О кафедре



О кафедре: [Руководство кафедры] [Преподаватели и сотрудники] [Студенты] [Выпускники] [Курсовые и дипломные работы] [Список спецкурсов]



Коротко о кафедре

Кафедра Информационной биологии основана в 2003 году на Факультете естественных наук Новосибирского Государственного Университета.

Кафедра Информационной биологии готовит выпускников ФЕН НГУ по специальности «Биология» со специализацией по информационной биологии. На кафедре готовят молодых специалистов для работы в научно-исследовательских организациях, занимающихся решением фундаментальных биологических проблем, экологии, медицины, охраны окружающей среды и т. д., а также проблем, решаемых на стыках биологии и таких наук как математика, информатика, физика, химия.

Основные актуальные направления информационной биологии:

  • создание компьютерных баз данных для хранения экспериментальной информации о структуре и функции биологических объектов на всех уровнях их иерархии начиная с молекулярно-генетического, включая организменный и заканчивая популяционным;
  • разработка алгоритмов и пакетов программ для анализа информации, накапливаемой в перечисленных выше базах данных;
  • разработка теоретических и компьютерных методов анализа геномов и изучение их информационного содержания;
  • изучение механизмов хранения, реализации и передачи наследственной информации, закодированной в геномах;
  • создание компьютерных технологий моделирования генных сетей и процессов, в том числе фундаментальных: репликации, транскрипции и т.д.;
  • моделирование структурной организации и функции генетических макромолекул, молекулярных взаимодействий между ними;
  • изучение закономерностей эволюции генетических макромолекул и генных сетей;
  • разработка теоретических и информационно-компьютерных основ моделирования генных сетей продуцентов с заданными свойствами;
  • создание математических моделей функционирования клеток и целых организмов на основе информации, записанной в их геномах;
  • создание математических моделей воспроизведения, функционирования и эволюции популяций и экосистем;
  • разработка теоретических основ фармакологии, биотехнологии и агробиологии нового поколения.

Базовым институтом для обучения студентов кафедры информационной биологии является Институт цитологии и генетики СО РАН. Сотрудники  института, ведущие специалисты в области биоинформатики и системной биологии, читают лекции, проводят практические занятия и руководят выполнением дипломных работ. Возможность пройти преддипломную практику предоставляют студентам около 10 научных подразделений института. К их числу относится, прежде всего, отдел системной биологии, имеющий многолетний опыт подготовки высококвалифицированных кадров. Заведует отделом академик РАН Н.А. Колчанов.

ИЦиГ СО РАН предоставляет кафедре информационной биологии  материально-техническую базу, необходимую для подготовки специалистов-биоинформатиков. Для проведения учебных занятий и индивидуальной работы студентов имеется оснащенный современным оборудованием компьютерный класс (каб. 1037).



Кафедра в цифрах


Кафедра была организована в 2003 году, в том же году был осуществлен первый набор студентов. Через два года в 2005 году, был первый выпуск.


За период 2005-2013 г.г. было выпущено 44 студента. 27 из них поступили в аспирантуру и 4 в магистратуру.

[Назад]



Востребованность работы кафедры


1. Огромный рынок труда в области информационной биологии

Разработка эффективных технологий теоретического анализа и компьютерного моделирования генетических систем и процессов обеспечивает прорыв в области управления функциями геномов, селекции, в создании трансгенных животных и растений, медицине, фармакологии, агробиологии, биотехнологии, генотерапии, генодиагностике, и других высоких технологиях. Именно с их развитием связаны надежды на решение множества проблем, критических для устойчивого развития человечества в XXI веке.

Вот почему в последнее десятилетие исследования в области информационной биологии проводятся широким фронтом в ведущих научно-исследовательских оганизациях и университетах США, Англии, Германии, Японии, Франции, Италии, где этим работам придается ранг национальных программ. Крупнейшие фармакологические, биотехнологические и агробиологические компании мира осуществляют огромные инвестиции в развитие информационных технологий современной биологии.

Только в ближайшие годы на финансирование исследований в области информационной биологии мировой наукой будет потрачено до 10 миллиардов долларов. Стремительное развитие этой области знаний создает огромный рынок труда, и для его насыщения требуется подготовка огромного количества специалистов, владеющих методами информационной биологии.

