☠️ ✊🏽 ✊🏾 U-Boot der Informatik in den Steppen der Biologie 🍞 🏹 🙇

Die Bioinformatik gewinnt schnell an Popularität und entwickelt sich von einem Zufluchtsort für Geeks zu einer bekannten etablierten Disziplin. Ich denke, dass die meisten Leser von Geektimes zuversichtlich sagen können, dass ein Kaninchen nicht nur wertvolles Fell und 3-4 Kilogramm Nahrungsfleisch ist, sondern auch 44 Chromosomen, eine Vielzahl von Proteinen, Transkriptions- und Translationsmechanismen und sonst nichts. Es ist auch unwahrscheinlich, dass ich jemanden überraschen werde, wenn ich sage, dass all dies untersucht und analysiert werden kann, indem man nicht nur in einem weißen Kittel unter einem Mikroskop in einem sterilen Labor steht, sondern auch mit einem Laptop auf einem Sofa liegt und etwas Schottisches mit Eis trinkt. In der Regel gehen sie jedoch nicht über dieses Wissen hinaus. Ich beschloss, dieses ärgerliche Missverständnis zu korrigieren und einen kurzen Ausflug zu machen, wie die Bioinformatik aus praktischer Sicht von innen aussiehtbasierend auf meiner Erfahrung.

In diesem Artikel werde ich die Fragen sammeln, die ich selbst vor drei Jahren gestellt habe, als ich noch Student an der Fakultät für Mathematik war, und ich werde versuchen, sie zu beantworten.

Warum wird Bioinformatik benötigt?

Die Aufgabe der Bioinformatik besteht informell darin, Logik in biologischen Daten zu finden. Diese Daten werden während der Experimente erhalten. Wenn die Daten für einen Biologen wie ein leuchtender Fisch oder ein schöner mehrfarbiger Fleck auf einem Foto aussehen können, werden die Daten für die Bioinformatik wie folgt dargestellt:

Strings (Sequenzen von Zeichen, die DNA / RNA / Proteine beschreiben);
dreidimensionale und zweidimensionale Koordinaten (Mikroskopiedaten);
Anordnungen von reellen Zahlen (zum Beispiel kann jede Zahl eine experimentell gemessene Masse eines Proteins oder eines Teils davon sein);
Vektoren nicht negativer Ganzzahlen (zum Beispiel die Abdeckungstiefe mit diskreten Objekten, die sogenannten Lesevorgänge );
Matrizen von Nullen und Einsen (können zum Beispiel verschiedene Arten von Bakterien miteinander auskommen);

Und viele andere mögliche Darstellungen realer biologischer Phänomene unter Verwendung mathematischer Objekte.

Haben Biologen interessantere Daten?

Zweifellos. Aber die Bioinformatik muss am Wochenende nicht ins Labor (Zellkulturen wissen beispielsweise nichts über das Wochenende und neigen dazu, ohne Sorgfalt zu sterben). Und die Forschung in der Biologie dauert oft Jahre (abhängig von den Eigenschaften der Modellorganismen), während in der Bioinformatik der Fortschritt hauptsächlich von der Fähigkeit abhängt, algorithmische Probleme zu lösen und „intelligenten“ Code zu schreiben. Nun, die Möglichkeit der Fernarbeit von überall auf der Welt ist auch ein klares Plus für die Bioinformatik.

Wie viel Bio steckt in der Bioinformatik und wie viel in der Informatik?

Es kommt sehr auf das jeweilige Forschungszentrum und die Forschungsgruppe an. Sie müssen die Biologie auf einem Mindestniveau verstehen - niemand wird Sie bei einem wissenschaftlichen Projekt auf das Niveau eines Schulmathematikproblems kauen. Sie müssen die Situation selbst anhand Ihres Verständnisses der Biologie modellieren. Ein wirklich tiefes Verständnis wird jedoch nicht erwartet, so dass die Tatsache, dass Sie sich nur an die Stempel und Staubblätter erinnern, kein Hindernis darstellt, wenn Sie sich für diese spezielle Wissenschaft entscheiden. Die wesentlichen Grundlagen der Biologie sind bereits bei der Arbeit an einem bioinformatischen Projekt leicht zu erlernen.

