БИОИНФОРМАТИКА: НАУКА И ПРАКТИКА

В Ереване прошел международный научный форум, организованный Фондом содействия науке и технологиям. Основателями этого фонда стали несколько предпринимателей-армян, в их числе Нубар АХЕЯН и Рубен ВАРТАНЯН. Мероприятие было прекрасно организовано. Тематика форума - биология, биотехнологии и машинное обучение, искусственный интеллект, которые входят в число наиболее перспективных областей научных исследований в Армении. Этими исследованиями уже не первый год успешно занимаются в Институте молекулярной биологии НАН РА.

В СВОИХ ВЫСТУПЛЕНИЯХ УЧАСТНИКИ ФОРУМА ОТМЕТИЛИ ВЗАИМОСВЯЗЬ таких областей, как машинное обучение и биология, на стыке которых развивается биоинформатика, особенно важное направление для такой страны, как Армения, поскольку оно не требует особых финансовых затрат, но при этом позволяет получать серьезные научные результаты, публиковать их в авторитетных международных изданиях и налаживать широкую сеть сотрудничества. В Институте молекулярной биологии это направление – одно из традиционных. Здесь действуют три лаборатории, которые занимаются разными аспектами биоинформатики.

Так, например, лаборатория этногеномики, которой руководит профессор Левон ЕПИСКОПОСЯН, использует методы биоинформатики для изучения генетической истории армянского народа. Привлекая технические возможности зарубежных партнеров для анализа полученных данных, сотрудники лаборатории смогли доказать генетическую преемственность современных армян (на основе наследуемых по материнской линии характеристик митохондриальной ДНК) от древнего населения Армянского нагорья на протяжении по меньшей мере последних 8 тысяч лет. Следует особо отметить, что этот вывод был сделан на основе результатов генетического анализа как современной, так и древней ДНК, полученной из костного материала захоронений эпохи неолита, бронзы, железа, античности и средневековья.

Сегодня исследования в этом направлении продолжаются уже на материале полногеномных последовательностей как современной, так и древней ДНК. Такого рода данные позволяют получить ответы на ряд фундаментальных вопросов о происхождении армян, что представлялось невозможным в рамках классических дисциплин арменоведения – истории, археологии и лингвистики. В частности, сотрудникам Института молекулярной биологии вместе с зарубежными коллегами удалось доказать автохтонное происхождение армян на территории Армянского нагорья. Тем самым на основе объективных данных, результаты анализа которых возможно воспроизвести в любой лаборатории мира, опровергнуто широко распространенное на протяжении более двух тысячелетий утверждение древнегреческого историка Геродота о балканском происхождении армян.

ДРУГАЯ ЛАБОРАТОРИЯ, КОТОРОЙ РУКОВОДИТ ПРОФЕССОР КАРЕН НАЗАРЯН, занимается компьютерным моделированием биохимических процессов. Это другая область биоинформатики, позволяющая моделировать взаимодействие различных белков в зависимости от их структуры. Проводимые исследования позволяют понять, как мутации могут влиять на структуру белка и как это связано с развитием различных заболеваний. В сфере интересов исследователей  очень распространенная в Армении периодическая болезнь, или средиземноморская семейная лихорадка. И хотя уже более двадцати лет ученые располагают информацией о мутациях определенного гена, контролирующего синтез определенного белка, механизм развития этой патологии пока понятен не полностью.

Это наследственное заболевание преимущественно распространено у народов Средиземноморского бассейна – армян, арабов, евреев и турок. Армяне характеризуются очень высоким процентом носительства ряда мутаций, ответственных за проявление этой болезни. Используя методы структурной биоинформатики и компьютерного моделирования, ученые пытаются понять, каким образом те или иные мутации приводят к развитию заболевания, и найти наиболее эффективные и безвредные лекарственные средства для лечения. Важная проблема практической медицины состоит в том, что используемые сегодня для лечения периодической болезни препараты очень токсичные и оказывают на организм примерно такое же действие, как и химиотерапия.

Естественно возникает вопрос: можно ли блокировать ген, который содержит мутации? Но эти исследования, которые ведутся по ряду других заболеваний, в отношении периодической болезни пока не проводятся. В то же время уже имеются методы, позволяющие вырезать мутированный участок гена и заменить его здоровым, но проблема состоит в том, что эти манипуляции должны проводиться на уровне эмбриона. И здесь возникают серьезные этические проблемы, поскольку возможные последствия этих действий до конца не просчитаны. Поэтому о практическом применении этого метода говорить пока рано. Ведутся клинические испытания и по опухолевым заболеваниям, но пока одобренного специалистами метода лечения нет.

Примером того, как биоинформатика может помочь прикладной науке, стала совместная работа лаборатории компьютерного моделирования биологических процессов и группы исследования антивирусных механизмов Института молекулярной биологии НАН РА. Ведутся исследования и разработка лекарственных препаратов для лечения африканской чумы свиней. Это заболевание является серьезной экономической проблемой. В настоящее время сильнейшая эпидемия африканской чумы разразилась в Китае, затронуты и некоторые регионы России, граничащие с Китаем. Предложить эффективные методы профилактики и лечения этого заболевания пока никому в мире не удалось. Поэтому меры, принимаемые в случае эпидемии африканской чумы, ограничиваются карантином и уничтожением всего поголовья свиней.

РАЗРАБОТКОЙ ВАКЦИНЫ ПРОТИВ ЭТОГО ЗАБОЛЕВАНИЯ ЗАРУБЕЖНЫЕ ученые безуспешно занимались с 60-х годов прошлого века, поэтому современная наука пошла в другом направлении. Ученые пытаются найти активные природные и синтетические соединения, позволяющие ингибировать проникновение вируса в клетку, его размножение в клетке и выход. Уже обнаружено 5-6 перспективных соединений, однако, чтобы понять, как работают механизмы, ученые обратились к компьютерному моделированию. Его результаты показали, что эти соединения блокируют важные для развития патогенного агента гены и белки, что позволяет подавлять активность вируса и приблизиться к разработке лекарственных препаратов. А пока нигде в мире таких препаратов нет, хотя этими исследованиями занимаются в нескольких зарубежных исследовательских центрах. Действующие в Институте молекулярной биологии НАН РА лаборатория вирусологии и группа антивирусных механизмов, которой руководит Оваким ЗАХАРЯН, являются одними из лидеров этого направления в мире.

Исследования с использованием возможностей биоинформатики непосредственно связаны с практической медициной. Ученые пытаются найти генетические маркеры, позволяющие не только правильно диагностировать онкологические, аутоиммунные заболевания и инсульты, но и определить степень риска их развития, найти эффективные методы лечения. Биоинформатическому анализу подвергаются полногеномные данные, разрабатываются специальные пакеты прикладных программ для решения конкретных задач биомедицины. Так, одна из созданных в институте программ помогает с большой точностью измерить длину теломера хромосомы, что уже активно используется во всем мире.

Эта разработка позволила наладить сотрудничество с ведущими мировыми исследовательскими центрами, в том числе с Гарвардским университетом. При этом в самом Институте молекулярной биологии НАН РА практически не ставят экспериментов. Дело в том, что сегодня в мире накоплено такое количество данных, что более важным этапом научных исследований стали их обработка и определение областей научного и практического использования. Именно поэтому Институт молекулярной биологии планирует мобилизовать все имеющиеся финансовые и профессиональные ресурсы для развития биоинформатики, которая, в отличие от других областей науки, не требует серьезных вложений, а полученные результаты определяются алгоритмическим мышлением, знанием языка и компьютера.