🎗️ 👩🏿‍🔧 🌓 Submarino de ciência da computação nas estepes da biologia ✊ 🧓🏿 🥪

A bioinformática está rapidamente ganhando popularidade e está se transformando de um refúgio para geeks em uma disciplina bem conhecida. Eu acho que a maioria dos leitores do Geektimes pode dizer com confiança que um coelho não é apenas um pêlo valioso e 3-4 kg de carne na dieta, mas também 44 cromossomos, uma grande variedade de proteínas, mecanismos de transcrição e tradução e nada mais. Também é improvável que surpreenda alguém se disser que tudo isso pode ser estudado e analisado, não apenas em um jaleco branco sob um microscópio em um laboratório estéril, mas também deitado em um sofá com um laptop, bebendo algo escocês com gelo. No entanto, eles geralmente não vão além desse conhecimento. Decidi tentar corrigir esse mal-entendido irritante e fazer uma pequena excursão sobre como a bioinformática se parece do lado de dentro de um ponto de vista práticocom base na minha experiência.

Neste artigo, reunirei as perguntas que eu mesmo fiz três anos atrás, quando ainda era estudante na Faculdade de Matemática, e tentarei respondê-las.

Por que a bioinformática é necessária?

A tarefa da bioinformática, informalmente, é encontrar lógica nos dados biológicos. Esses dados são obtidos durante as experiências e, para o biólogo, os dados podem parecer um peixe luminoso ou um belo local multicolorido na fotografia, para a bioinformática, os dados são apresentados como:

cadeias (sequências de caracteres que descrevem DNA / RNA / proteínas);
coordenadas tridimensionais e bidimensionais (dados de microscopia);
matrizes de números reais (por exemplo, cada número pode ser uma massa experimentalmente medida de proteína ou parte dela);
vetores de números inteiros não negativos (por exemplo, a profundidade da cobertura com objetos discretos, as chamadas leituras );
matrizes de zeros e uns (por exemplo, tipos diferentes de bactérias podem se dar bem);

E muitas outras representações possíveis de fenômenos biológicos reais usando objetos matemáticos.

Os biólogos têm dados mais interessantes?

Sem dúvida. Mas a bioinformática não precisa ir ao laboratório nos finais de semana (as culturas celulares, por exemplo, não sabem sobre o fim de semana e tendem a morrer sem o devido cuidado). E a pesquisa em biologia geralmente dura anos (dependendo das propriedades dos organismos modelo), enquanto na bioinformática, o progresso depende principalmente da capacidade de resolver problemas algorítmicos e escrever código "inteligente". Bem, a possibilidade de trabalho remoto de qualquer lugar do mundo também é uma vantagem definitiva a favor da bioinformática.

Quanta bio existe em bioinformática e quanto é informática?

Depende muito do centro de pesquisa e do grupo de pesquisa específicos. Você precisa entender a biologia em um nível mínimo - ninguém irá elaborar um projeto científico para o nível de um problema de matemática da escola. Você mesmo terá que modelar a situação com base no seu entendimento da biologia. No entanto, não se espera uma compreensão realmente profunda, portanto o fato de você se lembrar apenas dos pistilos e estames não será um obstáculo se você decidir lidar com essa ciência em particular. Os fundamentos essenciais da biologia são fáceis de aprender já no processo de trabalhar em um projeto de bioinformática.

O que é realmente útil e necessário para a futura bioinformática “da informática” é o conhecimento de biotecnologias, ou seja, como seus dados foram obtidos, quais problemas podem surgir durante o experimento. Na minha opinião, basta galopar por algum curso de biologia molecular, mas dedique algum tempo e compreenda seriamente os princípios de operação de dispositivos modernos usados para experimentos.

Eu aconselharia a bioinformática futura "da biologia" no processo de aprendizado a pular primeiro as provas e descrições de métodos e algoritmos e estudá-las como "caixas pretas", ou seja, em um aspecto puramente aplicado: "A na entrada - B na saída", caso contrário, há um risco " afogar ”em cálculos teóricos por vários anos. No entanto, depois de ter perdido a teoria e ter aprendido algo na prática, será fácil retornar e vê-la com olhos diferentes.

Mas se eu me tornar bioinformática, então saberei bioinformática?