Was für die zukünftige Bioinformatik „aus der Informatik“ wirklich nützlich und notwendig ist, ist ein Wissen über Biotechnologien, dh wie Ihre Daten erhalten wurden und welche Probleme während des Experiments auftreten könnten. Meiner Meinung nach reicht es aus, auf einem molekularbiologischen Kurs zu galoppieren, aber Zeit zu verbringen und die Funktionsprinzipien moderner Geräte, die für Experimente verwendet werden, ernsthaft zu verstehen.

Ich würde der zukünftigen Bioinformatik „aus der Biologie“ im Lernprozess raten, zuerst die Beweise und Beschreibungen von Methoden und Algorithmen zu überspringen und sie als „Black Boxes“ zu studieren, dh in einem rein angewandten Aspekt: „A am Eingang - B am Ausgang“, sonst besteht das Risiko „ ertrinken “in theoretischen Berechnungen für mehrere Jahre. Wenn Sie jedoch die Theorie verpasst und etwas in der Praxis gelernt haben, können Sie leicht zurückkehren und sie mit anderen Augen betrachten.

Aber wenn ich Bioinformatik werde, dann kenne ich Bioinformatik?

Leider gibt es keine. Die Bioinformatik ist in ihrem gegenwärtigen Zustand wie in jeder anderen Wissenschaft eine Menge ziemlich umfangreicher Abschnitte. Wenn wir zum Beispiel mit der Physik vergleichen, ist es ziemlich offensichtlich, dass ein Spezialist für theoretische Mechanik wahrscheinlich Schwierigkeiten hat, die neuesten Artikel über die Quantenphysik zu verstehen, und außerdem wird er höchstwahrscheinlich keine Zeit haben, diese Artikel zu lesen.

Und es gibt viele Abschnitte in der Bioinformatik für jeden Geschmack:

Evolution (nicht nur in Form von „Pithecanthropus first“, sondern auch weniger bekannten Themen wie der Evolution eines Krebstumors)
Suche nach genetischen Optionen, die zu Krankheiten führen
Konstruktion und Auswahl von Arzneimitteln, die an bestimmte Arten von „für den Körper gefährlichen“ Proteinen binden
Das Studium der Genfunktionen, ihre Annotation
Strukturelle Bioinformatik (Manipulationen mit 2D- und 3D-Strukturen wie beispielsweise Proteinen oder RNA)
Genomassemblierung
Erstellen von Karten darüber, wie all dieses Durcheinander von Proteinen / RNA / DNA / Fett / klugen Gedanken / Fitnessstudio / Kreml-Diät und anderen Dingen aufeinander reagiert (so etwas wie in diesem Video , aber noch interessanter und komplizierter)
Modellierung komplexer Systeme (wie die Entwicklung eines Organismus aus einem Embryo)
Neurobiologie (oder vielmehr Analyse von Daten, die von Neurobiologen erhalten wurden);

und vieles mehr (vergib mir die Bioinformatik, deren Bereich ich vergessen habe zu erwähnen).

Die letzten drei Punkte beziehen sich oft auf die Systembiologie, aber diese Wissenschaften, wie sie sagen, "an der Kreuzung", und Sie können mit minimalem Aufwand hin und her springen.

Ist es sinnvoll, Bioinformatik als Ihren Beruf zu wählen?

Um diese Frage zu beantworten, ordnen Sie die folgenden Merkmale entsprechend dem für Sie bedeutenden Grad an (weisen Sie dem wichtigsten Merkmal Rang 6 zu, dem am wenigsten wichtigen 1) und fassen Sie sie dann mit dem angegebenen Zeichen zusammen.

+ Ich wollte immer Wissenschaftler werden und das Gefühl haben, einen gewissen Beitrag zur Zukunft der Menschheit zu leisten.
+ Ich interessiere mich für Biowissenschaften, ich möchte jeden Tag etwas Neues über Biologie lernen können, aber mein Studium an der Universität hatte nichts mit Biologie zu tun - oder - ich bin Biologe, aber ich bin müde von monotonen technischen Manipulationen mit Pipetten und ich möchte mehr Verstehe, welche Art von Daten ich erhalten habe und kann mit ihnen arbeiten.
+ Bioinformatik ist für mich als Teilbereich der Informatik interessant. Es scheint mir, dass es viele Aufgaben gibt, über die Sie nachdenken müssen.
- Ich möchte gleich nach dem Abschluss der Universität ein hohes Gehalt bekommen.
- Ich möchte ständig in einem weißen Kittel laufen, wie ein echter Wissenschaftler.
- Ich denke gerne über Aufgaben nach und lese interessante Artikel über Biologie, aber ich programmiere nicht gern.