2. Почему в России необходимо разворачивать подготовку специалистов в области информационной биологии?

Несмотря на острейший социально-экономический кризис, значительное свертывание объемов научных исследований и научно-прикладных разработок, в нашей стране имеется острая потребность в специалистах, способных работать в области информационной биологии.

Для того чтобы в первые десятилетий XXI века Россия сумела отстоять свои национальные интересы и заняла достойное место среди развитых стран мира, необходимы условия для массовой подготовки специалистов, способных работать в области информационной биологии. Специалисты по информационной биологии в будущем должны подготавливаться в вузах России примерно в таких же масштабах, как в настоящее время специалисты в области физики, химии и других массовых наук.

Следует подчеркнуть важный аспект рассматриваемой проблемы, связанный с гражданской ответственностью науки и образовательной системы за судьбы своей страны. Достижения молекулярной биологии, молекулярной генетики, клеточной биологии последних десятилетий привели к тому, что гарантированное обеспечение национальной безопасности любой страны критическим образом зависит от владения технологиями информационной биологии как для получения новых фундаментальных знаний, так и для их практического использования.

Сказанное выше в полной мере относится и к нашему Отечеству — России. Только развернув в необходимых масштабах качественную подготовку специалистов в области информационной биологии, можно рассчитывать на то, что нашей стране удастся в ближайшем будущем в полной мере воспользоваться плодами произошедшей революции в биологии для решения своих национальных проблем в области здравоохранения, агропромышленного производства, обороны, сохранения и восстановления окружающей среды, создания качественно новых видов индустрии, которые будут определять конкурентоспособность национальных экономик в XXI веке и т.д. В противном случае наша страна обречена на стремительное и гарантированное отставание со всеми вытекающими отсюда политическими и экономическими проблемами.

3. Создание кафедры информационной биологии на факультете естественных наук НГУ

В качестве ответа на острую потребность в широкомасштабной подготовке специалистов в области информационной биологии предлагается создание в Новосибирском государственном университете кафедры информационной биологии на базе факультета естественных наук.

Для работы в области информационной биологии необходимы фундаментальные знания в области биологии, математики, информатики, физики. Поэтому предлагается осуществлять подготовку специалистов по информационной биологии на основе интегративного подхода с использованием образовательных ресурсов нескольких факультетов и кафедр НГУ. При этом кафедра информационной биологии ФЕН НГУ должна выступать в качестве интегрирующего центра в этом образовательном процессе.

Следует подчеркнуть, что на ФЕН НГУ в течение более чем 30 лет в рамках описанного выше интегративного подхода ведется обучение студентов по специальности «математическая биология», которая была создана по инициативе член-корр. АН СССР А.А.Ляпунова. С момента ее создания эта специализация возглавляется и курируется профессором кафедры цитологии и генетики ФЕН НГУ В.А.Ратнером, благодаря энергии и самоотверженной работе которого за 30 лет подготовлено более 100 выпускников НГУ.

При этом обучение по специальности «математическая биология» проходили студенты следующих выпускающих кафедр ФЕН НГУ: кафедры цитологии и генетики, кафедры молекулярной биологии, кафедры общей биологии, кафедры молекулярной биологии. По этой специальности получали образование студенты Кафедры химической физики и биофизики ФФ НГУ, а также ряда кафедр ММФ НГУ.

Студенты НГУ, получившие образование по специальности «математическая биология», составляют «костяк» группы ученых, ведущих исследования по информационной биологии в ИЦиГ СО РАН. Много математических биологов работает в настоящее время и в других научных организациях и университетах как в России, так и за рубежом. При этом некоторые из них являются общепризнанными лидерами научных направлений в информационной биологии как в России, так и за рубежом.

Наработанный опыт подготовки специалистов — матбиологов, основанный на взаимодействии факультетов и кафедр НГУ, должен быть положен в основу при создании оптимальной системы обучения по специальности «Информационная биология».

Организация подготовки специалистов по такой новой специальности, как информационная биология, — дело сложное и трудоемкое. Представляется, что именно НГУ, который с момента своего создания отличался пионерским подходом к технологии образования, наилучшим образом из всех университетов России способен решить эту задачу.

