48 घंटों में क्या किया जा सकता है? बायोहैक 2019 जैव सूचना विज्ञान हैकाथॉन विजेता के साथ साक्षात्कार

चौथा जैव सूचना विज्ञान हैकाथॉन बायोहैक 2020 27 मार्च को सेंट पीटर्सबर्ग में शुरू होता है । हैकाथॉन के अस्तित्व के दौरान, विभिन्न देशों के 300 से अधिक युवा विशेषज्ञों ने इसमें भाग लिया और 58 समाधान विकसित किए गए। अग्रणी अनुसंधान संगठनों ने हैकथॉन में काम करने के लिए अपनी परियोजनाएं प्रस्तुत कीं: इंस्टीट्यूट ऑफ फिजियोलॉजी के नाम पर I.P. पावलोवा, इंस्टीट्यूट ऑफ साइटोलॉजी आरएएस, सेंट पीटर्सबर्ग स्टेट यूनिवर्सिटी, फेडरल साइंटिफिक सेंटर फॉर फिजिकल मेडिसिन, जेटब्रेन्स बायोलैब्स, प्रोटीन इंस्टीट्यूट आरएएस, जीनोटेक, एमआईपीटी, आईबिनोम और अन्य।

2019 में, लहसुन टीम ने 150,000 रूबल का मुख्य पुरस्कार लिया। काम करने के लिए आवंटित 48 घंटों के लिए, टीम ने एक उपकरण बनाया जो आपको किसी दिए गए संरचना के जीनोमिक पुनर्व्यवस्था की खोज करने की अनुमति देता है। हमने परियोजना के क्यूरेटर दिमित्री कोननोव से परियोजना के बारे में बात करने के लिए कहा, हैकाथॉन, और सामान्य रूप से जैव सूचना विज्ञान जीवन के बारे में।



- मुझे बताओ, जब आप हैकाथॉन के सदस्य थे उस समय आप क्या कर रहे थे?
- हैकाथॉन में अपनी भागीदारी के समय, मैंने रूस के FMBA के फेडरल साइंटिफिक एंड प्रैक्टिकल सेंटर ऑफ फिजियो-केमिकल मेडिसिन (फेडरल साइंटिफिक एंड क्लिनिकल सेंटर फॉर फिजिको-केमिकल मेडिसिन ऑफ द फेडरल मेडिकल एंड बायोलॉजिकल एजेंसी) में जैव सूचना विज्ञान प्रयोगशाला में काम किया, वहां एक डिप्लोमा लिखा। अब मैं केंद्र में काम करना जारी रखता हूं।

- आपने बायोहैक में भाग लेने का फैसला क्यों किया?
- किसी तरह यह अनायास हुआ। समय सीमा पहले से ही आ रही थी - परियोजनाओं को प्राप्त करने के अंतिम दिनों में से एक पर था, प्रयोगशाला ने मुझसे पूछा कि क्या मैं हैकाथॉन में भाग लेना चाहूंगा: मुझे सिर्फ परियोजना भेजनी थी। मैंने लगभग 15 मिनट में कुछ लिखा और एक अनुरोध भेजा।



- तो यह एक परियोजना थी जो आपने पहले से ही प्रयोगशाला में काम की थी?
- मैं इस पर काम करना चाहता था, मैंने इस पर काम करना शुरू किया, लेकिन यह बहुत अधूरा था। हैकाथॉन में, हम इसे उस स्थिति में ले आए जिसे मैं लाना चाहता था - एल्गोरिथ्म अधिक स्वचालित हो गया है।

- मुझे बताओ कि परियोजना का विचार कैसे आया।
- सामान्य तौर पर, प्रारंभिक विचार मेरा नहीं है, लेकिन अलेक्जेंडर मानोलोव, पीएच.डी. जैव सूचना विज्ञान प्रयोगशालाएं। यह वह व्यक्ति है जो उस समय मेरे डिप्लोमा का प्रमुख था।

