РАЗГОВОР С УЧЕНЫМ: Ольга Дудченко из Киева — восходящая звезда в мировой науке

Фото предоставлено Ольгой Дудченко

 

В 2019 году украинка из Киева Ольга Дудченко вошла в список ученых «Инноваторы до 35» по версии MIT Technology Review Массачусетского технологического института (США).

Высокое признание ей принесли исследования в области геномики — раздела молекулярной генетики, изучающего наследственный материал в клетках живых организмов: Ольга улучшила технологию определения последовательностей генов — разработала алгоритм, позволяющий в разы быстрее и дешевле собрать фактический геном живого организма. Для широкой общественности это, пожалуй, слишком сложные материи.

А вот проект, организованный на базе этих изысканий, неизменно привлекает внимание масс: это «ДНК-зоопарк» (DNA Zoo) — цифровая база геномов животных. Выглядит эдаким прологом к событиям из фильма «Парк Юрского периода». На самом же деле все даже увлекательнее.

Ольга — без преувеличения, восходящая звезда в мировой науке, чьи работы цитируются во многих научных манускриптах, чей метод позволяет в считанные дни собрать в правильном порядке разрозненные элементы ДНК в единый целостный геном, охотно говорит о тонкостях своей работы, но избегает разговоров о личных достижениях.

«Генетика, геномика — активные области в современной науке, а мне удалось встроиться в них после переезда в США. И это не связано с какими-то моими уникальными способностями. Так случилось. Посмотрим, что будет дальше… Какая моя миссия в науке? Не смешите меня! Делаем все что можем, а что получается — то получается», — рассказала в интервью для Huxley Ольга.

 

ЗОЛОТАЯ ПРОПОРЦИЯ СЛУЧАЙНОСТЕЙ

 

Оценить мои достижения и успехи в науке можно будет только спустя много лет. Дело обычное: каждый действует в силу возможностей, и что-то у кого-то в конечном счете выходит. Иногда дается легко, иногда через силу. Иногда везет, и набранные тобой навыки выстреливают.

Есть люди, которые с раннего возраста знают, к чему стремятся, чего хотят. Я не из их числа. Я двигалась хаотично — эдакая броуновская частица. Выбирала путь из предлагаемого обстоятельствами ландшафта. Мой секрет успеха?

В точке бифуркации двигаться о-очень медленно в надежде, что кто-то или что-то задаст нужное направление с необходимой силой. Вот вся моя стратегия. Тогда словно идешь по светлой просторной долине и легко продвигаешься вперед.

В настоящий момент я все еще в «долине», связанной с генетикой и геномикой, со сборкой геномов, и, наверное, здесь я буду оставаться еще год-полтора. А там видно будет, какие бифуркации возникнут на пути.

Мой путь в науке определила серия счастливых случайностей. Сначала была школа №145 города Киева, «Природничо-науковий ліцей №145», что на улице Шота Руставели. Замечательное место! Я туда попала сравнительно случайно, и в этой случайности мне бесконечно повезло.

В нашей семье ценят образование, но выдающихся ученых, которые подтолкнули бы, направили меня в сторону серьезной науки, среди родственников не было. Родители всегда стремились дать мне возможность общаться с лучшими — талантливыми учителями и одаренными детьми.

Первый год моей одноклассницей была Марина Вязовская — ныне известный математик, профессор в Швейцарии — решившая задачу об упаковке шаров в восьмимерном пространстве.

После школы был МФТИ, Московский физико-технический институт, кафедра физики живых систем. В МФТИ я защитила кандидатскую, работала в бывшей лаборатории Анатолия Марковича Жаботинского — выдающегося биофизика и физико-химика.

Я занималась интереснейшей проблемой — перистальтикой. Есть несколько типов биологических насосов в человеческом организме. Все сразу думают о сердце — это активный насос, управляемый центрально.

Но есть система другая, например, желудочно-кишечный тракт, лимфатическая система, где этот насос, скажем так, распределенный, — нет конкретного органа, центральной системы, создающей высокое давление и приводящей все в движение.