Открытие кафедры информационной биологии повысит престиж НГУ и подтвердит его роль одного из лидеров в поиске новых форм обучения и освоения новых областей образовательного пространства.

4. Знания, необходимые специалистам в области информационной биологии

Информационные биологи должны иметь глубокие знания в следующих областях:

  1. Весь спектр базовых биологических дисциплин,включая общую биологию, цитологию, общую генетику, молекулярную биологию, молекулярную генетику, экологию, физиологию, биофизику, введение в основы биохимии, генетику человека.
  2. В области математики необходимо знание специальных разделов, в том числе: теории графов, теории оптимизации, методов решения обратных задач, теории классификации и распознавания образов, математической лингвистики, методов анализа и синтеза сложных систем, теории информации, теории управления, дискретного анализа и комбинаторики, теории кодирования информации и др.
  3. В области физики необходимо знание таких дисциплин, как молекулярная физика, химическая кинетика, химическая термодинамика, физика макромолекул, синергетика, биофизика, теория неравновесных процессов, основы квантовой и статистической физики.
  4. Необходимо знание основных разделов информационной биологии, включая: теоретическую биологию, теоретическую генетику, теорию молекулярной эволюции, теорию популяций, теорию биологической регуляции, теорию молекулярно-генетических систем, методы компьютерного моделирования биологических систем и процессов на различных уровнях их организации (молекулярный, клеточный, организменный, популяционный, биогеоценотический), теорию генетических алгоритмов, теорию самовоспроизводящихся систем, технологии создания информационных ресурсов для перечисленных выше разделов биологии (баз данных, электронных библиотек, интернет-ресурсов и т.д.).
  5. Для развития биологического мышления у студентов-информационных биологов необходимо прохождение практикума по генетике дрозофилы и цитологического практикума.

5. Интегративный подход к подготовке специалистов в области информационной биологии

Итак, в основе предлагаемого подхода к обучению по специальности «Информационная биология» должны лежать: 1) получение студентами фундаментальных знаний в течение первых лет обучения на одном из базовых факультетов НГУ (факультете естественных наук, механико-математическом факультете, факультете информационных технологий, физическом факультете; 2) получение необходимых дополнительных знаний в ходе последующего обучения на кафедре информационной биологии, которая будет обеспечивать организацию учебного процесса в тесной кооперации с выпускающими кафедрами указанных факультетов.

В целях достижения высокого уровня обучения, а также экономии денежных средств, прохождение спецкурсов по большинству перечисленных выше математических, физических, химических, информационных дисциплин должно осуществляться на профилирующих кафедрах ФЕН НГУ (кафедра цитологии и генетики, кафедры физиологии, кафедры общей биологии), физического факультета НГУ (кафедра химической кинетики и др.), механико-математического факультета НГУ, факультета информационных технологий НГУ.

При прохождении обучения по большинству из перечисленных выше дисциплин студенты, получающие специализацию в области информационной биологии, должны вливаться в учебные потоки, организуемые перечисленными выше факультетами и кафедрами для своих студентов. Для этого необходимы официальные договоренности между факультетами и кафедрами, а также соответствующая доплата тем преподавателям, лекции, семинары и практические занятия которых будут посещать студенты-информационные биологи.

Фактически имеется возможность объединения подготовки студентов матбиологов и студентов кафедры информационной биологии на многих этапах их обучения. Студенты матбиологи могут получить возможность слушать более детальные и глубоко проработанные курсы по различным разделам математики, биоинформатики и физики, которые будут преподаваться студентам-информационным биологам. Напротив, студенты, обучающиеся на кафедре информационной биологии будут иметь возможность присоединяться к студентам-матбиологам при изучении некоторых дисциплин.

Предполагается также развернуть на кафедре информационной биологии работу по созданию информационных и программных ресурсов, реализуемых на рынке информационных технологий. Это даст студентам существенный дополнительный заработок и поможет достигнуть более высокого уровня их материального обеспечения, чем это возможно только на основе финансовых средств (стипендий), предоставляемых НГУ. Вовлечение студентов в решение реальных, практически значимых задач будет являться одним из существенных элементов учебного процесса на кафедре информационной биологии.