Infelizmente não. A bioinformática em seu estado atual é composta por muitas seções bastante volumosas, como em qualquer outra ciência. Se compararmos, por exemplo, com a física, é bastante óbvio que é provável que um especialista em mecânica teórica experimente certas dificuldades em entender os artigos mais recentes sobre física quântica e, além disso, ele provavelmente não terá tempo para ler esses artigos.

E há muitas seções em bioinformática para todos os gostos:

Evolução (não apenas na forma de "pitecantropo primeiro", mas também em questões menos conhecidas, como a evolução que ocorre em um tumor cancerígeno)
Procure opções genéticas que levem a doenças
Construção e seleção de medicamentos que se ligam a certos tipos de proteínas "perigosas para o corpo"
O estudo das funções dos genes, sua anotação
Bioinformática estrutural (manipulações com estruturas 2D e 3D, como, por exemplo, proteínas ou RNA)
Montagem do genoma
Construindo mapas de como toda essa bagunça de proteínas / RNA / DNA / gordura / pensamentos inteligentes / aulas de ginástica / a dieta do Kremlin e outros reagem entre si (algo como neste vídeo , mas ainda mais interessante e complicado)
Modelagem de sistemas complexos (como o desenvolvimento de um organismo a partir de um embrião)
Neurobiologia (ou melhor, análise de dados obtidos por neurobiologistas);

e muito mais (perdoe-me bioinformática, cuja área eu esqueci de mencionar).

Os três últimos pontos são frequentemente referidos como biologia de sistemas, mas essas ciências, como se costuma dizer, "na junção", e você pode ir e voltar com um esforço mínimo.

Faz sentido escolher a bioinformática como sua profissão?

Para responder a essa pergunta, distribua as seguintes características de acordo com o grau de significância para você (atribua a classificação 6 à característica mais importante, 1 à menos importante) e depois resuma com o sinal indicado.

+ Eu sempre quis ser um cientista e sinto que estou dando uma certa contribuição para o futuro da humanidade.
+ Estou interessado em ciências da vida, gostaria de poder aprender algo novo sobre biologia todos os dias, mas meus estudos na universidade não estavam relacionados à biologia - ou - sou biólogo, mas estou cansado de manipulações técnicas monótonas com pipetas e quero mais entender que tipo de dados eu recebi e poder trabalhar com eles.
+ A bioinformática é interessante para mim como uma subseção da ciência da computação, parece-me que há muitas tarefas nas quais você precisa pensar.
- Quero receber um grande salário logo após me formar na universidade.
- Gostaria de andar constantemente com um jaleco branco, como um cientista de verdade.
- Gosto de pensar em tarefas e ler artigos interessantes sobre biologia, mas não gosto de programação.

Se você obtiver um resultado menor que 0, definitivamente não deve entrar em bioinformática. Você sente dor pelo quão frouxo e versátil esse teste é, mas você entende a ideia e até gosta? Adicione-se +3 pontos ao resultado.

Como é uma carreira para a bioinformática?

“Se você realmente quiser, pode voar para o espaço”, no entanto, se você tem 2 metros de altura e pesa 150 kg, é improvável que seja levado para a equipe de cosmonautas. Mas e a bioinformática?

Educação primária

A carreira é estabelecida com o ensino superior. Os estudos de graduação podem ser tudo menos humanitários. Economia, física, química, matemática, para não mencionar ciência da computação e biologia.

A escolha mais favorável para um programa de mestrado é um programa de mestrado em bioinformática ou uma "adição" ao seu programa de graduação, para que você tenha algo biológico e algo computacional após essas duas etapas. É verdade que entrar em uma magistratura com um perfil completamente diferente não é uma tarefa fácil.

Quanto à possibilidade de obter a primeira etapa do ensino superior (bacharel / especialista) imediatamente com especialização em bioinformática - minha atitude em relação a isso é ambígua.

A bioinformática deve ser uma escolha consciente, e fazer essa escolha depois da escola parece bastante difícil, mas se você tiver certeza de que esse é o seu chamado, por que não? Mas estou mais impressionado com a abordagem de "obter uma educação geral e depois escolher uma especialização", em vez de começar imediatamente a trabalhar em uma direção estreita. Não tenho certeza sobre a possibilidade de reciclagem fácil em um especialista com um perfil diferente após 4-6 anos de treinamento, mas há exemplos de sucesso da razbiofinformatização.

