгода, это – замечательно», – так Павел Певзнер прокомментировал работу коллег порталу Phys.org.
Планы и угрозы
Планируете ли вы и ваши коллеги перейти от чтения бактериальной «темной материи жизни» к чтению не менее загадочных раковых клеток?
Чтение индивидуальных раковых клеток – одно из самых горячих направлений в современной геномике. Современная технология требует по крайней мере миллиона клеток, чтобы прочесть раковый геном. А это значит, что рак остается невидимым для современных секвенирующих машин, пока он не наработал первый миллион раковых клеток, а это часто слишком поздно. Вот почему начальные стадии рака (до первого миллиона клеток) остаются тайной за семью замками, а США и Китай вкладывают огромные усилия в чтение индивидуальных клеток для того, чтобы эти замки открыть. И в экспериментальные и в не менее важные вычислительные аспекты этой проблемы.
Как ваша Санкт-Петербургская лаборатория планирует участвовать в этой гонке?
Россия сейчас неожиданно стала биоинформатическим лидером в одной из самых быстро развивающих областей геномики, и я горд, что в этой области совсем молодые ребята из моей лаборатории успешно конкурируют (и сотрудничают!) с ведущими геномными центрами. Мы вплотную подошли к созданию, пожалуй, первого мирового бренда в геномной биоинформатике, разработанного в России.
Однако, отвечая на ваш вопрос о том, как мы планируем продолжать участвовать в этой гонке, я боюсь что никак, так как, по-видимому, моя (и многие другие) мегагрантовская лаборатория скоро закроется. И как это уже неоднократно случалось, идеи, изначально разработанные в России, будут окончательно воплощены в жизнь и коммерциализованы на Западе. В связи с неясными перспективами по поводу продолжения мегагрантов некоторые ребята из моей команды уже начинают упаковывать чемоданы. Скажу откровенно, я их с удовольствием возьму студентами и постдоками в Калифорнийский университет.
Почему у вас такие мрачные прогнозы по поводу будущего мегагрантов?
Они не мрачные, а реалистичные. Мегагранты, несомненно, представляли очень своевременный и полезный эксперимент в российской науке. 2 года назад, когда я приехал, в России не было ни одного эксперта по алгоритмам для чтения геномов. А ведь без таких экспертов никакой серьезной геномики и персональной медицины в России быть не может. Конечно, в России есть биоинформатические звезды, как Михаил Гельфанд, но их можно пересчитать по пальцам одной руки и многие ключевые области в этой стремительно развивающейся дисциплине (как, например, алгоритмическая биология, занимающаяся сборкой геномов) в России просто отсутствуют. Я очень рад, что менее чем за 2 года в России появилась команда мирового класса в этой области. Однако мегагранты, хорошо начав, боюсь, закончат голом в свои ворота. Я не удивлюсь, если некоторые успешные мегагрантовские лаборатории закроются и просто переедут на Запад в 2013 году.
Дело в том, что финансирование по мегагрантам работало всего 2 года. Ни в одной стране мира серьезные научные проекты такого масштаба не планируются на такой короткий срок – обычно это 5 лет. Петр I это хорошо понимал, когда он давал первые российские мегагранты (аж 1000 золотых рублей в год!). И в результате великий Леонард Эйлер приехал в Россию на 30 лет.
A вот российское правительство этого, похоже, не понимает. Что еще более неожиданно, по новым правилам, мегагранты можно продолжить только при условии софинансирования в равном размере университетом, в котором была организована лаборатория в рамках мегагранта. Это еще одно чисто российское изобретение – такого нет ни в одной стране мира. Даже в США, стране богатых университетов, особенно по сравнению с российскими университетами, которые часто влачат нищенское существование. Если я бы пришел к своему ректору в Калифорнии и попросил миллион долларов на финансирование, он бы подумал, что я сошел с ума – это просто не функция университетов. Я еще могу представить, что такие огромные университеты как МГУ смогут правдами и неправдами наскрести софинансирование, но моя лаборатория находится в маленьком элитном университете, который в 100 раз меньше МГУ.
Похоже, вы не очень лестного мнения о новых правилах мегагрантов и о Министерстве образования и науки в целом?
У меня на самом деле высокое мнение и о нынешнем и о прошлом министре – мне нравятся их инициативы и по мегагрантам и по новой карте российской науки. Но я увидел как в России хорошие инициативы сталкиваются с административной реальностью, когда люди в моей лаборатории полгода не получали зарплату и когда у них заняло год купить первые компьютеры.
Что же вы предлагаете?
По гамбургскому счету, российская наука сжалась до уровня одного приличного американского университета в таких ключевых областях, как биология и компьютерные науки - две дисциплины, которые сегодня задают моду в Кремниевой долине. Например, мой университет в США по количеству ученых-звезд значительно впереди «России всей» в этих дисциплинах. Поэтому каждая российская лаборатория мирового уровня сейчас на вес золота.
В прошлом году я предложил проект создания Российского национального университета (РНУ), направленного на сохранение таких лабораторий. Похоже, что разрабатываемая сейчас «дорожная карта» российской науки преследует ту же цель, и я от всей души желаю ей успеха. Я, правда, не понимаю, почему нужно полгода на создание такой карты – в моих дисциплинах (биологии и компьютерных науках) – я мог бы нарисовать такую карту за пару часов. И я боюсь, что пока Министерство работает над этой картой, ведущие российские команды, созданные мегагрантами, просто переедут на Запад, а то и на Восток. Ведь в Китае и Сингапуре финансирование научных проектов гораздо более стабильно, чем в России. На российский бизнес тоже рассчитывать пока не приходится, так как мало кто из российских бизнесменов понимает финансовые перспективы в геномике и персональной медицине.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
06.09.2012