Сибирский федеральный университет в рамках проекта «Иностранный профессор» привлекает в качестве преподавателей иностранных ученых, имеющих значимый научно-педагогический потенциал.
Татьяна Татаринова приехала по приглашению СФУ из Калифорнии. Она, как сейчас говорят, – ведущий зарубежный ученый российского происхождения. Здесь ей предстоит развивать одну из самых молодых наук – биоинформатику. А еще она любит лето, является сторонником ГМО и не ест мяса из этических соображений. Объехала полмира и никогда не делала того, что ей не интересно.
Что за зверь биоинформатика
– Больше года вы возглавляете группу по вычислительной биологии в университете Ла Верне, ведете исследования и параллельно преподаете биоинформатику студентам. Но сами вы по образованию физик. Это достаточно резкая смена научной траектории. Как и под влиянием чего она произошла?
– В юности я биологией не интересовалась, наверное, потому что в то время еще не существовало понятий «высокопроизводительное секвенирование» и «большие данные». Меня с детства манили глобальные задачи. Самым интересным для меня была физика, и после школы я поступила в МИФИ на факультет теоретической и экспериментальной физики.
В 1992 году я уехала в аспирантуру университета Юты (University of Utah) как физик-теоретик. Но даже в Америке работу для молодых физиков после окончания холодной войны было найти сложно – например, мой талантливый коллега Федор Пикус не смог устроиться на профессорскую должность и вынужден был пойти в программисты, а Михаил Портной в поисках академической позиции перебрался в Британию.
Как-то я летела в самолете и прочитала статью про проект секвенирования человеческого генома. Это настолько меня заинтересовало, что я связалась с упомянутым в статье университетом Южной Калифорнии (University of Southern California) и попросилась в аспирантуру. Вот так и получилось, что пошла в аспирантуру во второй раз, и степень PhD я защитила уже по направлению «прикладная математика». Темой моей диссертации были нелинейные смешанные модели в применении к анализу генной экспрессии и данных фармакогеномики. Одновременно с учебой я работала в растительном биотех-стартапе Ceres, Inc., где уже тогда изобретала алгоритмы для анализа регуляторных областей и аннотации растительных геномов.
– Биоинформатика – наука относительно новая. Чего в ней больше – биологии или информатики?
– Биоинформатика – интеграционная, синтетическая дисциплина. Термин был предложен Paulien Hogeweg в 1970 году. Поэтому подготовка биоинформатиков – задача долгая, сложная и трудозатратная. Биоинформатик должен знать принципы анализа данных, линейную алгебру, матанализ, теорию вероятностей, статистику и владеть численными методами. Плюс к этому нужно понимать биологию и химию, потому что бездумный подсчет «в лоб» не принесет результата, если человек не знает, как функционирует клетка и устроена ДНК. И, конечно, необходимо знать программирование – часто нужно писать пакет программ самостоятельно, так как задача может быть настолько новая и нетрадиционная, что до вас ее еще никто не решал и программ для анализа данных еще не существует в принципе.
Миф № 1: пальмовое масло хуже никотина
– Чем ваша группа занимается в настоящий момент?
– Сейчас – это масличная пальма Elaeis guineensis. Да, да, та самая, из новостей. Из которой добывают пальмовое масло, наличие которого с лупой в руках пытаются найти на этикетке домохозяйки. Между тем, пальма – это экономически выгодный источник полезных жиров, содержащий много витаминов. Считается, что вред здоровью могут наносить трансжиры, увеличивая риск развития сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний. Но их совсем нет в пальмовом масле! С другой стороны, в привычных продуктах – в сливочном масле, жирном мясе и в маргарине, они есть. Другая характеристика масел – содержание насыщенных жиров. Тут надо понимать, что есть два источника пальмового масла – мякоть и ядро плода. Они отличаются по составу насыщенных жиров: в масле из мякоти их 7 грамм, а в масле из ядер – 11 грамм на столовую ложку масла. Для сравнения, в популярном среди сторонников здорового питания кокосовом масле насыщенных жиров 12 грамм.
Вопреки страшилкам, пальмитиновая кислота из пальмового масла, добавляемая в молочные смеси, совсем не вредит детскому питанию, а только помогает усвоению кальция. Оно прекрасно распадается в кишечнике на глицерин и жирные кислоты. Вся война против пальмового масла – чистая конъюнктура и не имеет научного обоснования. Конечно, так как жир является натуральным усилителем вкуса еды, каждый тип жира придает уникальный оттенок пище, и выбор между печеньками со сливочным или пальмовым маслами – просто дело привычки. Однако я сторонник того, что надо ограничивать потребление любых плюшек, вне зависимости от типа масла.