Wenn Sie ein Ergebnis unter 0 erhalten, sollten Sie auf keinen Fall in die Bioinformatik einsteigen. Haben Sie Schmerzen, weil dieser Test locker und vielseitig ist, aber verstehen Sie seine Idee und mögen Sie ihn sogar? Fügen Sie sich +3 Punkte zum Ergebnis hinzu.

Wie sieht eine Karriereleiter für Bioinformatik aus?

„Wenn du wirklich willst, kannst du in den Weltraum fliegen.“ Wenn du jedoch 2 Meter groß und 150 kg schwer bist, wirst du wahrscheinlich nicht in den Kosmonauten-Trupp aufgenommen. Aber was ist mit Bioinformatik?

Grundbildung

Karriere wird mit höherer Bildung gelegt. Das Grundstudium kann alles andere als nicht humanitär sein. Wirtschaft, Physik, Chemie, Mathematik, ganz zu schweigen von Informatik und Biologie.

Die günstigste Wahl für ein Masterstudium ist entweder ein Masterstudiengang in Bioinformatik oder eine „Ergänzung“ Ihres Bachelor-Studiengangs, damit Sie nach diesen beiden Schritten etwas Biologisches und etwas Rechnerisches haben. Es ist wahr, dass es keine leichte Aufgabe ist, sich in eine Magistratur mit einem völlig anderen Profil einzuschreiben.

Was die Möglichkeit betrifft, die erste Stufe der Hochschulbildung (Bachelor / Spezialist) sofort mit einer Spezialisierung auf Bioinformatik zu erreichen, ist meine Einstellung dazu nicht eindeutig.

Bioinformatik sollte eine bewusste Entscheidung sein, und eine solche Entscheidung nach der Schule zu treffen, scheint ziemlich schwierig zu sein. Wenn Sie jedoch sicher sind, dass dies Ihre Berufung ist, warum dann nicht? Ich bin jedoch mehr beeindruckt von dem Ansatz, „eine allgemeine Ausbildung zu erhalten und dann eine Spezialisierung zu wählen“, anstatt sofort in eine enge Richtung zu arbeiten. Ich bin mir nicht sicher, ob es möglich ist, nach 4 bis 6 Jahren Ausbildung einen Spezialisten mit einem anderen Profil einfach umzuschulen, aber es gibt Beispiele für eine erfolgreiche Razbiofinformatisierung.

Zusätzliche Ausbildung

Viele Online-Kurse (Stepic.org Russisch, Stepse.org Russisch, Coursera, edX usw.) wurden bereits erstellt, um sich mit Bioinformatik vertraut zu machen. Unter den Online-Kursen gibt es einige sehr nützliche (ich würde einen Kurs von UCSD über Algorithmen in Bioinformatik und einen Kurs über Evolution von der Duke University empfehlen), melden Sie sich an, gehen Sie durch, wenn es langweilig oder schwierig wird - Sie werden dieses Geschäft ruhig beenden, ohne Zeit oder Zeit zu investieren deine Nerven. In der Tat ist es für ein Vollzeit-Training anständig, motiviert zu sein - im übertragenen Sinne in einem dreiteiligen Anzug mit einem Blumenstrauß in den Händen und einer Nelke im Knopfloch -, damit die Bioinformatik sofort versteht, dass diese Beziehungen für Sie ernst sind.

Zusätzliche Ausbildung ist eine wunderbare Sache, die praktisch die gleichen Vorteile hat - Unterricht an Wochenenden oder Abenden (beeinträchtigt nicht das Grundstudium oder die Arbeit), ein begeistertes Team und oft sogar keine Studiengebühren. Aber - die Auswahl für solche Programme ist ziemlich schwierig, die Kurse sind umfangreich und das Tempo ist schnell. Wenn Sie nur verstehen möchten, ob Sie sich weiter mit Bioinformatik beschäftigen möchten, ist es daher besser, dies vorher zu tun - Online-Kurse zu besuchen, mit Fachleuten zu sprechen, etwas Populärwissenschaftliches zu lesen (von dem, was ich persönlich kenne) - ein Artikel über Habrahabr , ein Artikel über Geektimes , eine Rezension über „ Wenn ich zur Bioinformatik gegangen bin, lass sie mich unterrichten“ über das Biomolekül).