Такие системы отвечают на импульсы локально, процессами управляют мышцы-рецепторы на конкретном участке, системы работают самоподдерживающимся образом, без участия центральной нервной системы.

Есть серия очень интересных, зрелищных экспериментов, демонстрирующих это. На удивление, было сделано довольно мало работ, исследующих скорость волн в таких системах, и я занялась этим. Но исследования подошли к концу, и нужно было двигаться дальше.

Шел 2012 год. Я обнаружила: научный ландшафт таков, что большинство областей так или иначе сдвигаются в сторону генетики, геномики, секвенирования. Думаю, мой приход в генетику в определенной степени тоже был случайностью: кого бы я ни выбрала научным руководителем, я все равно, с высочайшей долей вероятности, оказалась бы в области генетики.

Бассейн притяжения этой области науки очень велик и продолжает разрастаться. Этому способствует и пандемия, когда на первых полосах газет рассказывают о секвенировании геномов вирусов.

 

ГЕНЕТИКА — «БЕЖАТЬ ВМЕСТЕ С ПОЕЗДОМ»

 

В Штаты я переехала как постдок (научный сотрудник после получения докторской или кандидатской степени — прим. ред.). Дипломы физиков и математиков за рубежом признаются, и ты поступаешь на работу в научную лабораторию США так же, как и любой ученый, скажем, из Мемфиса, Женевы…

В США я, физик, математик, попала в совершенно другую область — в генетику, геномику. Я нашла руководителя, увлеченного своим делом. Он с готовностью принял меня, и мы окунулись в работу. Не было далеко идущих планов, был порыв: приступаем, а чем будем заниматься, определимся по пути.

Генетика сейчас очень перспективная область, притягательная и притягивающая. Она развивается настолько стремительно и динамично, что люди, посвятившие ей годы исследований, не имеют большого конкурентного преимущества в сравнении с новичками, все изменяется ежечасно, приходится буквально «бежать вместе с поездом».

Причин выбрать Штаты было несколько. Я довольно хорошо говорю на английском, это упрощало переезд. Кроме того, США — огромная страна со множеством университетов, колоссальными инвестициями в науку и, как мне кажется, большими возможностями, чем в Европе. Плюс семейные обстоятельства.

Мой молодой человек (теперь уже муж), с которым мы вместе учились в МФТИ, уехал работать над кандидатской диссертацией в Штаты. Пять лет мы мотались из России в США и наоборот. Но наступил момент, когда нам нужно было практическим путем решить задачу по сокращению расстояния между точками А и В. И мы ее решили в несколько итераций. Обычная история: современные ученые — это nomadic profession, кочевническая профессия!

 

МЕТОД СЕКВЕНИРОВАНИЯ ДНК НА ПРАКТИКЕ

 

С 2017 года, с момента завершения сборки генома человека, когда эта работа стоила более трех миллиардов долларов, картина изменилась. Собирать геномы стало легко, и мы запустили проект DNA Zoo. Выглядит это незатейливо: мы собираем геном животного и выкладываем его в свободный доступ.

Преимущественно информацией пользуются природоохранные организации, заповедники. Они ограничены в средствах и ресурсах, и проведение подобных исследований им не под силу, максимум, что они могут сделать — это выполнить локальное секвенирование с целью оценить особенности популяции интересующих их животных. Благодаря исследованиям, проведенным в 2001–2004 годах, многое на сегодняшний день упростилось. Существенно удешевилось секвенирование, появились методики нового поколения.

Как это происходит на практике? Типичная клетка человека содержит 46 хромосом — 46 очень длинных молекул полимеров, ДНК, которые состоят из букв А, D, G, C… Сейчас нет технологии, позволяющей «зайти» в клеточное ядро и «прочитать» хромосому от начала до конца. Потому действуем так. Берется куча клеток, из ядер извлекается ДНК.

ДНК — это такие длинные-длинные «спагетти», и когда ты начинаешь их извлекать, они ломаются, дробятся на маленькие фрагменты. Но есть способы, позволяющие «прочитать» отдельные извлеченные фрагменты. Из них, как пазл, потом нужно собрать цельный текст, соответствующий последовательности букв всей хромосомы.