यह ज्ञात है कि बैक्टीरिया के जीनोम बहुत प्लास्टिक हैं। उनमें कई घटनाएं हो सकती हैं: जीन का एक जीवाणु से दूसरे में स्थानांतरण, उनके क्रम में परिवर्तन, सम्मिलन और जीनोम के टुकड़ों को हटाना। विचार यह है: 4 जीवाणु जीनोम होने दें। प्रत्येक जीनोम में 5 जीन होते हैं: पहला XYZTF जीनोम, दूसरा XRLAF जीनोम, तीसरा XYKTF जीनोम और चौथा XYLTF। (चित्रा "रेखांकन में पेरेस्त्रोइका")। हमारे उदाहरण में, जीनोम में समान अक्षर समरूप (एक ही कह सकते हैं, एक ही) जीन के अनुरूप हैं। अक्षरों का अनुक्रम जीनोम में जीन के अनुक्रम को दर्शाता है।

हम प्रत्येक जीन को ग्राफ के नोड के रूप में जीनोम के नमूने से परिभाषित करते हैं और उन जीन-नोड्स के बीच किनारों को खींचते हैं जो नमूना के कम से कम एक जीन में क्रमिक रूप से स्थित होते हैं।



इस प्रकार, हम एक ग्राफ प्राप्त करते हैं जिसमें चयनित जीनोम में जीन के विकल्प के सभी संभावित वेरिएंट की जानकारी होती है। और इस ग्राफ संरचना के साथ आप अपने दिल की इच्छाओं को पहले से ही कर सकते हैं।

हमारा पहला काम ग्राफ़िक्स में एक उच्च स्थानीय भागीदारी वाले क्षेत्रों की खोज करना था, जो कि जीनोमिक रीक्रेंजमेंट के तथाकथित गर्म स्थानों में उत्पन्न होते हैं - ऐसे स्थान जहां हमेशा समझ में नहीं आने वाले कारणों के कारण, जीनोम तनाव से तनाव में तीव्रता से बदलता है। हमने नोड जीनोम जटिलता के आसपास के क्षेत्र में उलझने के उपाय को बुलाया। यह मान अनिवार्य रूप से संख्यात्मक रूप से दर्शाता है कि कुछ क्षेत्रों में पेरेस्त्रोइका कितनी बार होता है।

- और उस समस्या का सार क्या है जिसे आपने हैकाथॉन में टीम के साथ हल किया है?
- हैकाथॉन में हम एक कार्य को और अधिक गणितीय रूप से सुंदर या कुछ और लेकर आए।
किसी भी जीनोम पुनर्व्यवस्था, इसे विलोपन (लगभग एक क्रोमोसोम साइट का नुकसान), सम्मिलन या उलटा (लगभग एक क्रोमोसोम साइट के जीन का रिवर्स ऑर्डर), पुनर्व्यवस्थाओं के हमारे बड़े ग्राफ में एक निश्चित टोपोलॉजी के सबग्राफ के गठन की ओर जाता है। और मुझे लगा कि यह अच्छा होगा अगर हम संरचना के अनुरूप विशिष्ट उपग्रहों की तलाश कर सकें जो हमारे लिए ब्याज की पेरेस्त्रोइका के लिए संरचना में हैं। इससे जीनोम में उन बिंदुओं पर कुशलता से अंकुश लगाना संभव हो जाता है जिन पर अक्सर घटनाएँ होती हैं, और विभिन्न प्रजातियों और जीवाणुओं के बीच की आवृत्ति की तुलना करना। यह ज्ञात है, उदाहरण के लिए, जीन के कुछ हिस्से हैं जो आक्रमणों के लिए मना किए जाते हैं, और ऐसे क्षेत्र जहां आक्रमण अक्सर होते हैं।

एक विशुद्ध रूप से मौलिक रुचि जीनोम के साथ आवृत्ति वितरण प्रोफाइल और अन्य प्रकार की व्यवस्थाओं को देखने के लिए थी। यदि हम व्यावहारिक महत्व के बारे में बात करते हैं, तो यह कहानी सीधे जैव प्रौद्योगिकी से संबंधित है: हम सोचते हैं कि, जीनोम के विभिन्न टुकड़ों के आवेषण के लिए संवेदनशीलता को जानते हुए, हम पहले से मान सकते हैं जहां यह अधिक संभावना है कि विदेशी डीएनए का एक यादृच्छिक टुकड़ा डाला जाएगा। लेकिन हमने इसकी जांच नहीं की।

