- Как вы, математик по образованию, оказались в Академии биологии ЮФУ?

- На последнем курсе мехмата у нас были спецкурсы, связанные с математическими моделями искусственного интеллекта. Меня поразило то, какими возможностями обладает просто написанная программа для распознавания образов. И я связался с НИИ нейрокибернетики, который тогда был отдельным подразделением университета, и начал работать в области анализа нейронных сетей: было интересно, как растет нервная ткань, как образуются нейронные сети в мозге человека. А потом мне предложили: «Ты работаешь с нейронными сетями, хочешь поработать с генетическими?» Разницы практически никакой — те же процессы возбуждения и торможения, те же методы анализа сетевых структур. К тому же в это время объявлялся набор в магистратуру на биофак, куда я успешно поступил.

На старших курсах были самые «вкусные» для меня предметы — молекулярная генетика, хромосомное и нехромосомное наследование.

 

- Вы — математик, который работает в области анализа биологических данных. Какова роль математика в этом самом анализе?

- Математика — это наука, которая позволяет разрабатывать методы, с помощью которых можно автоматически обрабатывать огромный массив формализованных данных. Биологии же как науке не хватает формализации. В ней практически нет законов — строгих, логичных, как в математике. Как любят повторять сами ученые: «Биология — это наука об исключениях». Вот из этих исключений мне нужно составить правила, при этом выделяя главное.

 

- Гены в процессе реализации генетической информации превращаются в белок — то, из чего мы с вами состоим. Фундаментальная задача современной молекулярной генетики состоит в выяснении, каким образом изменение генотипа, то есть, последовательности ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты, которая обеспечивает хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития — прим. Ред.) влияет на изменение фенотипа, то есть, на то, как выглядит живой организм. К примеру, у нас с вами есть ген гормона роста, который есть и у всех млекопитающих — у мыши, у слона, но по размеру и росту эти организмы очень отличаются друг от друга. Перед нами поставлена задача: узнать, что же делает мышь размером с мышь, а человека — привычного нам роста. Ведь сколько мышь ни корми, она не окажется ростом с человека или слона. И человека, сколько ни мори голодом, ростом с мышь он не окажется. А последовательности генов гормонов роста сходны на 99 %. И мы хотим ответить на вопрос: каким же образом регулируется гормон роста, в результате чего наблюдается такое различие в фенотипах? Эту задачу сформулировала мой научный руководитель, заведующая кафедрой генетики, профессор, доктор биологических наук Татьяна Павловна Шкурат. Для этого мы сравниваем последовательности ДНК генов различных организмов. С помощью разнообразных программ и алгоритмов мы сопоставляем эти последовательности и ищем в разном — одинаковое, а в одинаковом — то, что отличает одно от другого.

 

- И как это может выйти в практическую плоскость?

- Как я уже сказал, указанная выше задача носит фундаментальный характер. Но если мы обнаружим какие-то регуляторные элементы, которые контролируют работу гена, можно будет создать вещество, которое на эти элементы будет воздействовать. Изменяя активность гена, можно будет влиять, скажем, на активность обмена веществ.

По сути ген — это отрезок ДНК, который сначала транскрибируется в РНК (рибонуклеиновая кислота, последовательность ее составных звеньев, нуклеотидов, позволяют кодировать генетическую информацию — прим.ред.), а та, в свою очередь, уже кодирует белок. На практике это может выглядеть так: к примеру, все люди рождаются с голубыми глазами. Но по мере роста человека глаза могут темнеть, так как работает ген, продуцирующий соответствующий белок. И в зависимости от того, насколько активен данный ген, глаза будут иметь различный оттенок.

Есть еще одна задача прикладного характера, в этом направлении мы сотрудничаем с онкоинститутом. Там занимаются проблемами рака — болезни, которая представляет собой сбой генетической программы, в ходе которого клетка начинает бесконтрольно делиться. Приводят к таким печальным последствиям мутации. Наши будущие исследования и связаны с выяснением, какие изменения в структуре ДНК ведут к онкозаболеваниям.

Онкологи-хирурги во время операций берут у пациента кусочек ткани в банк образцов. Каждое новое поступление туда анализируется, в том числе и с целью узнать, что же изменилось в геноме и привело к появлению опухоли. Анализ многочисленных образцов позволит разработать тест-систему для диагностики предрасположенности человека к онкозаболеваниям.

Мы занимаемся и такой проблемой, как невынашивание беременности — бич современного акушерства. За развитие плода отвечает определенный набор генов. Мутации в этих генах могут приводить к выкидышу. Наша задача — определить тот набор мутаций, на основании которых можно будет создать диагностическую систему. Получая информацию о комбинации этих мутаций, будущей маме врач в будущем сможет выдавать рекомендации.

 

- Что касается диагностики невынашивания беременности, то разработка тест-системы ведется на протяжении уже пяти лет. Обработав объем накопившихся за это время биологических данных, мы создали информационную систему, помогающую медикам принять решения. Сейчас эта система находится на стадии апробации.

 

- Да, времени не хватает. Да и не стоит успевать везде: ведь хорошо делаешь ту работу, которой занимаешься каждый день.