🚦 🔺 🏴 غواصة علوم الكمبيوتر في سهول علم الأحياء 👩‍🏭 ✖️ 😃

تكتسب المعلوماتية الحيوية شعبية بسرعة وتتحول من ملجأ للمهوسين إلى نظام معروف ومعروف. أعتقد أن معظم قراء Geektimes يمكنهم القول بثقة أن الأرنب ليس فقط فروًا ذا قيمة و 3-4 كيلوغرامات من اللحم الغذائي ، ولكن أيضًا 44 كروموسومًا ، ومجموعة متنوعة من البروتينات ، وآليات النسخ والترجمة ، ولا شيء آخر. من غير المحتمل أيضًا أن أفاجئ أي شخص إذا قلت أن كل هذا يمكن دراسته وتحليله ، ليس فقط الوقوف في معطف أبيض تحت المجهر في مختبر معقم ، ولكن أيضًا مستلقيًا على أريكة مع كمبيوتر محمول ، وشرب شيء اسكتلندي بالثلج. ومع ذلك ، فإنها عادة لا تتجاوز هذه المعرفة. قررت أن أحاول تصحيح هذا سوء الفهم المزعج والقيام برحلة قصيرة حول كيف تبدو المعلوماتية الحيوية من الداخل من وجهة نظر عمليةبناء على تجربتي.

في هذه المقالة ، سأجمع الأسئلة التي طرحتها بنفسي منذ ثلاث سنوات ، عندما كنت لا أزال طالبًا في كلية الرياضيات ، وسأحاول الإجابة عليها.

لماذا تحتاج المعلوماتية الحيوية؟

إن مهمة المعلوماتية الحيوية ، بشكل غير رسمي ، هي إيجاد المنطق في البيانات البيولوجية. يتم الحصول على هذه البيانات أثناء التجارب ، وإذا كانت البيانات بالنسبة لعالم الأحياء يمكن أن تبدو مثل سمكة مضيئة أو بقعة جميلة متعددة الألوان في صورة ، ثم يتم تقديم البيانات للمعلوماتية الحيوية على النحو التالي:

سلاسل (سلاسل من الشخصيات تصف DNA / RNA / البروتينات) ؛
إحداثيات ثلاثية الأبعاد وثنائية الأبعاد (بيانات الفحص المجهري) ؛
صفائف من الأعداد الحقيقية (على سبيل المثال ، يمكن أن يكون كل رقم كتلة مقاسة تجريبيًا لبروتين أو جزء منه) ؛
نواقل الأعداد الصحيحة غير السلبية (على سبيل المثال ، عمق التغطية بأشياء منفصلة ، ما يسمى بالقراءات ) ؛
مصفوفات الأصفار والأصفار (على سبيل المثال ، يمكن أن تتوافق أنواع مختلفة من البكتيريا مع بعضها البعض) ؛

والعديد من التمثيلات المحتملة الأخرى للظواهر البيولوجية الحقيقية باستخدام الأشياء الرياضية.

هل لدى علماء الأحياء بيانات أكثر إثارة للاهتمام؟

مما لا شك فيه. لكن المعلوماتية الحيوية لا تحتاج إلى الركض إلى المختبر في عطلات نهاية الأسبوع (على سبيل المثال ، لا تعرف ثقافات الخلايا عن عطلة نهاية الأسبوع وتميل إلى الموت دون رعاية مناسبة). غالبًا ما يستمر البحث في علم الأحياء لسنوات (اعتمادًا على خصائص الكائنات النموذجية) ، بينما في المعلوماتية الحيوية ، يعتمد التقدم بشكل أساسي على القدرة على حل مشكلات الخوارزميات وكتابة كود "ذكي". حسنًا ، إن إمكانية العمل عن بعد من أي مكان في العالم هي أيضًا إضافة مؤكدة لصالح المعلوماتية الحيوية.