हैकाथॉन से पहले भी, मैंने पेन के साथ कुछ संभाला था, बल्कि एक कुटिल एल्गोरिथ्म लिखा था जो एक विशिष्ट पैटर्न (कोड नाम स्माइल, इसकी विशेषता उपस्थिति के कारण) की तलाश करेगा। मैंने कई प्रजातियों के लिए जीनोम के साथ आवृत्ति और वितरण पाया, यहां तक ​​कि कुछ मज़ेदार चीजें भी पाई गईं, उदाहरण के लिए, बड़ी संख्या में स्माइली के साथ बैक्टीरिया में, किसी भी प्रकार की पुनर्व्यवस्था पूरे जीनोम के साथ समान रूप से होने की संभावना होती है, और बैक्टीरिया की एक छोटी संख्या के साथ केवल एक सीमित संख्या में गर्म स्थानों पर (पर) जीनोम आवृत्ति में करीब अभिन्न)। बेशक, मैं कुछ अधिक सार्वभौमिक करना चाहता था ताकि मैं खोज के लिए किसी भी संभावित सबग्राफ से पूछ सकूं। मैं इस विचार को हैकाथॉन में लाया।

दो दिनों के काम के परिणामस्वरूप, हमें GARLIC-Finder नामक एक उपकरण मिला - एक दिए गए संरचना के जीनोमिक पुनर्व्यवस्था का अध्ययन करने के लिए एक उपकरण। हमने खोज के लिए सबग्राफ निर्दिष्ट करने के लिए एक सार्वभौमिक भाषा लिखी है, लेकिन चूंकि ऐसा कार्य एनपी-जटिल है, इसलिए "हेड-ऑन" केवल छोटे स्थिर उपसमूहों को देखते हुए। इसलिए, हमने उपयोगकर्ता के लिए कस्टम एल्गोरिदम जोड़ने की क्षमता जोड़ी जो विशिष्ट पैटर्न की खोज के लिए अनुकूलित हैं। हैकाथॉन में, हम तीन पैटर्न पर बसे - जीन की एक जोड़ी जिसके बीच आवेषण (लहसुन), एक जीनोम के टुकड़े (पेंगुइन) और एक बहुत समृद्ध वातावरण (स्पाइडर) के साथ एक जीन अक्सर होता है (छवि। "उप-पुनर्व्यवस्थाओं के लिए खोज")। लहसुन पहले था और इसलिए हमारे तुलु को नाम दिया। यह एक संक्षिप्त रूप बन गया है: G enome re AR पर्वतमालाL कमाई I nterfa C e।



मैंने भी थोड़ी देर बाद इसका फायदा उठाया।

- थोड़ा? यानी यह प्रोजेक्ट हैकाथॉन से आगे नहीं बढ़ पाया?
- अब समस्या यह है कि हम अभी भी रेखांकन और जीनोमिक जटिलता पर एक बड़ा लेख प्रकाशित करने के चरण में हैं। इस विषय पर एक शोध प्रबंध लिखने वाला व्यक्ति इसमें लगा हुआ है। हमने गर्मियों में पहला विकल्प भेजा, लेकिन दुर्भाग्य से इसे अस्वीकार कर दिया गया। दूसरे दिन फिर से भेजा, पहले से ही एक और संस्करण में। अगर सब ठीक रहा तो शायद हम उस दिशा में खुदाई जारी रखेंगे।

- हैकाथॉन ने आपको क्या दिया?
- प्रोजेक्ट मेरी थीसिस का एक बड़ा हिस्सा बन गया है। नए अनुकूलन के विचार सामने आए हैं। खैर, सामान्य तौर पर, मैंने खुद बहुत सी नई चीजें सीखीं।

- क्या आप पर पैसा खर्च किया, अगर रहस्य नहीं है?
- यह कोई रहस्य नहीं है, हेडफ़ोन के साथ एक अच्छा खिलाड़ी :)।

- समस्या को हल करने के लिए किस प्रोग्रामिंग भाषा का उपयोग किया गया था?
- पायथन, विशेष रूप से पायथन। और यह करने के लिए विभिन्न पुस्तकालयों। NetworkX रेखांकन के साथ काम करने के लिए, ग्राफविज़ और एक पायथन के लिए इसके बंधन की कल्पना करें। खैर, डेटा के साथ काम करने के लिए क्लासिक माटपोटलिब और पंडस। और एक स्व-लिखित पुस्तकालय जीन-ग्राफ-लिब है ।

