Szkoła Doktorska UPWr: prof. Szyda i analiza bioinformatyczna

Prof. Joanna Szyda z Katedry Genetyki na Wydziale Biologii i Hodowli Zwierząt w swoich badaniach łączy genetykę, analizę statystyczną i matematykę. Jak tłumaczy, dzisiejsza genetyka to już nie są legendarne groszki Pana Mendla, na przykładzie których uczy się w szkole dziedziczenia cech.

– Nasza wiedza sięga coraz głębiej, ale to oznacza, że potrzebujemy też narzędzi, które pozwolą nam zdobywane dane grupować, analizować i wyciągać z nich wnioski. Tymi narzędziami są statystyka matematyczna właśnie i informatyka, bo trudno sobie wyobrazić współczesne badania genetyczne, przy coraz większej precyzji, bez oprogramowania pozwalającego uzyskiwane dane analizować. Nie da się tego robić „ręcznie”, na papierze, czy mówiąc kolokwialnie, „na piechotę”, tym bardziej, że obecne dane biologiczne to często dane wielkoskalowe, wpisujące się do modnej kategorii big data czy data minig – tłumaczy prof. Joanna Szyda.

Jak podkreśla wiceprzewodnicząca Rady Dyscypliny Zootechnika i Rybactwo, Szkoła Doktorska na Uniwersytecie Przyrodniczym we Wrocławiu to miejsce, gdzie młodzi naukowcy szukający wyzwań, mogą się realizować w dobrych zespołach badawczych.

– Nasza Szkoła Doktorska jest otwarta na ludzi ambitnych. Ale też daje wiele możliwości – podkreśla prof. Szyda.

Jednym z tych ambitnych jest Krzysztof Kotlarz, laureat pierwszej edycji grantu Narodowego Centrum Nauki „Preludium Bis”. Doktorant Szkoły Doktorskiej UPWr jest jednocześnie studentem pierwszego roku studiów magisterskich, ponieważ takie możliwości daje grant „Preludium Bis”. Jego praca doktorska polega na zastosowaniu metod sztucznej inteligencji do analizy danych wielkoskalowych – czyli właśnie big data – w kontekście analizy genetycznej populacji bydła. Pierwsza część projektu polega na zastosowaniu metod głębokiego uczenia (ang. Deep learning) do stworzenia klasyfikatora poprawnie i niepoprawnie zidentyfikowanych polimorfizmów na podstawie danych o całych sekwencjach DNA genomu, tzw. DNAseq. 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.

– Pan Krzysztof zajmuje się też analizą innych danych wielkoskalowych. To dodatkowy projekt. Wykorzystujemy klasyczne narzędzie biostatystyki – liniowe modele mieszane (ang. Linear mixed models) do obliczenia efektów genów, których ekspresja zmienia się w warunkach stresu cieplnego. Projekt ten wykorzystuje inny rodzaj biologicznych danych wielkoskalowych – ekspresję całego egzomu, tzw. RNAseq szczurów, jako gatunku modelowego – tłumaczy prof. Joanna Szyda.

Aktualnie Szkoła Doktorska, w której wiceprzewodnicząca Rady Dyscypliny Zootechnika i Rybactwo jest jednym z promotorów, zgłosiła projekt doktoratu pt. „Analiza mikrobiomu gleby na terenach zanieczyszczonych przemysłowo", czyli porównanie składu gatunkowego oraz ilościowego mikrobiomów glebowych.

– Analiza obejmie gleby z terenów poprzemysłowych, np. hut miedzi Legnica i Głogów oraz odpowiadających im pod względem charakterystyki morfologicznej i typu użytkowania, gleb z terenów nie objętych działalnością przemysłową hut, służących za grupę kontrolną – mówi prof. Joanna Szyda i od razu wyjaśnia, że w zależności od możliwości finansowych projektu, planowane jest pozyskanie sekwencji regionów genu kodującego podjednostkę 16S rybosomu lub sekwencji całych genomów mikroorganizmów glebowych z technologii shot-gun.

Praca w tym projekcie realizowanym w dziedzinie nauk biologicznych to m.in. analiza bioinformatyczna DNA reprezentujących mikrobiom próbek gleby i analiza statystyczna danych.

Natomiast w dziedzinie nauk rolniczych Szkoła Doktorska czeka na kandydata, wraz z którym będzie rozwijać najnowszą metodykę statystyczną przewidywania wartości genetycznej buhajów. Do tego celu posłuży tzw. model jednostopniowy, wykorzystujący wszystkie dostępne źródła informacji, jakimi są wydajności osobników oraz ich genotypy.

– Jak więc widać, nauki rolnicze to dzisiaj również znajomość statystyki matematycznej, umiejętność pracy z różnorodnym oprogramowaniem rozwijanym w trybie open-source oraz jego instalacji czy tworzenia własnych programów w języku Python oraz R. Szkoła Doktorska na Uniwersytecie Przyrodniczym daje możliwość ich rozwijania, ale też stwarza szanse na pracę w międzynarodowych zespołach badawczych – podkreśla prof. Joanna Szyda i dodaje, że dzięki pracy genetyków i wykorzystywanych przez nich narzędzi informatycznych zwierzęta zdradzają naukowcom coraz więcej tajemnic. Dzieje się tak również dzięki pracom doktorskim realizowanym na Uniwersytecie Przyrodniczym we Wrocławiu. 

kbk