Біоінформатики: походження і життєвий цикл

До передноворічного номера Костянтин Попадьїн, канд. біол. наук, н. с. кафедри медичної генетики та розвитку медичного факультету Женевського університету (Швейцарія), н. с. ІППІ РАН, підготував доповідь, яка, без сумніву, допоможе школярам та аспірантам визначитися у виборі єдино вірної професії — біоінформатики.

Мене часто запитують: «Хто такі біоінформатики і чим вони займаються?» Мені неабияк набридло щоразу вигадувати відповідь на ходу, і я вирішив викласти суть справи на папері, раз і назавжди задовольнивши всіх цікавих.

Так, я не раз стикався з біоінформатиками! Іноді мені навіть посміхалося щастя спостерігати їх у безпосередній близькості — мало не на відстані витягнутої руки. На перший погляд вони здаються дуже різними — це як якщо дивитися на метеликів, які порхають на квітучому лугу: всі різного кольору і різного розміру; деяких легко зловити, а інших складно; деякі літають швидко і безшумно, а інші повільно і трохи поскрипують від тертя крил. Але коли починаєш їх порівнювати, наприклад, з ковальцями, розумієш, що навіть у біоінформатиків є дещо спільне…

Отже, біоінформатик — це мужик (за рідкісним винятком). Бородатий такий, в окулярах і зі стільниковим телефоном (великим, чорним і з зеленим екраном), дивлячись на який школярі молодших класів довго сперечаються — що ж це таке? Причому версія «стільниковий телефон» навіть і не висувається.

Шлях біоінформатика складний і ірраційний, тому кожен біоінформатик може розповісти свою унікальну історію падінь і злетів, якщо його як слід нагодувати. Стати біонформатиком за власним бажанням не можна, оскільки Професія обирає своїх жертв, а не навпаки. Однак можна трохи зменшити або збільшити шанси того, що вас оберуть.

Якщо, наприклад, на біохімічній практиці біологічного факультету ви виділили білок, який в університеті з покоління в покоління показують у вигляді зразка, або якщо в чашці Петрі у вас ростуть бактерії «як на дріжджах» — не бути вам біоінформатиком. Якщо ж у вас здохли всі піддослідні об’єкти до захисту курсової, а не після (як у всіх), то шанси статистично значимо збільшуються.

Дріжджі, дрозофіли, дафнії, бактерії, тигри, плазміди, червоні вовки і транспозони, синиці великі і малі, кашалоти і фібробласти — об’єкт не важливий — у біоінформатиків дохнуть всі! Іноді біоінформатики видоутворюються з математиків, але це нічим не краще, а навіть навпаки. Не маючи плачевного дитячого досвіду з хом’ячками і папужками та плачевного студентського досвіду з бактеріями і плазмідами, вони з остервенілими зусиллями намагаються «надолужити згаяне». І це їм вдається! Тому що біоінформатик — це покликання.

Відключивши кілька разів холодильник із замороженими пробами і реактивами в пошуках розетки для підзарядки телефону, проспавши захист диплома через те, що «телефон все-таки сів і не розбудив», майбутній біоінформатик всерйоз замислюється над своїм життям.

Для продовження життєвого циклу в цей момент вкрай необхідно (i) не купити інший телефон і (ii) зустріти вже закоренілого біоінформатика. Якщо такий зустрічається, він каже: «Колега, досить займатися дурницями! Ось тобі книжка — Perl для чайників, і вперед, ну а якщо будуть питання — дзвони… » Юний біоінформатик кидає погляд на телефон закоренілого, і — о диво! — у нього прояснюється погляд, а в очах загоряється вогник надії. Точно такий же!!! У народі в подібні моменти кажуть: «Народився маленький міліціонер». Після усвідомлення цього знамення юний біоінформатик з тремтячими руками і благоговінням сідає за комп’ютер і пробує на зуб нову стезю.