Как раз сейчас с коллегами из Малайзии мы пытаемся полностью «собрать» геном масличной пальмы и правильно его аннотировать (найти гены). Работаем над алгоритмом поиска функционально важных регуляторных участков, таких как промотеры и энхансеры, – пока у нас есть данные, которые только косвенно указывают на их наличие, – и пробуем собрать их вместе.
Если изучить гены, которые отвечают за концентрацию в каждом растении жиров и полезных витаминов и научиться их контролировать, фактически мы получим доступ к дешевому и полезнейшему для человека продукту. В условиях прогнозируемой нехватки продовольствия к 2050 году это – архиважнейшая задача.
Миф № 2: продукты с ГМО вредят здоровью
– А как же вред ГМО?
– Вред продуктов с ГМО – миф, Голливуд. Никто не вносит в растения гены марсиан, делая их хищными. При употреблении ГМО растений в пищу и «родные», и «пришлые» гены расщепляются ферментами пищеварительной системы. Ни у кого еще на голове не вырастали рога от поедания баранины (хотя, надо признать, баранов вокруг полно. Но это вряд ли эффект ГМО). Работа идет над аккуратным редактированием генома, встраиванием генов, обеспечивающих устойчивость к инфекционным заболеваниям и паразитам, и изменением интенсивности генной экспрессии.
– То есть вы как бы глушите работу отдельных участков генома?
– Интенсивность генной экспрессии регулируется на нескольких уровнях. Один из процессов называется метилирование, при котором метильная группа – атом углерода и три атома водорода – связывается с другими молекулами. При метилировании ДНК происходит модификация функции гена без изменения самой нуклеотидной последовательности, это элегантный механизм влияния на функцию клетки. Явление метилирования было описано 70 лет назад, но широкогеномные исследования в этой области начались только в этом столетии, а в России – совсем недавно.
Ген – это участок ДНК, содержащий информацию о регуляторных РНК и о белке. Но для его «включения» ему нужен внешний сигнал. Например, есть дверь, у нее есть замочная скважина. Когда подлетают молекулярные «ключики», они вставляются в скважину, дверь открывается и начинается процесс. Так вот можно эту скважину забить ватой (метильной группой), чтобы процесс не начинался – это как раз и есть метилирование. Дверь есть, ключ есть, а открыть нельзя. Но этот процесс обратимый.
У нас есть гены почти на все случаи жизни, они включаются на разных стадиях развития и в зависимости от внешних воздействий. Природа не убирает у нас потенциально нужные гены, она их временно или постоянно отключает. Так, у человека может проявиться склонность к сильному поражению холестерином сосудов, а может не проявиться. В зависимости от того, регуляторный участок конкретного гена метилирован или нет. Это помогает нам понять, почему какие-то люди заболевают атеросклерозом, а другие нет, даже если у них одинаковый геном.
Но недостаточно просто научиться «глушить» участок ДНК. Метилирование и деметелирование – это процесс динамичный. Можно его активировать, а случится внешний стресс – и он будет деактивирован. У нас пока нет полного понимания и контроля над этим процессом.
– Часто приходится путешествовать?
– По работе, да. Например, в СФУ я приехала во второй раз. Университет Ла Верне, в котором я работаю, поощряет международное сотрудничество. Собственно, наличие у меня научных связей по всему миру стало одним из факторов, почему меня пригласили на работу в мой университет. Поскольку я являюсь гражданкой и России, и Америки, логично могу быть своеобразным мостом между двумя странами.
Миф № 3: историю не воссоздать
– С чем связан приезд?
– Меня нашел и пригласил Константин Крутовский, который основал в СФУ Научно-образовательный центр (НОЦ) геномных исследований и лабораторию лесной геномики на деньги мегагранта, который он выиграл в 2014 г. Наша общая с ним и его коллегами задача – подготовка биоинформатиков, магистров и аспирантов, и совместные научные исследования. В прошлом году усилиями его замечательного коллектива (Михаил Садовский, Юлия Путинцева, Ирина Ямских и др.) при поддержке Института фундаментальной биологии и биотехнологии удалось открыть магистратуру по геномике и биоинформатике. Мой визит продлится месяц, за это время хочу научить магистров думать как биоинформатики, грамотно обращаться с данными и получать необходимую информацию. Понимаете, нужно правильно ставить эксперимент, собирать данные, чтобы была корректная биологическая модель. Недостаточно просто запустить чужую программу на небрежно полученных данных и надеяться на то, что получатся хорошие результаты. Я предложила поменять концепцию преподавания программирования: надо учить студентов анализу алгоритмов, оптимизации кодов, принципам построения баз данных – так, чтобы навыки были систематизированы, и студенты научились разбивать задачи на логические блоки. Я, конечно, не могу сейчас решить все проблемы анализа данных, но я могу помочь подготовить людей, которые смогут это делать в недалеком будущем.