Чем короче участок «читаемого текста» молекулы, тем дешевле эксперимент, но при этом тем сложнее задача сборки. Сейчас ведутся работы по увеличению длины «текста» фрагмента. Это все еще сравнительно дорого, но длина «текстовых отрывков» увеличивается, и, думаю, вскоре мы научимся читать хромосому от начала до конца.

 

 

ВИЗУАЛЬНЫЙ ЯЗЫК НА ОСНОВЕ HI-C ТЕХНОЛОГИИ — НАШЕ ГЛАВНОЕ ДОСТИЖЕНИЕ

 

На основе методов, разработанных и опубликованных в 2017 году в статье в журнале Sсience, мы создали несколько программных инструментов, инструментов по визуализации, которые позволяют даже при работе с самыми дешевыми, очень короткими последовательностями собирать геномы до полных хромосом.

Эти идеи родились не в 2017-м. Они выстроились вокруг технологии Hi-C, которую мой нынешний руководитель и сооснователь «ДНК–зоопарка» Эрез Айден совместно со своими коллегами предложил в 2009 году. Это метод исследования расположения ДНК внутри ядра.

46 длинных «спагетин» каким-то образом упакованы в ядре и упакованы не в случайном порядке, а строго регламентировано. Определенные последовательности всегда оказываются рядом, некоторые ближе к поверхности, некоторые — внутри ядра. За всем этим стоит крайне интересная биология. Используя Hi-C, мы эту информацию сравнительно просто и дешево считываем.

А предложенный нами пространственный аспект помогает в сборке генома. Это приблизительно то же самое, что начать собирать картинку-пазл с бортика: ты можешь использовать некоторую геометрическую информацию, не связанную с содержанием внутри.

Мы написали много кодовых программ, визуализаций, валидаций, позволяющих исследовать особые аспекты упаковки ДНК и использовать эти данные для сбора ДНК в геноме. Постепенно наши инструменты стали общепринятыми. Сейчас каждую неделю стараемся выкладывать 1–2 генома для общего пользования.

То, что Ні-С-технологию можно будет использовать так — для сборки малого в большое — было понятно еще в 2009 году, когда о ней заявили впервые. Вопрос был в том, как наладить эту сборку на практике. Мы разработали понятный алгоритм, доступный и ясный, а главное, создали visual language на основе технологии, то есть визуализировали этот процесс.

Это наше главное достижение. Можно написать хороший алгоритм, можно его улучшить или научить искусственный интеллект выполнять все это. Но важно иметь возможность быстро понять, является ли осмысленным результат.

Если показать наш принцип шестилетнему ребенку, то он вполне сможет собрать простые геномы, используя наш визуальный код и программы. Они интуитивны, моментально дается валидация результатов. Визуальные языки всегда нравятся людям.

Визуализация подается в виде карт. Недавно мы еще добавили возможность визуализировать отдельно материнские и отцовские хромосомы. У человека 46 хромосом — 23 пары хромосом от каждого из родителей. И когда собирают геномы, берут 23 хромосомы — нечто среднее между папиными и мамиными. В человеческом ядре хромосомы от обоих родителей довольно близки, у других видов все сложнее.

 

«ДНК-ЗООПАРК» — ЭТО ПРАКТИЧЕСКОЕ ВОПЛОЩЕНИЕ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

 

В какой-то момент мы подумали: «Почему бы нам этого не сделать? Мы ведь можем!» Эдакое практическое воплощение фундаментальных исследований. Таков был запрос времени и общества. Обнаружилось много специалистов, которым нужны были геномы для продвижения в их научных отраслях, они буквально побирались по разным специализированным лабораториям или компаниям.

А те надували щеки и рассказывали, как это все сложно, и запрашивали за работу уйму денег. Нас это немало смущало, потому что эти же компании использовали наши инструменты, уже выложенные в общий доступ. И мы решили: пора все расставить по своим местам.

Нашей задачей было сделать методику сборки с помощью Hi-C демократичной, доступной. Да, это рискованный эксперимент — отдавать все свои наработки, но мне кажется, в настоящее время он довольно успешен. Люди работают с нашими геномами, ведут научную деятельность, публикуют статьи, делают какие-то выводы… Проект приносит пользу.