6. Институт цитологии и генетики СО РАН — базовая организация для кафедры информационной биологии

Базовым институтом для кафедры информационной биологии должен быть Институт цитологии и генетики СОРАН, в котором в настоящее время работает около 40 ученых этой специальности. Они могут составить основу той группы преподавателей, которые будут читать лекции и вести практические занятия по основным направлениям информационной биологии. В институте имеется около 10 лабораторий, которые могут обеспечивать прохождение дипломной практики по этой специальности. К числу научных подразделений, имеющих многолетний опыт подготовки студентов-дипломников по информационной биологии, относятся, прежде всего, лаборатория теоретической генетики (зав. профессор Н.А.Колчанов) и лаборатория молекулярно-генетических систем управления (зав. профессор В.А.Ратнер).

Разработки ИЦИГ в области биоинформатики исключительно конкурентоспособны на мировом рынке высоких научных технологий. Это связано с традиционно высоким уровнем теоретических исследований российских ученых; с доступностью благодаря Интернету подавляющей части необходимых информационных и программных ресурсов, с нашими многолетними традициями исследований по биоинформатике, и что особенно существенно, с наличием мощного коллектива высоко квалифицированных специалистов по биоинформатике, работающих в ИЦИГ в тесном контакте с математиками, физиками, химиками и биологами институтов Академгородка.

Достижения ИЦиГ СО РАН в области решения фундаментальных проблем информационной биологии имеют широкое международное признание. Информационные и программные ресурсы в области информационной биологии, разработанные ИЦиГ СО РАН, имеют огромный рынок сбыта, прежде всего за рубежом, в индустриально развитых странах, которые испытывают острую потребность в подобного рода ресурсах для разворачивания крупномасштабных исследований в области высоких технологий современной биологии и практического применения ее результатов.

ИЦиГ СО РАН сможет оказать содействие своими ресурсами при формировании материально-технической базы, необходимой для подготовки специалистов на кафедре информационной биологии.

7. Рынок труда для выпускников кафедры информационной биологии ФЕН НГУ

На кафедре информационной биологии предлагается готовить молодых специалистов для работы в:

  • научно-исследовательских организациях, занимающихся решением фундаментальных биологических проблем, а также проблем, пограничных для биологии, физики, химии, математики, информатики;
  • научно-исследовательских организациях физического, математического, химического, информационного профиля, занимающихся решением фундаментальных проблем на стыке соответствующих наук и биологии;
  • прикладных научно-исследовательских и производственных организациях, деятельность которых направлена на практическое применение достижений современной биологии;
  • государственных и муниципальных организациях, деятельность которых затрагивает сферы биологии, экологии, медицины, охраны окружающей среды и т.д.

Только для удовлетворения имеющихся потребностей Новосибирского региона (СО РАН, СО РАМН, СО РАСХН и различные научно-производственные организации) необходимо не менее 100 человек на ближайшие 5 лет. Поэтому даже ежегодная подготовка 10 — 15 выпускников на кафедре информационной биологии не обеспечит имеющиеся и все возрастающие потребности в специалистах, способных работать в области информационной биологии. В первые годы работы кафедры информационной биологии значительная часть выпускников будет распределяться в ИЦиГ СО РАН, который рассматривает в настоящее время информационную биологию как одно из приоритетных направлений своей работы.

Выпускники кафедры информационной биологии, а также студенты других профилирующих кафедр, прошедшие подготовку в области информационной биологии могут также распределяться в научно исследовательские организации физического, математического, химического информационного профиля с ориентацией на работу на стыке биологии и соответствующих наук, например, в рамках проектов, аналогичных действующему в настоящее время интеграционному проекту СО РАН «Моделирование фундаментальных генетических процессов и систем».

В России есть потенциальный круг организаций, которым требуются специалисты в области информационных технологий — более 100 научных организаций РАН, РАМН, РАСХН, университетов Российской Федерации, фармакологических и биотехнологических компаний, осуществляющих исследования и ведущих подготовку специалистов в таких областях знаний, как молекулярная биология, молекулярная генетика, генетическая инженерия, биотехнология, молекулярная эволюция, молекулярная физиология, генотерапия, клеточная биология, биоинформатика.

