Междисциплинарная лаборатория СГУ им. Питирима Сорокина два года объединяет усилия студентов-программистов и студентов-медиков. Молодые ученые ищут новые способы применения постгеномных данных в компьютерной фармакологии, геронтологии и гериатрии. Как сообщили в вузе, сейчас они разрабатывают приложение, содержащее математические функции для расчетов показателей для генных сетей в рамках теории информации. Это позволит им проанализировать генные сети, вовлеченные в процесс старения организма и возрастных заболеваний, прогнозировать исходы заболевания на основании результатов математического моделирования, вывести алгоритм расчета биологического возраста.
Междисциплинарная научно-исследовательская лаборатория "Трансляционная биоинформатика и системная биология" с 2019 года работает под руководством одного из успешнейших молодых ученых университета Ильи Соловьева. С 2018 он ведет преподавательскую деятельность, обучая иностранных студентов Медицинского института СГУ им. Питирима Сорокина анатомии человека на английском языке на базе кафедры фундаментальной медицины и общественного здоровья, в июне 2021 года он успешно защитил ВКР и закончил аспирантуру, а в настоящее время работает над кандидатской диссертацией по геронтологии и гериатрии.
Основная миссия лаборатории "Трансляционная биоинформатика и системная биология" ― сокращение разрыва между фундаментальными генетическими исследованиями и достижениями клинической медицины за счет поиска новых способов применения постгеномных данных в компьютерной фармакологии, а также геронтологии (наука о старении) и гериатрии (раздел геронтологии, занимающийся изучением, профилактикой и лечением болезней старческого возраста).
В сотрудничестве с доцентом кафедры прикладной математики и компьютерных наук Надеждой Котелиной, студентами Института точных наук и информационных технологий и Медицинского института ученые проводят реконструкцию и исследования свойств генных сетей методами Data Science, системной компьютерной биологии и классической теории информации. В ближайшие годы лаборатория будет заниматься разработкой новых методов динамического анализа генных сетей, ассоциированных со старением, и способов подсчета биологического возраста, базирующихся на теории информации.
"Энтропийный анализ достаточно распространен в классических отраслях биологии, работающих с сигналами, однако, существуют лишь единичные исследования в рамках методологии теории информации, которые описывают информационные процессы в генных сетях. Процессы, имеющие место в генных сетях, ассоциированных с нормальным и ускоренным старением практически не описаны в настоящий момент.
Следует отметить, что процесс старения – одно из сложнейших явлений, наблюдаемых человеком в силу своей многофакторности, стохастичности и гетерохронности. За годы существования и успешного применения постгеномных технологий накоплен огромный массив данных, отражающих динамические аспекты функционирования генных сетей, вовлеченных в старение клетки, тканей, органов, систем органов и организма, однако, вследствие разнонаправленности прилагаемых к поиску методов их анализа усилий некоего единого метаязыка описания генных сетей так и не выработано.
Целью данного проекта является создание при помощи математического инструментария теории информации универсального метода анализа динамических процессов в генных сетях, вовлеченных в процесс старения, а также разработка теоретико-информационного метода подсчета биологического возраста, базирующегося на вычислениях различных свойств генной сети во множестве моментов времени", - рассказал руководитель лаборатории.
*** Илья Соловьев со второго курса бакалавриата в СГУ им. Питирима Сорокина занимается генетикой циркадных ритмов и старения под руководством чл.-корр. РАН, профессора РАН, проф., д.б.н., А.А. Москалева, бывшего доцентом и заведующим кафедрой экологии в СГУ им. Питирима Сорокина, также лабораторией молекулярной радиобиологии и геронтологии в Институте Биологии Коми НЦ УрО РАН.
В настоящий момент в библиографии Соловьева более 60 научных работ, в том числе 20 статей в рецензируемых журналах и 2 главы в коллективных монографиях на английском языке, индекс Хирша по данным Google Scholar - 7 (число цитирований - 175); по данным РИНЦ - 6, по данным Scopus - 5 (число цитирований - 40). Илья Андреевич принимал участие в качестве исполнителя 8 исследований, поддержанных грантами РФФИ, ПРФ и грантами Президиума УрО РАН в совокупности. В 2019 году получил поддержку РФФИ по программе "Аспиранты".
В серии работ Ильи Соловьева впервые выдвинуты гипотезы о существовании связей между механизмами фоторецепции, терморецепции, температурной синхронизации циркадного осциллятора (системы транскрипционно-трансляционных петель обратной связи, автономно поддерживающей колебания экспрессии генов и физиологических показателей) и продолжительностью жизни. На основе анализа опубликованных данных впервые сформулирована гипотеза о возраст-зависимой фоторезистентности Drosophila melanogaster. Введено определение возрастной фоторезистентности, под которой предлагается понимать утрату способности адаптироваться к фоторежиму, связанную с возрастным снижением экспрессии гена cry, кодирующего рецептор синего света и аналогичные описываемому явления, в которых задействованы иные гены и белки.
Теория возрастной фоторезистентности, в перспективе, после проверки центральной гипотезы на млекопитающих и тестирования изученных препаратов, ляжет в основу комплексного подхода к профилактике у северян нарушений сна, психических расстройств и других ассоциированных неврологических заболеваний, вызванных непрерывной фотоэкспозицией в течение "полярного дня" и световым загрязнением во все остальное время. Высокий потенциал внедряемости обусловлен высоким же эволюционным консерватизмом элементов каскадов фототрансдукции и циркадного осциллятора, которые можно использовать в качестве мишеней для фармакологической коррекции патологических состояний ассоциируемых с нарушениями фоторежима и низкой токсичностью препаратов.