Soweit ich weiß, gibt es in Russland zwei zusätzliche Programme - inInstitut für Bioinformatik (IB) in St. Petersburg und in der Hauptstadt - Moskauer Schule für Bioinformatik (MBS) . Meiner Meinung nach entsprechen sie in Bezug auf den Wissensstand in der Fachrichtung in etwa der Magistratur, aber nur "ein seltener Vogel wird die Mitte des Dnjepr erreichen" - viele Schüler fallen nach dem Besuch eines Dutzend Klassen ab - oh, es ist nicht einfach, das Nilpferd zu sammeln.

Ich selbst habe das Institut für Bioinformatik im Rahmen des Masterstudiengangs an der Akademischen Universität (SPbAU) abgeschlossen.Ich werde Ihnen also mehr über IS erzählen (ich weiß nichts über MBSB, nachdem sie sich von Yandex getrennt haben). Das Programm dauert ein Jahr, Unterricht samstags. Ich mochte fast alle Seminare und Vorträge, aber der bemerkenswerteste Teil der Ausbildung sind wissenschaftliche Projekte. Dort gibt es wissenschaftliche Berater aus führenden wissenschaftlichen Zentren Russlands und des tückischen Auslandes. Theoretisch sollten Projekte in erster Linie pädagogisch sein, aber meistens ist dies eine echte Wissenschaft. Es gab eine glorreiche Zeit: schlaflose Nächte voller arabischer Märchen „1000 und 1 Schrift“ (tatsächlich waren die Geschichten zunächst hinduistisch), heftige Verteidigung von Projekten und ein Gefühl der Beteiligung an der Frontlinie, aus der wissenschaftliche Artikel stammen, deren Übersetzungen oft vorkommen Treffen bei Geektimes. Oh, übrigens gibt es dort ein Buffet. Und das Set geht jetzt dorthin. Der Vor- und Nachteil der Informationssicherheit ist gleichzeitig das Fehlen grundlegender Disziplinen - nur Bioinformatik und sonst nichts.

Wenn Sie mehr Fächer und eine Grundausbildung wünschen, können Inhaber eines technischen Bachelor- / Fachdiploms wie ich sofort ein zweijähriges Masterstudium in algorithmischer Bioinformatik absolvieren . Das Zulassungsverfahren ist Standard: Online-Bewerbungen bis zum Hochsommer, dann ein Vorstellungsgespräch. Die Annahme von Bewerbungen für 2016/18 ist bereits offen . Für Biologen ist es jedoch völlig sinnlos, dorthin zu gehen.

Um die Geschichte zu vervollständigen, musste ich mein Agentennetzwerk verwenden. Am Vorabend der Veröffentlichung verletzte einer der Späher schließlich den Funkstille-Modus und übergab dem Hauptquartier ein Radiogramm über die MBS. Die wichtigsten Punkte in der entschlüsselten Nachricht über den Lernprozess am MBS waren: a) die Möglichkeit, ein offizielles Diplom von der HSE zu erhalten; b) die Existenz grundlegender Disziplinen wie Matan (meiner Meinung nach ist dies ein Spott, aber Matan ist dann nützlich, wenn es den Geist in Ordnung bringt); c) Forschungsprojekte werden unter Anleitung führender Bioinformatik in Moskau durchgeführt; d) Aufgrund der Fülle an Hausaufgaben müssen sich die Schüler in Herden verirren und gemeinsam über Probleme nachdenken. e) Die Schüler quietschen jedoch vor Freude und fordern mehr Bioinformatik. Die Rekrutierung bei der MBS beginnt im Mai.

Sommerschulen

Eine andere Art der Weiterbildung. Soweit ich weiß: Für Schüler gibt es eine Schule für Molekulare und Theoretische Biologie (mehr in Biologie, aber für die zukünftige Bioinformatik sind die Vorteile zweifellos), für Studenten und „Anfänger“ - die Summer School des Instituts für Bioinformatik (LSB) der ausländischen Research Summer School in Statistical Omics (RSSSO). Wenn ich nur kurz über die Schulen spreche, die ich besucht habe - LSS ist ideal für eine kurze intensive Einführung in die Bioinformatik. RSSSO ist für diejenigen gedacht, die bereits verstehen, was Computerbiologie ist und ihre statistische Basis „überpumpen“ möchten. Bei LSB / RSSSO kann / sollte man an interessanten wissenschaftlichen Projekten teilnehmen, bei denen man sich für kurze Zeit wie ein echter wissenschaftlicher Mitarbeiter fühlen kann. Es ist auch eine großartige Möglichkeit, im Sommer Spaß in guter Gesellschaft zu haben. LSB findet abwechselnd in Moskau und St. Petersburg, RSSSO, statt - in Kroatien, der Stadt Split. SHMTB wird in Barcelona sein.

