Krzysztof Kotlarz – doktorat na finiszu

Krzysztof Kotlarz swoją, jak sam ją określa, przygodę ze Szkołą Doktorską zaczął już w czasie studiów magisterskich. Kiedy na Uniwersytecie Przyrodniczym we Wrocławiu kończył studia licencjackie na kierunku bioinformatyka, prof. Joanna Szyda wspomniała mu o konkursie Narodowego Centrum Nauki Preludium BIS, w którym można zdobyć finansowe wsparcie dla projektów badawczych realizowanych przez doktorantów w ramach przygotowywanych przez nich rozpraw doktorskich.

– Z licencjatem w ręce szykowałem się do Szkoły Doktorskiej – po propozycji współpracy od prof. Szydy zrodził się pomysł, by doktorat robić równolegle ze studiami magisterskimi – uśmiecha się Krzysztof Kotlarz, dodając, że do Szkoły Doktorskiej dostał się w październiku 2020 roku. Początkowo łatwo nie było, tym bardziej, że oprócz podwójnych studiów, równolegle pracował w jednej z firm biotechnologicznych związanej z medycyną personalną. Zajmował się tam odkrywaniem nowych potencjalnych targetów terapeutycznych, czyli szukaniem miejsc, które można zmodyfikować, np. za pomocą leków.

– Było ciężko, ale natłok wszystkich obowiązków spowodował, że można było dobrze zorganizować godziny zajęć na studiach magisterskich, zajęcia w szkole doktorskiej i własne zajęcia w czasie wolnym – mówi doktorant, który w swojej pracy magisterskiej porównywał efektywności estymacji liniowych modeli mieszanych, a w rozprawie doktorskiej zajął się wykorzystaniem metody głębokiego uczenia w analizie sekwencji genomów zwierząt hodowlanych.

– Generalnie zajmuję się biostatystyką oraz wykorzystaniem sztucznej inteligencji w celu predykcji bądź klasyfikacji różnych czynników biologicznych. Statystyka jest stosowana w różnych dyscyplinach, ale w bioinformatyce mamy do czynienia z dużą ilością danych. Estymacja, czyli oszacowanie wszystkich liczb, wartości i parametrów tych modeli, nie jest więc sprawą oczywistą i prostą – tłumaczy Krzysztof Kotlarz i dodaje, że w swojej pracy starał się porównać różne metody estymacji parametrów, tak by uzyskać model, który da oczekiwane i dobre rezultaty oraz zrobi to w realistycznym czasie. – Mówimy nie o sekundach czy minutach oczekiwania na wynik, tylko dniach, a nawet tygodniach, więc jak widać czas w bioinformatyce ma znaczenie – podkreśla Krzysztof Kotlarz dodając, że informatycy dali genetykom narzędzia i w efekcie bioinformatycy dzisiaj są nie tylko specjalistami z zakresu np. analizy danych dotyczących zwierząt, ale są jednym z kluczowych punktów w analizie danych w genetyce klinicznej dotyczącej człowieka.

Doktorant Szkoły Doktorskiej UPWr jeszcze w średniej szkole interesował się biologią, chemią oraz genetyką. Myślał początkowo o studiach na kierunkach medycznych, choć jednocześnie prywatnie interesował się także informatyką.

– W momencie rekrutacji na studia, zauważyłem, że istnieje taki kierunek jak bioinformatyka. Nic o nim wcześniej nie słyszałem, ale jak zobaczyłem, na czym polegają te studia, jakie dają możliwości, jak wiele się w tym obszarze zmienia i w jakim tempie, to mówiąc kolokwialnie wpadłem w bioinformatykę po uszy – Krzysztof przyznaje, że kiedy zaczynał studia, to wszystko było stosunkowo nowe.

– I oczywiście można powiedzieć, że wybierając te studia ryzykowałem, a jednak opłaciło się, tym bardziej, że interesując się biologią, nie chciałem rezygnować z prywatnych zainteresowań informatycznych. Chciałem je wykorzystać i się udało – Krzysztof na studia do Wrocławia przyjechał z Zielonej Góry. Przyznaje, że wybrał miasto ze względu na znajomych, których tutaj ma, ale też dlatego, że ma dobre wspomnienia związane z Wrocławiem. Pytany o to, czego się nauczył w Szkole Doktorskiej UPWr, odpowiada: – Nauczyłem się poważnej bioinformatyki. Wiedza zdobywana na studiach licencjackich i magisterskich to solidne podstawy, dające narzędzia pozwalające na podjęcie analiz. Ale dopiero podczas studiów doktoranckich uzyskałem dane z eksperymentów, pozwalające na stawianie poważnych hipotez badawczych i rozwiązywanie problemów, które są stawiane w dzisiejszej bioinformatyce.

Swój doktorat Krzysztof Kotlarz podzielił na kilka etapów: pierwszy polega na zastosowaniu metod głębokiego uczenia do stworzenia klasyfikatora poprawnie i niepoprawnie zidentyfikowanych polimorfizmów na podstawie danych o całych sekwencjach DNA genomu. Druga część analizy dotyczy klasyfikacji krów jako podatnych i opornych na zapalenie wymienia na podstawie genotypów polimorfizmów również uzyskanych z sekwencji całych genomów. Ostatni etap pracy to stworzenie klasyfikatora ras bydła – też na podstawie danych o genomowej sekwencji DNA oraz modelu imputacji pełnego zestawu genotypów SNP dla całego genomu.