كم هو الحيوية في المعلوماتية الحيوية ، وكم المعلوماتية؟

يعتمد ذلك إلى حد كبير على مركز بحث معين ومجموعة بحثية. تحتاج إلى فهم علم الأحياء عند الحد الأدنى - لن يمضغك أحد مشروع علمي إلى مستوى مشكلة الرياضيات المدرسية. سيكون عليك أنت أن تصيغ الموقف بناءً على فهمك لعلم الأحياء. ومع ذلك ، لا يُتوقع الفهم العميق حقًا ، لذا فإن حقيقة أنك تتذكر فقط عن المدقات والأسدية لن تكون عقبة إذا قررت التعامل مع هذا العلم بالذات. من السهل تعلم الأسس الأساسية لعلم الأحياء بالفعل في عملية العمل على مشروع المعلوماتية الحيوية.

ما هو مفيد وضروري حقًا للمعلوماتية الحيوية المستقبلية "من علوم الكمبيوتر" هو معرفة التكنولوجيا الحيوية ، أي كيف تم الحصول على بياناتك ، وما هي المشاكل التي قد تنشأ أثناء التجربة. في رأيي ، يكفي الذهاب للركض على طول مسار من علم الأحياء الجزيئي ، ولكن قضاء بعض الوقت وفهم مبادئ تشغيل الأجهزة الحديثة المستخدمة في التجارب بجدية.

أود أن أنصح المعلوماتية الحيوية المستقبلية "من علم الأحياء" أثناء عملية التدريب لتخطي أولاً البراهين والأوصاف الخاصة بالأساليب والخوارزميات ودراستها على أنها "صناديق سوداء" ، أي في جانب تطبيقي بحت: "A عند المدخلات - B عند الإخراج" ، وإلا هناك خطر " الغرق "في الحسابات النظرية لعدة سنوات. ومع ذلك ، بعد أن غاب عن النظرية وتعلمت شيئًا من الناحية العملية ، سيكون من السهل عليك العودة والنظر إليها بعيون مختلفة.

ولكن إذا أصبحت المعلوماتية الحيوية ، فسأعرف المعلوماتية الحيوية؟

لسوء الحظ لا. المعلوماتية الحيوية في وضعها الحالي هي الكثير من الأقسام الضخمة إلى حد ما ، كما هو الحال في أي علم آخر. إذا قارنا ، على سبيل المثال ، بالفيزياء ، فمن الواضح تمامًا أن أحد المتخصصين في الميكانيكا النظرية من المحتمل أن يواجه صعوبات معينة في فهم أحدث المقالات حول فيزياء الكم ، علاوة على ذلك ، لن يكون لديه الوقت لقراءة هذه المقالات.

وهناك العديد من الأقسام في المعلوماتية الحيوية لكل ذوق:

التطور (ليس فقط في شكل "pithecanthropus أولاً" ، ولكن أيضًا في المشكلات الأقل شهرة ، مثل التطور الذي يحدث في الورم السرطاني)
ابحث عن الخيارات الجينية المؤدية إلى المرض
بناء واختيار الأدوية التي ترتبط بأنواع معينة من البروتينات "الخطرة على الجسم"
دراسة وظائف الجينات وشرحها
المعلوماتية الحيوية الهيكلية (التلاعب بهياكل ثنائية وثلاثية الأبعاد ، على سبيل المثال ، البروتينات أو RNA)
تجميع الجينوم
بناء خرائط لكيفية تفاعل كل هذه الفوضى من البروتينات / الحمض النووي الريبي / الحمض النووي / الدهون / الأفكار الذكية / الصالة الرياضية / النظام الغذائي للكرملين وأشياء أخرى مع بعضها البعض (شيء مثل هذا الفيديو ، ولكن أكثر إثارة للاهتمام وأكثر تعقيدًا)
نمذجة النظم المعقدة (مثل تطوير كائن حي من جنين)
علم الأعصاب (أو بالأحرى تحليل البيانات التي حصل عليها أخصائيو الأعصاب) ؛

وأكثر من ذلك بكثير (اغفر لي المعلوماتية الحيوية ، التي نسيت أن أذكر مجالها).