- और आपकी टीम में कौन था?
- दो प्रोग्रामर और एक जीवविज्ञानी। सभी लोग बहुत मददगार बने।
आपका वैश्विक लक्ष्य क्या था, आपने प्रोजेक्ट को हैकथॉन में भेजने का फैसला क्यों किया?
मैं एक समस्या को हल करना चाहता था और इसे प्रभावी ढंग से हल करना चाहता था। मैंने इसे स्वयं करने की योजना बनाई, लेकिन यहां एक अनूठा अवसर सामने आया और मैंने इसका उपयोग करने का फैसला किया। खैर, मैं सिर्फ यह देखना चाहता था कि हैकथॉन क्या है।

- क्या आपको यह पसंद है?
- अद्भुत, बस अद्भुत! संगठन, भोजन, जिस कमरे में यह सब हुआ, लोग अद्भुत हैं। कुछ भी शिकायत नहीं थी।

यह तब भी बहुत अच्छा होगा यदि वे हमें स्थानीय मॉनिटर, स्टाफ उपकरण का उपयोग करने की अनुमति देते हैं, जैसा कि मैं समझता हूं - हैकाथॉन को EPAM कार्यालय में आयोजित किया गया था - लेकिन, निश्चित रूप से, हमें अनुमति नहीं थी।

- आपने हैकाथॉन की तैयारी कैसे की? अपने उपकरण लेने के अलावा, क्या करने की आवश्यकता है?
- नेताओं को (लगभग। क्यूरेटर)परियोजना के बारे में 1.5-2 मिनट के लिए एक प्रस्तुति तैयार करने की आवश्यकता थी। टीम के सदस्यों के लिए नेताओं की क्या आवश्यकताएं हैं, यह देखने के लिए प्रतिभागियों के लिए परियोजनाओं की शर्तों को ध्यान से पढ़ना महत्वपूर्ण है। ऐसा हो सकता है कि एक लैपटॉप पर एक व्यक्ति पूरी तरह से दूसरे पायथन के वातावरण से लैस है, और क्यूरेटर, उदाहरण के लिए, तीसरा। इससे कोई फर्क नहीं पड़ता है, लेकिन पर्यावरण को फिर से स्थापित करने में अतिरिक्त समय लग सकता है, और आपको बस ध्यान से पढ़ना होगा कि आपको तीसरे पायथन की आवश्यकता है।

लेकिन तैयार करने के तरीके के ज्ञान के संदर्भ में, यहां सब कुछ स्पष्ट नहीं है। स्वाभाविक रूप से, आपको आवश्यक भाषाओं में प्रोग्राम करने और प्रोजेक्ट के रूप में प्रस्तावित समस्या के संदर्भ में थोड़ी सी गड़गड़ाहट करने में सक्षम होने की आवश्यकता है। यद्यपि हमारे पास एक टीम सदस्य था जो जीव विज्ञान को बिल्कुल नहीं जानता था, लेकिन बहुत उपयोगी था - यह वह था जिसने उप-अक्षरों को परिभाषित करने के लिए भाषा पार्सर लिखा था, यह कार्य पूरी तरह से उसके कंधों पर गिर गया।

- आपने पहले ही संगठन, परिसर, भोजन के बारे में बात की थी। तुम कहाँ सोये? और क्या आप सब सो गए?
"48 घंटे के लिए, मैं चार घंटे सोया, मुझे लगता है।" मैं हमेशा साइट पर था, आखिरी रात मैं होटल के लिए रवाना हुआ।

- यानी, प्रतिभागियों को इसके लिए मानसिक रूप से तैयार होने की जरूरत है।
- और नैतिक और शारीरिक रूप से विशेष रूप से। यदि किसी व्यक्ति को कुछ भयानक सत्रों की तैयारी का अनुभव है, जब आप दो रातों के लिए नहीं सोते हैं, तो यह एक अच्छी तैयारी है। पढ़ाई के दौरान मेरे पास ऐसे मामले थे, इसलिए मैं तैयार था।

