Ростов-на-Дону, 22 декабря. DON24. Приход в биологию специалистов с математическим образованием выводит науку на новый уровень. Работа математика Дмитрия Романова, младшего научного сотрудника Академии биологии, связана с поиском новых регуляторных последовательностей генов, с поиском ответов на вопрос, как изменения в ДНК отражаются на работе клетки и организма. Теоретическая работа приводит к практическим результатам.

Досье. Романов Дмитрий Евгеньевич родился в Ростове-на-Дону в 1986 году.
В 2003 году окончил Лицей № 1 при тогда еще РГУ, где учился в естественнонаучном классе. В этом же году поступил на мехмат РГУ по специальности «Прикладная математика». Окончив в 2009 году магистратуру мехмата, поступил в аспирантуру этого же факультета, по прошествии двух лет перевелся в аспирантуру НИИ нейрокибернетики им. А.Б. Когана. Поступив и закончив магистратуру факультета биологии ЮФУ с отличием в 2013 году, продолжил обучение в аспирантуре Академии биологии и биотехнологии ЮФУ (так стал называться факультет, объединившись с двумя НИИ. – Прим. «Молота») по специальности «Генетика», где сейчас занимает должность младшего научного сотрудника.

– 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.

– Какие задачи сегодня стоят перед вами?

– 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. «Молота»), влияет на изменение фенотипа, то есть на то, как выглядит живой организм. К примеру, у нас с вами есть ген гормона роста, который есть 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 человек, сколько ни мори его голодом, ростом с мышь 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. «Молота»), 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, врач сможет выдавать рекомендации будущей маме.

– Какие-нибудь предварительные итоги вашей работы уже есть?

– 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.

– Проблем много. Время-то хватает везде успевать?

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