غالبًا ما تتم الإشارة إلى النقاط الثلاث الأخيرة إلى علم أحياء الأنظمة ، ولكن هذه العلوم ، كما يقولون ، "عند التقاطع" ، ويمكنك القفز ذهابًا وإيابًا بأقل جهد.

هل من المنطقي اختيار المعلوماتية الحيوية كمهنتك؟

للإجابة على هذا السؤال ، قم بتوزيع الخصائص التالية وفقًا لدرجة الأهمية بالنسبة لك (قم بتعيين الدرجة 6 لأهم خاصية ، 1 إلى الأقل أهمية) ، ثم قم بتلخيصه بالعلامة المشار إليها.

+ لطالما أردت أن أكون عالمًا وأشعر أنني أقدم مساهمة معينة في مستقبل البشرية.
+ أنا مهتم بعلوم الحياة ، أود أن أكون قادرًا على تعلم شيء جديد عن علم الأحياء كل يوم ، لكن دراستي في الجامعة لم تكن مرتبطة بعلم الأحياء - أو - أنا عالم أحياء ، لكنني تعبت من التلاعبات التقنية الرتيبة مع الماصات وأريد المزيد فهم نوع البيانات التي تلقيتها والقدرة على العمل معها.
+ المعلوماتية الحيوية مثيرة للاهتمام بالنسبة لي كقسم فرعي للمعلوماتية ، يبدو لي أن هناك الكثير من المهام التي تحتاج إلى التفكير فيها.
- أريد الحصول على راتب كبير مباشرة بعد التخرج من الجامعة.
- أود أن أسير باستمرار في معطف أبيض ، مثل عالم حقيقي.
- أحب التفكير في المهام وقراءة مقالات مثيرة للاهتمام حول علم الأحياء ، لكني لا أحب البرمجة.

إذا حصلت على نتيجة أقل من 0 ، فلا يجب عليك بالتأكيد الدخول في المعلوماتية الحيوية. هل تشعر بالألم من مدى مرونة هذا الاختبار وتنوعه ، ولكن هل تفهم فكرته بل وتحبه؟ أضف نفسك +3 نقاط إلى النتيجة.

كيف يبدو السلم الوظيفي للمعلوماتية الحيوية؟

"إذا كنت تريد حقًا ، يمكنك أن تطير إلى الفضاء" ، ومع ذلك ، إذا كان طولك مترين ووزنك 150 كجم ، فمن غير المحتمل أن يتم نقلك إلى فرقة رواد الفضاء. ولكن ماذا عن المعلوماتية الحيوية؟

التعليم الأساسي

مهنة التعليم العالي. يمكن للدراسات الجامعية أن تكون أي شيء غير إنساني. الاقتصاد والفيزياء والكيمياء والرياضيات ، ناهيك عن علوم الكمبيوتر وعلم الأحياء.

الخيار الأكثر ملاءمة لبرنامج الماجستير هو إما برنامج ماجستير في المعلوماتية الحيوية أو "إضافة" إلى برنامج البكالوريوس الخاص بك بحيث يكون لديك شيء بيولوجي وشيء حسابي بعد هاتين الخطوتين. صحيح ، إن دخول القضاء بملف تعريف مختلف تمامًا ليس مهمة سهلة.

أما بالنسبة لإمكانية الحصول على المرحلة الأولى من التعليم العالي (البكالوريوس / المتخصص) على الفور مع التخصص في المعلوماتية الحيوية - فإن موقفي تجاه هذا غامض.