Кажуть, у мальків щуки є всього лише кілька кидків, щоб зловити щось їстівне і вижити, а невдале перше полювання молодого вовка залишає негативний відбиток на все його життя. Оскільки біоінформатик вже кинув мокру біологію (або математику, фізику, хімію), укус нової стезі повинен бути не жартівливим, інакше в повний зріст постане загроза закінчити своє життя на бальних танцях, де завжди раді хлопчикам, навіть бородатим. І в цей переломний момент становлення особистості біоінформатика він розуміє, що і комп’ютера виявляється предостатньо!

Походження життя на Землі, РНК і ДНК, еукаріоти, кактуси, динозаври і червоні вовки, шкідливі мутації і корисні, видоутворення і вимирання — все тепер стало якось ближче і чіткіше, ніж через призму пробірки. Це як якщо ти півжиття проходив короткозорим і раптом одягнув окуляри. Тепер ти бачиш, що трамвай, на якому ти їдеш в університет, не 00, а 33 (завжди дивувався дивному номеру — 00), а дівчина, яка водить цей трамвай, зовсім не дівчина, а навіть навпаки.

З тілом теж відбуваються дивні речі — ноги стали якось довшими, а на пальцях ніг з’явилися волосини, як у хоббіта якого… На темних дошках в університеті тепер видно багато всього незрозумілого. Загалом, життя стало сповнене дрібних деталей, і зголоднілий мозок — з такою-то якісною графікою — став отримувати набагато більше інформації. Але не будемо відволікатися, адже очки — це лише метафора.

Отже, робота пішла! Під пальцями (під пальцями рук!) нашого новоспеченого і вже прозрілого біоінформатика кожні півгодини встають і руйнуються цивілізації: нарешті — ліки від старості! Динозаври вимерли, бо накопичили забагато шкідливих мутацій! Середня довжина інтронів у птахів назад корелює зі швидкістю їх польоту! Мутація партеногенезу дафній поширюється з півночі на південь з темпом, що все прискорюється, і дуже дивно, але статистично достовірно корелює із середньою кількістю дітей на сім’ю людини…

І ось біоінформатик вже мурликає собі під ніс: «Я мегамонстр, я супервундеркінд, я володар світу». І тільки кажани не погоджуються підтверджувати ніякі кореляції: і живуть вони довше, ніж їм належить, і скільки їм належить — не ясно, і геноми їх занадто схожі на пташині. З ними щось не чисто… З кожним днем наш біоінформатик матеріє і все менше вірить прописним істинам, все ставить під сумнів, а його думки все сміливіші і сміливіші: «можливо, кажани — це просто-напросто птаха…»

Як правило, думка, яку думає біоінформатик, знаходить відображення в його зовнішньому вигляду, тому досвідчені люди помічають біоінформатиків на око. У народі про таких кажуть: «Зовнішність, спотворена інтелектом». Але мало хто знає, що це стільниковий телефон відтягує кишеню їхнього піджака.

Думка сама по собі ніколи не зникає з голови біоінформатика. Якщо вона правильна, то щоб її забути, її потрібно обов’язково опублікувати. Буває, що думка неправильна, але і в цьому випадку її треба публікувати — адже кожна думка біоінформатика цінна і неповторна: ніхто не може повторити думку крім автора цієї думки. Іноді і авторам цього не вдається. Тоді в народі кажуть: «Думка полетіла». І міліціонерам підвищують зарплату.

