Teaching Bioinformatics With Skate DNA – Biomedical Beat Blog – National Institute of General Medical Sciences

Teaching Bioinformatics With Skate DNA – Biomedical Beat Blog – National Institute of General Medical Sciences

April 28, 2021 0 Von admin

Καθώς οι υπολογιστές έχουν προχωρήσει τις τελευταίες δεκαετίες, οι ερευνητές μπόρεσαν να εργαστούν με μεγαλύτερα και πιο σύνθετα σύνολα δεδομένων από ποτέ. Η επιστήμη της χρήσης υπολογιστών για τη διερεύνηση βιολογικών δεδομένων ονομάζεται βιοπληροφορική και βοηθά τους επιστήμονες να κάνουν σημαντικές ανακαλύψεις, όπως η εύρεση εκδόσεων γονίδια που επηρεάζουν τον κίνδυνο ενός ατόμου να αναπτύξει διάφορους τύπους καρκίνου. Πολλοί επιστήμονες πιστεύουν ότι σχεδόν όλοι οι βιολόγοι θα χρησιμοποιούν τη βιοπληροφορική σε κάποιο βαθμό στο μέλλον.

Ένα σύμπλεγμα από κουκκίδες διαφόρων μεγεθών που συνδέονται με λαμπερές γραμμές.
Το λογισμικό βιοπληροφορικής χρησιμοποιήθηκε για τη δημιουργία αυτής της αναπαράστασης ενός βιολογικού δικτύου. Πίστωση: Benjamin King, Πανεπιστήμιο του Maine.

Ωστόσο, η βιοπληροφορική δεν περιλαμβάνεται πάντα στα προγράμματα βιολογίας κολεγίων και πολλοί από τους σημερινούς ερευνητές έλαβαν την εκπαίδευσή τους πριν η βιοπληροφορική διδαχθεί ευρέως. Για την αντιμετώπιση αυτών των κενών, οι πυρήνες βιοπληροφορικής των πέντε βορειοανατολικών IDeA Networks of Biomedical Research Excellence (INBREs)—που βρίσκεται στο Μέιν, στο Ρόουντ Άιλαντ, στο Ντέλαγουερ, στο Βερμόντ και στο Νιου Χάμσαϊρ— συνεργάστηκαν για να προσφέρουν βασική εκπαίδευση βιοπληροφορικής σε φοιτητές και ερευνητές. Η συνεργασία ξεκίνησε το 2009 με ένα έργο όπου οι ερευνητές ακολούθησαν το γονιδίωμα ενός ψαριού που λέγεται το μικρό πατίνι (Leucoraja erinacea) και χρησιμοποίησε τα δεδομένα για την ανάπτυξη εκπαιδεύσεων.

The Little Skate Genome-Sequencing Project

Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν το μικρό πατίνι που κατοικεί στον ωκεανό ως α ερευνητικός οργανισμός να μελετήσει πώς τα νεφρά ρυθμίζουν τη συγκέντρωση αλατιού στο σώμα των οργανισμών. Αφού οι πυρήνες της βιοπληροφορικής άρχισαν να αλληλουχούν το γονιδίωμα του μικρού skate, πραγματοποίησαν τέσσερα εργαστήρια, διδάσκοντας περίπου 50 μαθητές συνολικά να αναλύουν γενετικές πληροφορίες χρησιμοποιώντας τα μικρά δεδομένα του skate. Δεδομένου ότι οι μαθητές εργάζονταν με ένα νέο σύνολο δεδομένων, μπορούσαν να κάνουν περισσότερα από το να επαναλαμβάνουν τυπικές ασκήσεις μάθησης—θα μπορούσαν να συμμετέχουν σε συνεχή έρευνα και να συνεισφέρουν στη γνώση των επιστημόνων για το γονιδίωμα του skate.

Ένα ψάρι που μοιάζει με τσουρέκι κοντά στην επιφάνεια του νερού.
Ένα μικρό πατίνι. Πίστωση: Βιολογικό Εργαστήριο Νήσου Έρημου Όρους.