يجب أن تكون المعلوماتية الحيوية خيارًا واعيًا ، والقيام بهذا الاختيار بعد المدرسة يبدو صعبًا إلى حد ما ، ولكن إذا كنت متأكدًا من أن هذا هو اتصالك ، فلماذا لا. لكنني معجبة أكثر بالنهج "للحصول على تعليم عام ثم اختيار التخصص" ، بدلاً من البدء في العمل على الفور في اتجاه ضيق. لست متأكدًا من إمكانية إعادة التدريب بسهولة كمتخصص في ملف تعريف مختلف بعد 4-6 سنوات من التدريب ، ولكن هناك أمثلة على نجاح التحويل إلى المعلومات.

تعليم إضافي

تم بالفعل إنشاء الكثير من الدورات التدريبية عبر الإنترنت (Stepic.org Russian ، Stepse.org Russian ، Coursera ، edX ، إلخ.) للتعرف على المعلوماتية الحيوية. من بين الدورات التدريبية عبر الإنترنت ، هناك بعض الدورات التدريبية المفيدة جدًا (أود أن أوصي بدورة من UCSD حول الخوارزميات في المعلوماتية الحيوية ودورة حول التطور من جامعة ديوك) ، قم بالتسجيل ، انتقل من خلال إذا أصبح مملاً أو صعبًا - ستترك هذا العمل بهدوء دون قضاء وقت أي شخص أو أعصابك. في الواقع ، بالنسبة للتدريب بدوام كامل ، من اللائق أن تكون متحمسًا - بشكل مجازي ، في بدلة من ثلاث قطع ، مع باقة في يديك وقرنفل في عروةك - حتى تدرك المعلوماتية الحيوية على الفور أن هذه العلاقات خطيرة بالنسبة لك.

التعليم الإضافي هو شيء رائع ، وله نفس المزايا عمليًا - فصول دراسية في عطلات نهاية الأسبوع أو في المساء (لا تتداخل مع الدراسات الأساسية أو العمل) ، وفريق متحمس ، وغالبًا لا توجد رسوم دراسية. لكن - اختيار هذه البرامج صعب للغاية ، والدورات التدريبية ضخمة والوتيرة سريعة. لهذا السبب ، إذا كنت ترغب فقط في فهم ما إذا كنت ستواصل الانخراط في المعلوماتية الحيوية ، فمن الأفضل القيام بذلك من قبل - انظر الدورات عبر الإنترنت ، والتحدث مع أشخاص من المهنة ، وقراءة شيء العلوم الشعبية (مما كتبه الأشخاص الذين أعرفهم شخصيًا - مقال عن Habrahabr ، مقال عن Geektimes ، مراجعة " إذا ذهبت إلى المعلوماتية الحيوية ، دعهم يعلمونني" عن الجزيء الحيوي).

على حد علمي ، يوجد في روسيا برنامجان إضافيان - فيمعهد المعلوماتية الحيوية (IB) في سانت بطرسبرغ وفي العاصمة - مدرسة موسكو للمعلوماتية الحيوية (MBS) . في رأيي ، إنهم متساوون تقريبًا مع القضاء في مستوى المعرفة المكتسبة في التخصص ، ولكن "فقط طائر نادر سيصل إلى منتصف دنيبر" - يسقط العديد من الطلاب بعد حضور عشرات الدروس - أوه ، ليس من السهل جمع فرس النهر.

أنا نفسي تخرجت من معهد المعلوماتية الحيوية كجزء من برنامج الماجستير في الجامعة الأكاديمية (SPbAU)، لذا سأخبرك بالمزيد عن IS (لا أعرف أي شيء عن MBSB بعد انفصالهم عن Yandex). يستمر البرنامج لمدة عام ، دروس في أيام السبت. لقد أحببت جميع الندوات والمحاضرات تقريبًا ، ولكن الجزء الأبرز من التدريب هو المشاريع العلمية. المستشارون العلميون هناك من المراكز العلمية الرائدة في روسيا والدول الأجنبية الغادرة. من الناحية النظرية ، يجب أن تكون المشاريع تعليمية في المقام الأول ، ولكن في أغلب الأحيان يكون هذا علمًا حقيقيًا. كان هناك وقت مجيد: ليالي بلا نوم مليئة بالحكايات العربية الخرافية "1000 و 1 سيناريو" (في الواقع ، كانت الحكايات في البداية هندوسية) ، ودفاع عنيف عن المشاريع ، وإحساس بالانخراط في الخط الأمامي الذي تأتي منه المقالات العلمية ، والتي يمكن أن تترجمها في كثير من الأحيان يجتمع في Geektimes. أوه ، بالمناسبة ، هناك بوفيه هناك. والمجموعة ستذهب هناك الآن. في الوقت نفسه ، فإن ميزة وعيوب أمن المعلومات هي الافتقار إلى التخصصات الأساسية - فقط المعلوماتية الحيوية ، وليس أكثر.

