С 12 января по 20 апреля 2023 года в Ботаническом институте им. В.Л. Комарова Российской академии наук (БИН РАН) в Санкт-Петербурге проходила научно-практическая Школа по высокопроизводительным методам анализа генома. В течение четырех месяцев сорок ученых и специалистов из нескольких институтов и университетов осваивали биоинформатические методы, применяющиеся в биологии растений, чтобы использовать их в своих исследованиях.
Организаторами Школы выступили Сколковский институт науки и технологий (Сколтех) и Институт проблем передачи информации им. А.А. Харкевича Российской академии наук (ИППИ РАН) в рамках Федеральной научно-технической программы развития генетических технологий. Программа курса разработана старшим преподавателем Центра молекулярной и клеточной биологии Сколтеха Марией Логачевой совместно с коллегами из лаборатории геномики растений ИППИ РАН во главе с ведущим научным сотрудником Алексеем Пениным. Вместе с ними основными преподавателями курса стали сотрудники ИППИ РАН Анна Клепикова и Денис Омельченко, также в проведении принимали участие Михаил Щелкунов, Тагир Самигуллин и Лаврентий Данилов. Слушатели — аспиранты, кандидаты и доктора наук из БИН РАН, Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н. И. Вавилова (ВИР), Санкт-Петербургского государственного химико-фармацевтического университета, Санкт-Петербургского государственного университета и даже Гродненского государственного аграрного университета (Беларусь).
Занятия проходили в историческом здании Гербария высших растений БИН РАН, находящемся на живописной территории Ботанического сада Петра Великого. Каждый четверг с января по март, преподаватели — сотрудники ИППИ РАН и Сколтеха — приезжали из Москвы и вели занятия с 11 до 19 часов. Программа получилась очень интенсивной. За время обучения участниками был освоен процесс обработки данных высокопроизводительного секвенирования (NGS) с момента планирования и подготовки эксперимента до непосредственно анализа данных. Преподаватели показывали, как можно собирать геномы и транскриптомы, изучать родство организмов (филогению), анализировать профили экспрессии генов, искать в геноме гены, связанные с возникновением того или иного фенотипа и многое другое. В разделе, посвященном статистике, слушатели учились использовать различные методы статистического анализа и визуализировать результаты, создавая иллюстрации для статей с использованием языка R.
«Идея Школы возникла в ходе нашего неформального общения с Алексеем Пениным и Марией Логачевой на конференции в прошлом году», — рассказал Дмитрий Гельтман, директор БИН РАН. Говоря о перспективах продолжения сотрудничества, Дмитрий Викторович поделился, что в настоящий момент они с Марией проводят совместную работу по изучению генетического разнообразия борщевика Сосновского и близких видов гигантских борщевиков. «Специалисты нашего института всегда готовы помочь таксономической экспертизой, потому что сколько ни секвенируй геном, а растение надо «знать в лицо». В свою очередь, компетенции ИППИ и Сколтеха — это передовые методы, которые ботаники могут использовать в своей работе».
Его словам вторит Алексей Пенин, отмечая, что главная задача Школы — наладить междисциплинарные связи между генетиками, биоинформатиками и ботаниками: «Этот симбиоз обоюдно полезен: ботаники как никто другой знают объект, т.е. растения, а генетики предлагают методы, которые позволят вывести исследования на качественно новый уровень. Кроме того, тут прослеживаются историческая параллель: в советское время БИН РАН брал под свое покровительство генетиков, подвергавшихся по инициативе академика Лысенко всевозможным гонениям. И прошедшая Школа — это символическое возвращение генетиков в Ботанический институт, но уже в другом статусе и качестве».
Слушатели Школы мотивировали участие тем, что подобное обучение позволяет взглянуть на предмет исследования с позиции другой дисциплины, расширяет доступный исследователям инструментарий, помогает наладить связи с коллегами и даже углубить понимание научной литературы.
«Благодаря курсу я стала значительно лучше разбираться в современных исследованиях, мне стало легче читать научные публикации, поскольку я уже понимаю, какие методы были использованы и на что стоит обратить внимание», — поделилась впечатлениями Ирина Варганова из отдела гербария ВИР.
Мария Повыдыш, заведующая кафедрой биохимии Санкт-Петербургского химико-фармацевтического университета, планирует интегрировать полученные знания и навыки не только в исследования, но и в учебный процесс: «Особенно нам была интересна математическая статистика в применении к обработке биологических данных, потому что у нас в университете этому не уделяется большого внимания. Методы статистической обработки данных могут найти применение, в том числе, например, в метаболомике лекарственных растений, которой мы активно занимаемся, и обрабатывать эти большие данные зачастую очень сложно. Также в обсчете и грамотном представлении данных о доклиническом анализе новых лекарственных препаратов это будет исключительно полезно».
«Было очень приятно преподавать в настолько мотивированной аудитории, слушатели которой не только задавали глубокие вопросы по изучаемому материалу, но и давали комментарии, которые позволят усовершенствовать этот курс», – рассказывает Анна Клепикова. Участники тоже очень тепло отзываются о преподавателях школы, которые доступно и увлекательно объясняли сложные вещи, всегда были на связи и давали разъяснения по всем трудным вопросам и приезжали из Москвы каждую неделю для проведения очных занятий. Надо отметить, что не только преподаватели, но и некоторые слушатели Школы были готовы преодолевать расстояния во имя знаний. Так, один из участников каждую неделю ездил в Петербург из Гродно.
Прошедшая в Санкт-Петербурге школа стала частью образовательной программы, которая сейчас активно развивается силами неформальной коллаборации ИППИ и Сколтеха. Так, летом 2022 года в Москве прошел интенсив по применению высокопроизводительного секвенирования в генетике и селекции растений для студентов и молодых ученых из различных регионов России. «Мы надеемся, что подобные мероприятия будут проводиться и дальше, стимулируя взаимодействие исследователей из разных областей биологии, что обогатит науку новыми знаниями о таком важном и интересном объекте, как растения» — говорит Мария Логачева. Следующая школа по высокопроизводительным методам анализа генома растений стартует осенью 2023 года в Москве.
Организаторы и преподаватели Школы слева направо: Мария Логачева, Петр Ефимов (БИН РАН), Анна Клепикова и Денис Омельченко
Организаторы Школы слева направо: Алексей Пенин, Анна Клепикова, Мария Логачева
Директор БИН РАН Дмитрий Гельтман
Преподавательница Школы Анна Клепикова
Организатор Школы Мария Логачева
Сотрудники БИН РАН организовали для московских коллег экскурсию по Ботаническому саду Петра Великого
В оранжереях Ботанического сада Петра Великого. Слева направо: Мария Логачева, Алексей Пенин, Анна Клепикова, Денис Омельченко и Ирина Варганова
Экскурсия в отдел гербария высших растений. Эти растения — объекты будущих генетических исследований
Все слушатели получили сертификаты о прохождении Школы. На фото участники из Санкт-Петербургского химико-фармацевтического университета, слева направо: Надежда Пивоварова, Михаил Гончаров и Мария Повыдыш