- आपका वैश्विक लक्ष्य क्या है? आप जैव सूचना विज्ञान क्यों करते हैं?
- सामान्य तौर पर, मैं गलती से जैव सूचना विज्ञान में आ गया। मैंने आरएएस के कृषि विज्ञान अकादमी के संकाय में अध्ययन किया। वहां, छात्रों को दूसरे वर्ष से शुरू करना पड़ता है, उन्हें एक सप्ताह में एक दिन वैज्ञानिक काम करने के लिए रूसी एकेडमी ऑफ साइंसेज के संस्थानों में से एक में जाना पड़ता है। मैंने IBCh RAS के प्रस्ताव का जवाब दिया, बिना किसी विचार के मुझे क्या करना होगा। मैं वहां आया और यह पता चला कि मैं एनजीएस डेटा और प्रोटिओमिक्स का विश्लेषण करूंगा। फिर मैंने पायथन सीखना और जैव सूचना विज्ञान को समझना शुरू किया। उन्होंने दो साल तक वहां काम किया, यह प्रोजेक्ट थोड़ा रुक गया, और मैं वहां गया, जहां मैं अब काम कर रहा हूं।
मुझें यह पसंद है। मैं हमेशा गणित और जीव विज्ञान दोनों से प्यार करता था, किसी तरह यह हुआ।

- आप बच्चों को देखने के लिए कौन सी किताबें, पाठ्यक्रम, व्याख्यान, फिल्में सुझाते हैं?
- सैन डिएगो विश्वविद्यालय के कौरसेरा में जैव सूचनात्मक एल्गोरिदम पर एक कोर्स है, जिसके निर्माण में मैंने भाग लिया थापावेल पेवजनेर , स्टेपिक पर वह भी है। मैंने वहां कुछ समस्याओं को हल किया - काफी उपयोगी। वे आपको आणविक जीव विज्ञान और कोडिंग दोनों में ज्ञान को पंप करने की अनुमति देते हैं। अधिकांश कार्यों का सार यह है कि आपको किसी प्रकार के सरल अनुक्रम विश्लेषण या इस तरह के कार्यक्रम की आवश्यकता है। मुझे पता है कि इंस्टीट्यूट ऑफ बायोइनफॉरमैटिक्स गेस्ट लेक्चर आयोजित करता है जिन्हें यूट्यूब पर देखा जा सकता है, इसके अलावा, उनके पास स्टेपिक पर पाठ्यक्रम हैं । पाइथन में, मैंने मार्क लुट्ज़ द्वारा लर्निंग पाइथन के पहले पन्नों के बारे में ईमानदारी से पढ़ा , और उसके बाद सिर्फ डॉक्यूमेंटेशन, चेंगलॉग और अभ्यास पढ़ा।

सबसे महत्वपूर्ण बात समस्याओं को हल करना है। सिद्धांत को पढ़ना बेकार है, और समस्याओं को सुलझाने की प्रक्रिया में आप वास्तविक समस्याओं को हल करना सीखते हैं।

- क्या आप इस साल हैकाथॉन में भाग लेने की योजना बना रहे हैं?
"हां मुझे ऐसा लगता है।"

- किसके साथ? या यह अभी भी एक रहस्य है?
- दो विकल्प हैं, जबकि विचार बन रहे हैं। मैं इसे आवाज नहीं दूंगा। अभी भी मेरे पास पूरा एक महीना है। मैं इसे हमेशा देता हूँ, शायद, हमेशा की तरह अंतिम समय पर :)

- और अब जैव सूचना विज्ञान की दुनिया में क्या चर्चा हो रही है?
- अक्सर प्रचार विषयों से प्यार है। मेरे पास रूसी रासायनिक तकनीकी विश्वविद्यालय से एक छात्र है जो एक ग्राफ विषय पर डिप्लोमा लिखता है, इसलिए उन्होंने कोरोनवायरस और उसके रिश्तेदारों के हाल ही में प्रकाशित जीनोम पर एक ग्राफ बनाने का फैसला किया।

- साज़िश। हम आपके और आपके सहयोगियों की नई खोजों और नई दिलचस्प परियोजनाओं की प्रतीक्षा करेंगे!

आप 28 फरवरी तक प्रोजेक्ट सबमिट कर सकते हैं, और 5 मार्च तक एक प्रतिभागी के रूप में बायोहाक.कॉम पर पंजीकरण कर सकते हैं ।