8. Создание кафедры информационной биологии обеспечит вхождение НГУ в рынок биоинформационных технологий

Подготовка специалистов в области информационной биологии на ФЕН НГУ будет сопровождаться одновременным разворачиванием научно-исследовательских работ в этой области на базе ФЕН НГУ и базовой организации — Института цитологии и генетики СО РАН.

Информационная биология является одной из наиболее выгодных областей коммерческих инвестиций. Наряду с решением широкого круга фундаментальных биологических проблем она уделяет огромное внимание разработке информационного и программного обеспечения исследований, осуществляемых в таких прикладных направлениях современной биологии, как биотехнология, генетическая и белковая инженерия, создание трансгенных форм животных и растений, фармакология, генодиагностика, генотерапия.

Как отмечалось выше, объемы инвестиций, выделяемых в развитых странах на проведение исследований и научно-конструкторских разработок в этих направлениях, составляют десятки миллиардов долларов. Так как информационная биология является одним из «становых хребтов» высоких биологических технологий, инвестиции, вкладываемые в ее развитие, окупаются очень быстро.

Наиболее эффективный канал возвращения вложенных средств состоит в исключительно большой прибыли, получаемой при продаже баз данных и пакетов прикладных программ. Например, покупка крупной фирмой лицензии на использование широко известной базы данных Swiss-Prot, содержащей информацию о первичных структурах белков, может стоить свыше ста тысяч долларов. Стоимость баз данных, содержащих информацию о секвенированных участках геномной ДНК человека или, скажем, каких-то полезных растений или животных, может составлять от сотен тысяч до нескольких миллионов долларов.

Базовая организация кафедры информационной биологии — ИЦиГ СО РАН имеет успешный опыт крупномасштабной реализации своих разработок на международных рынках биоинформационных технологий. Масштабы этой научно-коммерческой деятельности в интересах НГУ и ИЦиГ СО РАН могут существенно возрасти после создания кафедры информационной биологии, которая обеспечит подготовку квалифицированных специалистов, способных создавать высококонкурентную продукцию в области биоинформационных технологий.

В настоящее время в развитых странах имеется несколько тысяч фирм, работающих в области высоких биологических технологий. Так что информационная биология имеет громадный рынок для коммерческой реализации своих разработок. И этот рынок может быть освоен НГУ в результате создания кафедры информационной биологии.

9. Место кафедры информационной биологии и ФЕН НГУ в международной системе подготовки специалистовв области информационной биологии

НГУ после создания кафедры информационной биологии займет уникальное место в Российской и международной системе подготовки специалистов этого профиля. В настоящее время как в России, так и за рубежом отсутствуют специализированные факультеты и кафедры, обеспечивающие подготовку специалистов в области информационной биологии.

Все ученые, работающие в этой области знаний, получили свое исходное, базовое образование по другим специальностям (математике, физике, химии, биологии, информатике и др.) и накопили знания, необходимые для работы в области информационной биологии, в результате практической работы над конкретными проблемами, возникающими в результате применения математических или информационных технологий для решения биологических задач.

Подобный путь освоения знаний характерен для любой науки на этапе ее возникновения. Однако начиная с того момента, когда соответствующая наука становится массовой, возникает задача создания эффективной подготовки молодых специалистов (или переобучения специалистов, работающих в других областях знаний) с целью получения новой, дополнительной специальности. Именно такая ситуация складывается в настоящее время в информационной биологии.

Вот почему с учетом огромного объема трудового рынка в области информационной биологии НГУ может рассчитывать на занятие лидирующих позиций в системе международной подготовки специалистов по информационной биологии.

Организация постоянно действующей на платной основе международной школы «Информационная биология» для подготовки специалистов, приезжающих из-за рубежа (одногодичное, двухлетнее образование, организация краткосрочных подготовительных курсов). Это мероприятие может оказаться исключительно прибыльным. Уже в настоящее время множество людей из-за рубежа обращаются в ИЦиГ СО РАН с просьбой дать им возможность обучиться основам информационной биологии. Однако, не имея своей учебной базы , ИЦиГ не может успешно решать эту задачу, но это станет возможным при объединении усилий НГУ и ИЦиГ СО РАН

[Назад]