І немає йому спокою, поки в комп’ютері є невирішені завдання, а в голові — думки, і мучить його туга, що життя коротке, а стільки всього тепер можна зробити. Тепер! Коли у тебе на пальцях ніг з’явилося волосся! Але все ж зрідка, коли треба підзарядити стільниковий і поруч не знаходиться вільних розеток, холодильників або суперкомп’ютерів, біоінформатик змушений вимкнути свій улюблений комп’ютер і ставити заряджатися свій геть «здохлий» стільниковий. І тепер у нього є кілька діб, щоб схилити свою втомлену голову на плечах колег і набратися сил, оскільки попереду у нього буде дуже довгий день…

Один день з життя біоінформатика

Прокинувшись, біоінформатик насамперед чекає темряви, оскільки вдень робота не ладиться. З останніми променями сонця він включає комп’ютер, і — справа пішла. Один скрипт, другий… Для розминки що-небудь просте і житейське, щоб перед дівчатками потім хвалитися: ну, наприклад, чому люди так не схожі на мавп? Чому у нас так багато зайвих здібностей, зовсім навіть не потрібних для виживання? Чому ми пишемо картини і складаємо музику, а шимпанзе цього не роблять або роблять на дуже примітивному рівні?

Отже, наш біоінформатик порівнює геноми людини і шимпанзе в надії зрозуміти — чим же ми відрізняємося по суті справи? Де ген чи гени людяності? Дивиться-дивиться, порівнює-порівнює, а в результаті знаходить, що лише гени сперматогенезу і оогенезу згідно з усіма статистичними тестами найсильніше відрізняються між людиною і шимпанзе. «Ага?! Отже, гени розмноження якимось чином вселяють в нас потребу в піднесеному?! Несподівано, але чому б і ні!? Треба б не забути завтра з колегами це обговорити. А краще з дівчатками… «

Опівночі. Жарти в бік, попереду велика наука, і на порядку денному — шкідливі мутації. Скільки в нашому геномі шкідливих мутацій? Наскільки доброю була б людина без шкідливих мутацій? Як їх зловити і порахувати? Чи пов’язана шкідливість людини з кількістю шкідливих мутацій в її геномі? Отже, біоінформатик скачує всі доступні геноми людини і починає з ними гратися. Африканці, європейці, не синонімічні мутації, рідкісні, часті, консервативні і не дуже… Нічого цікавого не виходить!

Першим втомлюється комп’ютер. Дивно, чому якщо скрипт запускати в парні хвилини — він працює адекватно, а в непарні — не дуже? Про всяк випадок перед командою в терміналі біоінформатик починає додавати «please». Це допомагає, але після другої години ночі доводиться ще й вимовляти «please» вголос.

Три години ночі. Нарешті — прогрес! Думка чиста і прозора. Він король світу. Він розуміє все про шкідливі мутації в геномі людини і не тільки. Ho, відповідно до закону Стругацьких, Всесвіт починає активно протидіяти геніальним відкриттям, які можуть зашкодити його гомеостазу в майбутньому.

Комп’ютер раптом починає похилювати більше звичайного і стає майже непередбачуваним. Не допомагає нічого — ні вмовляння, які працювали зовсім ще недавно, ні погладжування… Що робити?

Комп’ютеру довіряти вже не можна, адже треба якось зберегти здобуте знання. Біоінформатик оглядається обабіч і будить того, хто під рукою, — дружину, сестру, брата — і розповідає йому всі свої новини.

Заспокоївшись, що інформація збережена, і завтра її можна буде відновити, біоінформатик заколисує колегу і вирішує зробити пару перевірок, щоб спокійним і щасливим заснути самому. Але Всесвіт не дрімає: раптом дико захотілося їсти і з’явився так званий ефект бурозубки. Енергії може не вистачити, щоб дійти навіть до холодильника, і тоді почнуться незворотні наслідки… Хоча, як ми вже зрозуміли, біоінформатик — фінальна і незворотна точка сама по собі. Тому ефект бурозубки йому не дуже страшний. Треба просто акуратно, витрачаючи мінімум сил, дійти до холодильника. Можна навіть проповзти, якщо ніхто не бачить…

П’ять годин ранку. Проведений вдалий прод-рейс. Всесвіт більше не чинить опору. Друкувати немає необхідності. Спілкування з комп’ютером встановлено безпосередньо, оскільки пальцям довіряти вже не можна. Йде обмін думками:

— Ти хто?

— Я кажан.