إذا كنت ترغب في المزيد من الموضوعات والتدريب الأساسي ، فيمكن لحاملي شهادات البكالوريوس / المتخصصين التقنيين مثلي ، على الفور التسجيل في برنامج ماجستير لمدة عامين في المعلوماتية الحيوية الخوارزمية . عملية القبول قياسية: الطلبات عبر الإنترنت حتى منتصف الصيف ، ثم مقابلة. قبول الطلبات لعام 2016/18 مفتوح بالفعل . لكن من غير المجدي تمامًا أن يذهب علماء الأحياء إلى هناك.

لإكمال القصة ، كان علي استخدام شبكة الوكيل. عشية النشر ، انتهك أحد الكشافة أخيرًا وضع الصمت اللاسلكي وسلم إلى المقر صورة إشعاعية حول MBS. كانت النقاط الرئيسية في الرسالة التي تم فك تشفيرها عن عملية التعلم في MBS هي: أ) إمكانية الحصول على دبلوم رسمي من HSE. ب) وجود تخصصات أساسية مثل ماتان (في رأيي ، هذا استهزاء ، لكن ماتان مفيد ثم يضع العقل في ترتيب) ؛ ج) يتم تنفيذ المشاريع البحثية بتوجيه من المعلوماتية الحيوية الرائدة في موسكو ؛ د) بسبب وفرة الواجبات المنزلية ، يجب على الطلاب الضلال في قطعان والتفكير في المشاكل بشكل جماعي ؛ هـ) ومع ذلك ، يصيح الطلاب بسعادة ويطلبون المزيد من المعلوماتية الحيوية. سيبدأ التوظيف في MBS في مايو.

المدارس الصيفية

نوع آخر من التعليم المستمر. من ما أعرفه: بالنسبة لأطفال المدارس توجد مدرسة للبيولوجيا الجزيئية والنظرية (المزيد في علم الأحياء ، ولكن بالنسبة إلى المعلوماتية الحيوية المستقبلية لا شك في الفوائد) ، للطلاب وطلاب الدراسات العليا "المبتدئين" هناك المدرسة الصيفية لمعهد المعلوماتية الحيوية (LSB) ، من الأجانب - المدرسة الصيفية للأبحاث في Omics الإحصائية (RSSSO). إذا كنت لفترة وجيزة فقط حول المدارس التي التحقت بها - فإن LSS مثالية لمقدمة قصيرة مكثفة للمعلوماتية الحيوية ، فإن RSSSO مخصص لأولئك الذين يفهمون بالفعل علم الأحياء الحسابي ويريدون "ضخ" قاعدةهم الإحصائية. في LSB / RSSSO ، يمكن / ينبغي للمرء أن يشارك في المشاريع العلمية المثيرة للاهتمام ، والتي يمكنك خلالها أن تشعر وكأنك عامل علمي حقيقي لفترة قصيرة من الزمن. إنها أيضًا طريقة رائعة للاستمتاع في الصيف مع شركة رائعة. يتم تنفيذ LSB بالتناوب في موسكو وسان بطرسبرغ ، RSSSO - في كرواتيا ، مدينة سبليت. ستكون SHMTB في برشلونة.