Educação adicional

Muitos cursos online (Stepic.org Russian, Stepse.org Russian, Coursera, edX, etc.) já foram criados para uma familiarização com a bioinformática. Entre os cursos on-line, existem alguns muito úteis (eu recomendaria um curso da UCSD sobre algoritmos em bioinformática e um curso sobre evolução da Universidade de Duke), inscreva-se e passe se for chato ou difícil - você sairá dessa empresa com calma, sem perder tempo ou ninguém seus nervos. De fato, para a educação em tempo integral, é decente ficar motivado - figurativamente falando, em um terno de três peças, com um buquê nas mãos e um cravo na botoeira - para que a bioinformática entenda imediatamente que esse relacionamento é sério para você.

A educação adicional é uma coisa maravilhosa, que tem praticamente as mesmas vantagens - aulas nos finais de semana ou à noite (não interfere nos estudos básicos ou no trabalho), uma equipe entusiasmada e muitas vezes nem taxas de matrícula. Mas - a seleção para esses programas é bastante difícil, os cursos são volumosos e o ritmo é rápido. É por isso que, se você apenas quer entender se deseja se envolver mais em bioinformática, é melhor fazer isso antes - veja cursos on-line, converse com pessoas da profissão, leia algo de ciência popular (pelo que as pessoas que eu conheço pessoalmente escreveram) - um artigo sobre Habrahabr , um artigo sobre Geektimes , uma revisão de “ Se eu fui para bioinformática, deixe-me ensinar” na Biomolécula).

Até onde eu sei, na Rússia existem dois programas adicionais - emInstituto de Bioinformática (IB) em São Petersburgo e na capital - Moscow School of Bioinformtics (MBS) . Na minha opinião, eles são aproximadamente iguais à magistratura no nível de conhecimento adquirido na especialidade, mas apenas "um pássaro raro chegará ao meio do rio Dnieper" - muitos estudantes caem depois de assistir a uma dúzia de aulas - oh, não é fácil coletar o hipopótamo.

Eu próprio me formei no Instituto de Bioinformática como parte do programa de mestrado da Universidade Acadêmica (SPbAU), então, vou falar mais sobre o SI (não sei nada sobre o MBSB depois que eles se separaram do Yandex). O programa dura um ano, aulas aos sábados. Gostei de quase todos os seminários e palestras, mas a parte mais notável do treinamento são projetos científicos. Os conselheiros científicos existem dos principais centros científicos da Rússia e de países estrangeiros traiçoeiros. Em teoria, os projetos devem ser educacionais em primeiro lugar, mas, na maioria das vezes, essa é uma ciência real. Houve um tempo glorioso: noites sem dormir cheias de contos de fadas árabes “1000 e 1 roteiro” (de fato, a princípio, os contos eram hindus), feroz defesa de projetos e um senso de envolvimento na linha de frente da qual os artigos científicos vêm, traduções das quais muitas vezes podem encontro no Geektimes. Ah, a propósito, há um buffet lá. E o set está indo lá agora. Ao mesmo tempo, a vantagem e a desvantagem da segurança da informação é a falta de disciplinas fundamentais - apenas bioinformática e nada mais.

Se você quiser mais disciplinas e treinamento fundamental, os titulares de diplomas de bacharelado / especialista técnico podem, como eu, entrar imediatamente em um programa de mestrado de 2 anos em bioinformática algorítmica . O processo de admissão é padrão: inscrições on-line até meados do verão e, em seguida, uma entrevista. A aceitação de pedidos para 2016/18 já está aberta . Mas é completamente inútil para os biólogos irem até lá.

Para completar a história, tive que usar minha rede de agentes. Na véspera da publicação, um dos batedores finalmente violou o modo de silêncio por rádio e entregou à sede um radiograma sobre o MBS. Os principais pontos da mensagem descriptografada sobre o processo de aprendizagem no MBS foram: a) a possibilidade de obter um diploma oficial do HSE; b) a presença de disciplinas fundamentais como matan (na minha opinião, isso é uma zombaria, mas matan é útil, então, para colocar a mente em ordem); c) os projetos de pesquisa são realizados sob a orientação das principais bioinformáticas de Moscou; d) devido à abundância de trabalhos de casa, os estudantes têm que se desviar dos bandos e pensar em problemas coletivamente; e) os alunos, no entanto, chiam de alegria e pedem mais bioinformática. O recrutamento no MBS começará em maio.