Karriere Bioinformatik

Dann beginnt die Karriere - nach dem Masterstudiengang können Sie einen Job als Bioinformatik-Spezialist bekommen (ja, ja, ich höre empörte Stimmen, es ist nach dem Bachelor-Abschluss, nach der Schule und nach dem Kindergarten möglich, aber lassen Sie uns zustimmen, dass der Abschluss der beste ist viele Parameter Bezugspunkt). Dies kann sowohl in Russland (die Datenbank der offenen Stellen wird auf der Website blastim.ru gesammelt) als auch im Ausland erfolgen. Die zweite Möglichkeit besteht darin, einen Doktortitel oder einen Doktortitel zu erhalten. Die Suche nach einer Graduiertenschule (in fast jedem Land - sogar in Russland, sogar in Costa Rica) ist ganz einfach, vorausgesetzt, Sie sind ein guter Spezialist. Noten in einem Diplom spielen eine Rolle, aber keine bestimmende. Was ist besser - im Ausland oder zu Hause? Setzen Sie diese Frage aus. Vielleicht entscheiden Sie sich bereits, wenn Sie reif für die Zulassung zur Graduiertenschule sind.Wie auch immer, während des Aufbaustudiums werden Sie wahrscheinlich mehrere Monate lang ein oder mehrere Male in einem anderen Land praktizieren.

Nach der Promotion Es gibt bereits drei Möglichkeiten:

Die erste besteht darin, zu verstehen, dass das Leben verderblich ist, die Wissenschaft ganz zu verlassen und dem autonomen Okrug von Yamalo-Nenets die Möglichkeit zu geben, Hirsche zu züchten. Wir werden uns nicht mit dieser Option befassen, da sie nicht mehr mit dem Thema des Artikels zusammenhängt (aber ich würde Ihnen raten, sich vor Wölfen und nicht vor Wuthirschen zu hüten, deren Hörner ziemlich gefährlich aussehen).

Die zweite Möglichkeit besteht darin, Ihre akademische Karriere fortzusetzen, und die dritte- in die Branche einsteigen (viele Unternehmen suchen jetzt Spezialisten mit dem entsprechenden Profil). Eine akademische Karriere beinhaltet mehrere Praktika, die in Kurzform als Postdoc bezeichnet werden. Die Gehälter von Post-Docs sind um ein Vielfaches höher als die von Doktoranden, aber in der Regel niedriger als die Gehälter der Spezialisten, die in die Branche einsteigen. Finden Sie einen Job in der Branche, nachdem Sie einen Ph.D. und (optional) mehrere Post-Docs sind viel einfacher. Dann können Sie eine feste Stelle als Forscher bekommen oder versuchen, ein eigenes Labor zu schaffen und es zu leiten. Dies ist eine komplizierte Angelegenheit, und ehrlich gesagt weiß ich nichts darüber, was "jenseits des Postdocs" passiert.

Anstelle einer Schlussfolgerung

Ich werde Ihre Fragen in den Kommentaren zu diesem Artikel weiterhin beantworten. Wenn Interesse daran besteht, kann ich Ihnen in einem separaten Artikel mitteilen, was ich tue (die Zusammenhänge zwischen genetischer und epigenetischer Variabilität und Krankheiten untersuchen).

Über den Autor: Spezialist, Mechmath der Moskauer Staatlichen Universität, 2013; Master (Bioinformatik), MIIT SPbAU, 2015; Derzeit ist er Doktorand bei CRG, Barcelona, der Gruppe Genomic and Epigenomic Variation in Disease.

Ich hoffe, dieser Text war für Sie informativ.

PS Vor dem Versenden dieses Artikels haben Kollegen gelesen und festgestellt, dass er zu pessimistisch geschrieben wurde. Ich wage es, den Lesern zu versichern, dass ich, als ich diese Fragen vor einigen Jahren stellte, viel dunklere Antworten erhalten habe.

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