— О, завжди хотів поспілкуватися з кажаном ось так — запросто. Скажи чесно, ви птахи?

— Не можу сказати, це наш найбільший секрет…

Так значить, я правильно здогадувався!!!

Шість годин ранку. Світає. Біоінформатик нагадує вампіра. Промені сонця не радують, звуки навколишнього світу далекі і приглушені. Руки тремтять. До мимовільного глибокого непритомності хвилин п’ятнадцять-двадцять. Ще є час на маленьку задачку для душі, що-небудь філософське і приємне, щоб краще спалося, наприклад «у чому сенс життя?»

Тут головне — правильний підхід, оскільки вже немає часу на помилки. Отже, біоінформатик вирішує порівняти звірів, які «хочуть жити дуже» з тими, які «хочуть жити не дуже» і вже загриміли зі своїм песимізмом до Червоної книги. Так, так, так. Він піднімає всі бази даних і дивиться — чим можуть відрізнятися ці звірі: трофічні рівні, щільність популяції, маса тіла, поліморфізм ДНК, кількість дітей, вироблених за рік.

Ага, поліморфізм працює непогано, але кількість дітей на рік ще краще пояснює відмінність між сильно бажаючими і не дуже бажаючими жити звірами! Отже, ті, хто цінує життя, — активно розмножуються! І що ж — сенс життя в розмноженні!? Чорт, знову все навколо дівчаток. Невже вони й справді такі важливі!? Треба буде придивитися до них, а краще навіть повивчати.

Тут… роздратований звук, який змушує біоінформатика підстрибнути і схопитися за серце — спочатку праворуч, потім ліворуч — і, намацавши його, відчути спокій! Це просто дзвінок. Дзвінок стільникового. Час вставати. Біоінформатики ніколи не встають рано, але завжди заводять ранній будильник. Просто, щоб життя малиною не здавалося. Просто, щоб не забувати, що можна все життя проспати. А тепер це недозволено.

Дзвінок повернув біоінформатика з напівзабуття, прочистив мізки і вивітрив всі думки. Повтыкав на компьютере чисто по инерции с полчаса, биоинформатик осознает, что не понимает, что он хочет от компьютера и что компьютер хочет от него. Мабуть, комп’ютер злякався теж не на жарт. Може, все ж баїнці? Ні! Для чого все це було?! Адже було ж щось дуже важливе і цікаве! Щось таке, що може пояснити багато чого. Потрібна просто маленька підказка. Доводиться будити хранителя таємниці, який мирно сопить неподалік: «Стережач таємниці, говори!» Хранитель спокійно так і дисципліновано вимовляє частину свого сну вголос (щось там неясне про дівчаток), і радісний біоінформатик вистачає думки за хвіст і терміново її записує на стіні, щоб прочитати і довести її до логічного кінця завтра.

А за вікном вже зовсім світло. Зашуміли машини, слідом за ними і міліціонери підтягнулися на роботу. Біоінформатик доповзає до ліжка і намагається солодко провалитися в сон. Хвилин п’ять блаженної порожнечі, після якої починається сон.

Уві сні він зустрічає закоренілого і каже йому: «Мені тепер подобається моє життя, мені подобається те, що я роблю. Мені дуже цікаво. Але є одне питання, яке ставити пристойно тільки зараз, уві сні. Є якийсь секрет зі стільниковим? «

Закоренілий так дивно посміхається і відповідає: «Стільниковий телефон — це найголовніше в нашій професії: раз ти зміг вижити з таким телефоном, значить, ти сильний і з тебе ще вийде толк… » Далі слова закоренілого розбирати все важче і важче — вони переходять у візг. І ось закоренілий розправляє складені за спиною крила і на порозі чутності пищить: «А ми, кажани, все-таки не птахи». І відлітає в кватирку.

І навіть уві сні біоінформатик починає томитися і ерзати від нових невирішених загадок.

Спи спокійно, біоінформатику. Та пребуде з тобою сила!