المعلوماتية الحيوية المهنية

تبدأ المهنة بعد ذلك - بعد الدراسات العليا ، يمكنك الحصول على وظيفة كأخصائي معلوماتية حيوية (نعم ، نعم ، أسمع أصواتًا ساخطة ، يمكنك القيام بذلك حتى بعد التخرج وبعد المدرسة وبعد الروضة ، لكن دعنا نتفق على أن التخرج هو الأفضل العديد من النقاط المرجعية). يمكن القيام بذلك في روسيا (يتم جمع قاعدة بيانات الوظائف الشاغرة على موقع blastim.ru) وفي الخارج. الخيار الثاني هو الحصول على دكتوراه أو دكتوراه. إن العثور على مدرسة عليا (في أي بلد تقريبًا - حتى في روسيا ، حتى في كوستاريكا) أمر بسيط للغاية ، بشرط أن تكون متخصصًا جيدًا. تلعب الدرجات في الدبلوم دورًا وليس دورًا محددًا. ما هو الأفضل - في الخارج أو في المنزل؟ تعليق هذا السؤال. ربما ، في الوقت الذي تكون فيه جاهزًا للقبول في المدرسة العليا ، تكون قد قررت بالفعل بنفسك.على أي حال ، في عملية الدراسات العليا ، من المحتمل أن تتدرب مرة واحدة أو أكثر في بلد آخر لعدة أشهر.

بعد دكتوراه هناك بالفعل 3 خيارات:

الأول هو أن نفهم أن الحياة قابلة للتلف ، وترك العلم تمامًا وانتقل إلى Yamalo-Nenets Autonomous Okrug لتربية الغزلان. لن نتطرق إلى هذا الخيار ، لأنه لم يعد مرتبطًا بموضوع المقالة (لكنني أنصحك بالحذر من الذئاب وليس الغزال ، تبدو قرونهم خطيرة إلى حد ما).

الخيار الثاني هو مواصلة مسيرتك الأكاديمية ، والثالث- الذهاب إلى الصناعة (العديد من الشركات تبحث الآن عن متخصصين في الملف الشخصي المناسب). تتضمن المهنة الأكاديمية تلقي العديد من الدورات التدريبية ، والتي تسمى ، في شكل مختصر ، ما بعد الدكتوراه. رواتب ما بعد المستندات أعلى عدة مرات من رواتب طلاب الدراسات العليا ، ولكن ، كقاعدة عامة ، أقل من رواتب هؤلاء المتخصصين الذين يدخلون في الصناعة. ابحث عن وظيفة في الصناعة بعد الحصول على الدكتوراه. (اختياريًا) تعد العديد من المستندات اللاحقة أكثر بساطة. ثم يمكنك الحصول على منصب دائم كباحث أو محاولة إنشاء مختبر خاص بك وقيادته. هذه مسألة معقدة ، وبصراحة ، لا أعرف شيئًا عما يحدث "ما بعد الدكتوراه".

بدلا من الاستنتاج

سأواصل الإجابة على أسئلتك المطروحة في التعليقات على هذه المقالة. أيضًا ، إذا كان هناك اهتمام بهذا ، يمكنني أن أخبرك عما أفعله (دراسة الروابط بين التغيرات الجينية والتغيرات الجينية والأمراض) ، في مقالة منفصلة.

عن المؤلف: متخصص ، mechmath من جامعة موسكو الحكومية ، 2013 ؛ ماجستير (المعلوماتية الحيوية) ، MIIT SPbAU ، 2015 ؛ حاليا طالب دراسات عليا في CRG ، برشلونة ، الاختلافات الجينية والجينية في المرض.

آمل أن يكون هذا النص مفيدًا لك.

سكرتير خاص قبل إرسال هذا المقال قراءة الزملاء ، وذكر أنه كتب متشائم للغاية. أجرؤ على طمأنة القراء أنني عندما طرحت هذه الأسئلة قبل عدة سنوات ، تلقيت إجابات أكثر قتامة.

غواصة علوم الكمبيوتر في سهول علم الأحياء