Escolas de verão

Outro tipo de educação continuada. Pelo que sei: para crianças em idade escolar existe uma Escola de Biologia Molecular e Teórica (mais em biologia, mas para a bioinformática futura não há dúvida do benefício), para estudantes e graduados “iniciantes” existe a Escola de Verão do Instituto de Bioinformática (LSB) , do exterior - Research Summer School in Omics Estatístico (RSSSO). Se apenas brevemente sobre as escolas que frequentei - o LSP é ideal para uma breve introdução intensiva à bioinformática, o RSSSO é para aqueles que já entendem o que é biologia computacional e desejam “bombear” sua base estatística. No LSB / RSSSO, você pode / deve participar de projetos científicos interessantes, durante os quais você pode se sentir como um verdadeiro trabalhador científico por um curto período de tempo. Também é uma ótima maneira de se divertir no verão com uma ótima companhia. O LSB é realizado alternadamente em Moscou e São Petersburgo, RSSSO - na Croácia, cidade de Split. SHMTB estará em Barcelona.

Bioinformática de carreira

A carreira começa a seguir - após a graduação, você pode conseguir um emprego como especialista em bioinformática (sim, sim, ouço vozes indignadas, você pode fazê-lo mesmo depois da graduação, depois da escola e depois do jardim de infância, mas vamos concordar que a graduação é a melhor ponto de referência de muitos parâmetros). Isso pode ser feito tanto na Rússia (o banco de dados de vagas é coletado no site blastim.ru) quanto no exterior. A segunda opção é obter um Ph.D. ou Ph.D. Encontrar uma escola de pós-graduação (em quase todos os países - mesmo na Rússia e até na Costa Rica) é bastante simples, desde que você seja um bom especialista. As notas de um diploma desempenham um papel, mas não determinante. O que é melhor - no exterior ou em casa? Suspenda esta pergunta. Talvez, quando você estiver pronto para ingressar na faculdade, você já decida por si mesmo.De qualquer forma, no processo de pós-graduação, é provável que você estagie uma ou mais vezes em outro país por vários meses.

Após o Ph.D. Já existem três opções:

a primeira é entender que a vida é perecível, abandonar completamente a ciência e ir ao Okrug Autônomo de Yamalo-Nenets para criar veados. Não vamos nos debruçar sobre essa opção, já que ela não está mais relacionada ao tópico do artigo (mas eu aconselho você a tomar cuidado com lobos e não com raiva de veados, seus chifres parecem bastante perigosos).

A segunda opção é continuar sua carreira acadêmica e a terceira- entrar no setor (muitas empresas agora estão procurando especialistas com o perfil apropriado). Uma carreira acadêmica envolve o recebimento de vários estágios, chamados, de forma abreviada, de pós-doutorado. Os salários dos pós-docs são várias vezes maiores que os dos estudantes de pós-graduação, mas, via de regra, inferiores aos salários dos especialistas que ingressam no setor. Encontre um emprego na indústria depois de obter um Ph.D. e (opcionalmente) vários pós-documentos são muito mais simples. Então você pode obter uma posição permanente como pesquisador ou tentar criar seu próprio laboratório e liderá-lo. Esse é um assunto complicado e, francamente, não sei nada sobre o que acontece "além do pós-doutorado".

Em vez de uma conclusão

Continuarei respondendo às suas perguntas nos comentários deste artigo. Além disso, se houver interesse nisso, posso falar sobre o que estou fazendo (estudando as ligações entre variabilidade genética e epigenética e doenças) em outro artigo.

Sobre o autor: especialista, mechmath da Moscow State University, 2013; Mestre (Bioinformática), MIIT SPbAU, 2015; atualmente é estudante de graduação no CRG, Barcelona, no grupo Variação Genômica e Epigenômica em Doenças.

Espero que este texto seja informativo para você.

PS Antes de enviar este artigo, os colegas leram e declararam que estava escrito muito pessimista. Atrevo-me a garantir aos leitores que, quando fiz essas perguntas há vários anos, recebi respostas muito mais sombrias.

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