Ο Dan Nasko, Ph.D., παρακολούθησε το εναρκτήριο εργαστήριο γονιδιώματος του μικρού skate το 2010 ως προπτυχιακός με ειδίκευση στην ανάπτυξη φαρμακευτικών προϊόντων στο Πανεπιστήμιο West Chester της Πενσυλβάνια και εργαζόταν σε μια εταιρεία βιοτεχνολογίας κοντά στην πανεπιστημιούπολη του Πανεπιστημίου του Ντέλαγουερ. Ήταν η πρώτη του πρακτική εμπειρία με τη βιοπληροφορική. «Το εργαστήριο μου άνοιξε την όρεξη για ό,τι βρήκα ενδιαφέρον, ό,τι έβρισκα πρόκληση και ό,τι νόμιζα ότι έπρεπε να μάθω περισσότερα», λέει ο Δρ Nasko. „Ήταν ένα πολύ καλό εφαλτήριο για να συναντήσετε άλλους ανθρώπους και να αναπτύξετε ένα σύνολο εργαλείων βιοπληροφορικής.“ Συνέχισε για να αποκτήσει Ph.D. στη βιοπληροφορική και στη βιολογία συστημάτων, και σήμερα εργάζεται ως ανώτερος επιστήμονας δεδομένων σε μια εταιρεία που αναλύει την αλληλουχία των γονιδιωμάτων των μικροβίων για διάφορες βιομηχανίες.

Μακροπρόθεσμος αντίκτυπος

Το έργο αλληλουχίας του γονιδιώματος του μικρού πατινιού ολοκληρώθηκε το 2014, αλλά ενέπνευσε εκπαιδεύσεις βιοπληροφορικής που έχουν φτάσει σε πολλούς ανθρώπους από τότε. Μετά τα εργαστήρια, οι πυρήνες ανέπτυξαν προγράμματα σπουδών που χρησιμοποιούν νέα σύνολα δεδομένων για τη διδασκαλία της βιοπληροφορικής σε προπτυχιακό και μεταπτυχιακό επίπεδο, όπως έκαναν τα εργαστήρια. Για αρκετά χρόνια, εκατοντάδες μαθητές σε όλες τις Ηνωμένες Πολιτείες έμαθαν βασική βιοπληροφορική μέσω αυτών των προγραμμάτων σπουδών. «Η χρήση νέων συνόλων δεδομένων στην εκπαίδευση βιοπληροφορικής, όπως αυτό που κάναμε στα αρχικά εργαστήρια γονιδιώματος του skate, εμπλέκει τους μαθητές βάζοντάς τους να συμμετέχουν στη διαδικασία της ανακάλυψης», είπε.
Benjamin King, Ph.D.επίκουρος καθηγητής βιοπληροφορικής στο Πανεπιστήμιο του Maine στο Orono και συνδιευθυντής του Maine INBRE Bioinformatics Core.

Ο Δρ. Benjamin King διδάσκει μπροστά σε τέσσερις συμμετέχοντες στο εργαστήριο.
Ο Δρ. Benjamin King διδάσκει ένα εργαστήριο βιοπληροφορικής. Πίστωση: Βιολογικό Εργαστήριο Νήσου Έρημου Όρους.

Το έργο οδήγησε επίσης στην ανάπτυξη του εβδομαδιαίου μαθήματος εφαρμοσμένης βιοπληροφορικής για επιστήμονες. Ο Δρ King και οι συνεργάτες του στο Dartmouth College στο Ανόβερο του Νιού Χάμσαϊρ, με την υποστήριξη του New Hampshire INBRE, δημιούργησαν την εκπαίδευση και οι πυρήνες βιοπληροφορικής την παρουσίασαν για πρώτη φορά το 2012. Έκτοτε την προσφέρουν κάθε χρόνο. Περισσότεροι από 200 επιστήμονες σε όλα τα στάδια καριέρας έχουν παρακολουθήσει το μάθημα μέχρι σήμερα.

«Αυτή η ιδέα της παροχής συλλογικής ερευνητικής εκπαίδευσης ήταν ένα άμεσο αποτέλεσμα του έργου αλληλουχίας του γονιδιώματος του μικρού πατίνι», λέει ο Δρ Κινγκ. „Και μαθήματα όπως το μάθημα εφαρμοσμένης βιοπληροφορικής είχαν έναν αντίκτυπο που νομίζω ότι είναι πραγματικά πολύ φανταστικός.“

Η εργασία αυτή υποστηρίχθηκε από την Πρόγραμμα Βραβείων Θεσμικής Ανάπτυξης (IDeA). μέσω επιχορηγήσεων NIGMS P20GM103423, P20GM103449, P20GM103446, P20GM103430και P20GM103506.