Почему «зоопарк»? У меня на это стандартный ответ-триада. Во-первых, животные крутЫ, у них есть много разных интересных особенностей, навыков, определяемых генетикой. Здорово понять, что, откуда и зачем. Во-вторых, мы действительно можем помочь сохранить вымирающие виды. В числе наших партнеров много зоопарков, природоохранных организаций, заповедников. Чем мы можем помочь?

Допустим, есть небольшая популяция, в которой сохраняется незначительная вариативность генов. Незначительная вариативность — это зачастую плохо: в случае изменений среды обитания, возникновения инфекции практически вся популяция оказывается под угрозой.

Чем больше генетическая вариативность, тем выше вероятность выживания вида, потому большинство программ ориентированы на сохранение максимально высокой вариативности. Если действовать в случайном порядке, скрещивать близких родственников, проблемы это не решит.

Когда же ты знаешь, что пару составляют животные, не состоящие в близком родстве, есть надежда получить здоровое, качественное потомство. Собственно, весь набор генетических тестов, которые проводятся для людей, делают и для животных. И в-третьих, есть аспект эгоистичный: когда хочешь знать больше о себе, нужно знать больше о родственниках.

В частности, об их здоровье. Животные — наши дальние родственники, и понимание их генома будет полезно и нам, людям. Один из вопросов, на который, мы надеемся, животные помогут нам ответить, — мы занимаемся им в рамках проекта Encode — это поиск функционально важных элементов в геноме человека.

Об этом слышали, наверное, все: куча цифр, море споров, что там в нашем геноме «мусор», что «не мусор», где белковые последовательности, где небелковые… ДНК человека большая, и не все мы о ней знаем. Знание генома наших далеких родственников позволяет нам сделать определенные выводы.

Ведь если последовательность букв одна у всех млекопитающих — приматов, мышей, китов — остается неизменной, не мутирует, скорее всего, это означает, что она несет некую функциональную нагрузку. Это дает нам намеки на то, какие последовательности в ДНК человека имеют важное значение.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ МАТЕРИНСКИХ И ОТЦОВСКИХ ХРОМОСОМ

 

Возможно, в ближайшее время мы будем разрабатывать новые приложения, например, с инструментарием для разделения отцовских и материнских хромосом, сейчас эта тема мало раскрыта. Также мы работаем с клиническими образцами ДНК человека, ищем способы диагностики болезней, вызванных поломкой одной из хромосом в паре. В отличие от сборки генома, которая уже сформировалась как отдельное направление, в этой области нужных инструментов пока меньше.

Многие компании, занимающиеся клиническим секвенированием, проявляют интерес к нашей работе по разделению хромосом. Хочется надеяться, в партнерстве или сами, что-то сделаем. Но говорить об этом рано.

Месяц назад вышла наша новая статья в Sсience с некоторыми наработками в этом направлении. Там мы собираем геномы с помощью метода Ні-С, а подспудно анализируем еще и данные о расположении хромосом в ядре. В статье мы рассматриваем 24 генома и показываем, что есть два основных типа расположения хромосом в ядрах.

В одном типе хромосомы занимают отдельные места, ячейки, в клеточном ядре и практически не перемешиваются, во втором же они, можно сказать, выстроены в ряд. В этой публикации мы разбираем вопросы жесткости хромосом, описываем также исследование, проведенное в первую очередь усилиями наших коллег и соавторов из Нидерландов, — попытку сломать этот механизм, превратить один тип укладки в другой. Мы берем человеческое ядро, ломаем порядок укладки хромосом и получаем нечто близкое к ядру дрозофилы.

 

МЫ ВЫЛОЖИЛИ СВОЮ БАЗУ, И МИР НЕ РУХНУЛ!

 

Мы с шефом сошлись на продвижении некоммерческой идеи. Мы обсуждали вопрос основания коммерческой компании, но прежде решили пойти на эксперимент. На тот момент это было ново, неожиданно, нетипично, уже публиковались подобные базы данных, но с большим количеством ограничений для пользователя.