Można powiedzieć, że wybierając te studia ryzykowałem, a jednak opłaciło się, tym bardziej, że interesując się biologią, nie chciałem rezygnować z prywatnych zainteresowań informatycznych. Chciałem je wykorzystać i się udało

Jeden z realizowanych przez Krzysztofa projektów badawczych dotyczył np. wykrywania błędnych polimorfizmów. – Mamy metody, które pozwalają nam je wykrywać. Są to metody wysokoprzepustowe, teraz już coraz tańsze, generujące dużą ilość danych. Jednocześnie to, że są szybsze, powoduje, że generują też pewien poziom błędów. Jest oczywiście mnóstwo różnych programów, które pozwalają nam odfiltrować wyniki, dając tym samym coraz  dokładniejsze wnioski, ale nadal jest to problem nierozwiązany. Dlatego w  jednym ze swoich projektów takie błędy starałem się wykrywać – tłumaczy Krzysztof, który w drugiej części swojej pracy, zajął się wykrywalnością różnego rodzaju chorób. I od razu podkreśla, że bioinformatyk oczywiście ma wiedzę z zakresu biologii, informatyki, statystyki, matematyki i genetyki, ale tę wiedzę wykorzystuje po to, by móc dobrze wnioskować.

– Kiedy już mamy wyniki, to oczywiście w tym momencie pojawia się kwestia interpretacji, a przede wszystkim przełożenia uzyskanych informacji na praktykę kliniczną, czy też praktykę wykorzystaną u zwierząt – mówi Krzysztof, który pracuje na genomach zwierzęcych i przyznaje, że wiele osób myśląc o biologii i biotechnologii, widzi laboratoria, mikroskopy, szalki. – Oczywiście to jest bardzo ważne i potrzebne nawet w pracy bioinformatyka, jeżeli mamy coś na przykład zwalidować. Ale dla mnie najciekawsze jest to, że wszystkie wyniki możemy zapisywać w komputerze. Mam tutaj na myśli przechowywanie danych oraz możliwości obliczeniowe, które można zapisać w postaci cyfrowej. Obecnie dostępne narzędzia zwiększyły nam skalę – z pojedynczych badań laboratoryjnych  do badań in silico, które możemy przełożyć na komputer, wytworzyć symulacje, zrobić model statystyczny,  czy też sprawdzić różnego rodzaju mutacje.

Krzysztof Kotlarz przyznaje, że dzisiaj w branży biotechnologicznej doktorat uznawany jest za element dojrzałości naukowej. Oznacza bowiem, że jego posiadacz umie postawić hipotezę, rozumie, na czym ona polega, umie napisać program, a więc ma wiedzę techniczną. A na samym końcu umie wyciągnąć wnioski i jest partnerem w analizie uzyskanych wyników dla biologa czy lekarza.  

– Badać można wiele różnych rzeczy, ale najważniejszy jest koncept, czyli to, co chcemy zbadać i jak to zrobić. Druga sprawa to podejście techniczne, czyli niekoniecznie jeżeli nie wyskakuje nam błąd, możemy być pewni, że wszystko jest w porządku. Komputer zawsze da nam jakiś wynik. Pytanie tylko, co ten wynik oznacza i czy jest on prawidłowy – mówi Krzysztof Kotlarz, podkreślając, że promotorka jego doktoratu, prof. Joanna Szyda, nauczyła go krytycznego myślenia i stawiania konkretnych hipotez. Na czwartym roku Szkoły Doktorskiej każda rozmowa doktoranta Krzysztofa Kotlarza z prof. Joanna Szydą jest tak naprawdę dyskusją dwóch badaczy, stawiających wspólne hipotezy, projektujących badania, dzielących się wnioskami z tych badań.

Krzysztof obronę doktorską ma przed sobą – do września musi oddać pracę, potem czeka na recenzje i wyznaczenie terminu na finał, który wiąże się z końcem grantu Preludium BIS. W planach zawodowych, między innymi, na pewno jest współpraca z uczelnią. – Nauka daje więcej wolności. Biznes jest nastawiony na konkretne rozwiązania, a w nauce wciąż możemy stawiać pytania, szukać na nie odpowiedzi i pracować z poczuciem, że błąd też jest istotną informacją– podkreśla Krzysztof Kotlarz.

W 2022 roku Krzysztof zdobył stypendium, pozwalające na udział w WCGALP 2022 „World Congress on Genetics Applied to Livestock Production”. To najważniejsza konferencja dla naukowców zajmujących się doskonaleniem genetycznym zwierząt gospodarskich.

• 

  Szkoła Doktorska UPWr: prof. Szyda i analiza bioinformatyczna

  Prof. Joanna Szyda: – Szkoła Doktorska UPWr to szansa dla ambitnych i pracowitych. Analiza danych, big data, data mining to nowoczesne narzędzia, które pozwalają naukowcom zupełnie inaczej spojrzeć na zwierzęta i mikroorganizmy, które badają.