Что касается научного взаимодействия, уже есть несколько научных коллективов в СФУ, которые заинтересованы в создании такой коллаборации – это лаборатория лесной геномики в НОЦ геномных исследований (Константин Крутовский, Наталья Орешкова, Юлия Путинцева, Михаил Садовский, Дмитрий Кузмин, Евгений Симонов, Сураб Джейн и др.), группа биотехнологов, которые решают проблему биосовместимости биопластиков для искусственных тканей (Татьяна Волова и Екатерина Шишацкая), и научно-практическая лаборатория молекулярно-генетических методов исследований СФУ, занимающаяся разработкой молекулярно-генетических методов в диагностике и прогнозировании онкогематологических заболеваний (Татьяна Субботина). За время моего визита мы провели встречи и семинары с многими заинтересованными специалистами города.
– Кроме науки хватает на что-нибудь еще время?
– Мне очень повезло с мужем, у нас с ним много общих интересов, хотя он и не физик, а лирик (художник). Мы вместе занимаемся спортом и преподаем каратэ, и так как Миша работает дома, он имеет возможность освободить меня от повседневных хлопот, сам занимается воспитанием нашей дочери и домашних зверей, оставляя мне время на хобби, вечернее чтение книг и походы в театр (я заядлая театралка). Уже много лет у меня черный пояс (четвертый дан) по шотокан каратэ, и в 2010 году я заняла первое место на одном из чемпионатов Америки. Вместе с композитором Дмитрием Дворецким сочиняю песни и пою в группе, которую не так давно собрала (мне повезло привлечь замечательных музыкантов). Наука, спорт и музыка прекрасно совмещаются. Спорт нужен, чтобы голова работала хорошо, уровень физической нагрузки должен быть таким же, как и уровень интеллектуальной нагрузки, иначе тело не сможет поддерживать мозг. У меня от природы низкое давление и единственный способ оставаться работоспособной – это вставать в пять утра и выходить на часовую пробежку, а вечером после работы – карате, йога или тренажерный зал. А поэзия и музыка – это гармония, что в жизненном водовороте позволяет успокаиваться и приводить мысли в порядок. Это необходимо для поддержания тела и духа в работоспособном состоянии. Еще я очень люблю собак и кошек: у меня дома два больших полу-ротвейлера и две кошки. Тут, в Академгородке, я каждый день хожу кормить несчастную бездомную собаку и ее семь щенков. Кстати, щенки очень милые и здоровые, и я мечтаю найти им ответственных хозяев.
– Какие вы видите перспективы сотрудничества с СФУ?
– Мы планируем создать совместную лабораторию эволюционной палеогеномики в НОЦ геномных исследований. Эта лаборатория будет изучать останки растений, животных и человека для воссоздания истории Красноярского края и Сибири в целом и изучения влияния климата на флору и фауну Сибири. В нашем распоряжении даже есть останки мамонта! Мы договорились о сотрудничестве с Татьяной Савенковой, научным сотрудником и заведующей музеем Красноярского государственного медицинского университета имени профессора В. Ф. Войно-Ясенецкого (КрасГМУ), и с коллегами из Красноярского краевого краеведческого музея. Великолепно организованная коллекция останков людей из медицинского университета позволит не только воссоздать историю заселения края, но и анализировать климатическую адаптацию переселенцев, распространенность заболеваний, продолжительность жизни, и аспекты коэволюции человека с животными и бактериями. Если генетики, антропологи, палеопатологи, климатологи, дендрохронологи и историки соединят свои усилия в анализе этих объектов, мы не только восстановим интереснейший пласт истории, но и получим ответы на вопросы медицины, охраны окружающей среды и природопользования. Мы готовим совместный проект, чтобы получить господдержку наших амбициозных планов.
Фото из личного архива Т. Татариновой