А исследователям нужны знания, нужны данные, чтобы двигаться вперед. Нам надоело слушать жалобы коллег на невозможность получить необходимую для работы информацию, на закрытость исследований. И мы поступили радикально: выложили свою базу, просто чтобы увидеть, что будет. И мир не рухнул!

Да, иногда люди публикуют работы на наших данных без упоминания о нас, за всем не уследишь. К нам обращаются, нас просят обработать какой-либо образец. Мы никогда не отказываем, но предупреждаем, что все результаты будут обнародованы. Такое условие, как правило, принимается. Хочется надеяться, что мир становится немножечко лучше от того, что мы позволяем другим пользоваться своими наработками.

 

О НАЦИОНАЛЬНОМ САМООЩУЩЕНИИ

 

Я уехала из Украины в далеком 2001 году, так что уже большая часть жизни прошла за пределами страны. Но мои родители живут в Киеве, я езжу к ним. Вот совсем недавно мы вернулись оттуда — наконец познакомили бабушек и дедушек с внуком, который родился во время пандемии. К счастью, работа и в целом ситуация от меня сейчас не требует определяться с этим сложным вопросом, и я этому рада.

 

КАК ИЗМЕРИТЬ УСПЕХ УЧЕНОГО

 

Формально успех, достижения ученого измеряются в публикациях. По крайней мере, меня учили, что когда ты ищешь работу в научном мире, кроме твоих статей никого более ничего не интересует. А если субъективно… Если человек увлечен своей работой, если вопрос, над которым он работает, поднимает его по утрам с постели, то это, наверное, успешный ученый — в том смысле, что он счастлив. Насколько это возможно.

Наука — это индустрия, не так уж сильно отличающаяся от всех других индустрий. Работа ученого мало отличается от любой другой работы. Есть бюрократия, есть политика, есть своя структура… Кто-то более успешно с этой структурой взаимодействует, кто-то менее.

Взаимодействие не всегда коррелируется с важностью научных результатов. Приведу один, уже много раз обсуждавшийся пример. Женщина-ученый годами не могла получить финансирование, перебивалась кое-как, наконец ушла в индустрию… А через много-много лет она оказалась на переднем крае разработки РНК-вакцин — передовой, необыкновенно востребованной сейчас, как все, я думаю, знают, темы.

 

КНИГА О ГЕНОМНОЙ ГОНКЕ СТАНЕТ БЕСТСЕЛЛЕРОМ

 

В Америке сегодня геномика и генетика на взлете. Неизвестно, как будет дальше, много усилий в этом направлении прикладывает и Китай, и другие страны… Но пока лидирует Америка. Здесь люди работают по-настоящему увлеченно. Думаю, об этом периоде когда-нибудь будут написаны книги.

Как одна из моих любимых — «Охотники за микробами» Поля де Крюи. Это о том, как в ранние годы ученые разбирались с инфекционными болезнями, о периоде от первой вакцины до Пастера и далее. Про США времен поздней геномной гонки тоже можно было бы что-то подобное написать. Конечно, уже много опубликовано! Но есть материалы еще для бестселлера.

 

ОЩУЩЕНИЯ ОБ УКРАИНСКОЙ НАУКЕ

 

Сейчас, вероятно, Украина не может серьезно внутри страны поддержать генетику и геномику — слишком дорогие эксперименты. Наверное, надо отпускать людей. Пусть едут, пусть ищут свои области и применение своим знаниям. Держать талантливых детей и рассчитывать на то, что каким-то образом они сами создадут украинскую геномику, это нереально.

Кто-то, возможно, потом вернется в новом статусе, кто-то будет приезжать по семейным обстоятельствам, будут какие-то совместные проекты. Необходимо дать возможность и какую-то минимальную, но безусловную поддержку искать себя. И так сложно, мешать не нужно. Как любил говорить мой бывший научный руководитель, мир велик, Бог не злонамерен. Это немало, это вселяет надежду.

 

---

При копировании материалов размещайте активную ссылку на www.huxley.media