1c-shop.net

   

Основными направлениями цифровизации биологии и биотехнологии являются развитие технологий создания и анализа прижизненных изображений биологических объектов. Это означает переход базовых областей биологии на математический язык описания прижизненного состояния (визуализация) биологических объектов и процессов. Проблема работы с «живыми» биологическими объектами стояла всю историю развития биологии, как науки. С появлением цифровых технологий сканирования поверхности объектов (фото- и видеокамеры, двух- и трехмерные сканеры), а также неинвазивного анализа внутренней структуры живых объектов (различные виды томографии), совершен технологический прорыв, который задает темп развития всей системной биологии. В качестве основного результата этого процесса будет создание нового формата информационного контента биологии – нового поколения биологических информационных ресурсов.

В области фундаментальной биологии это означает, в частности, переход на создание электронных депозитариев (ботанических и зоологических коллекций нового поколения), которые становятся базой для объективного описания состояния живой природы.

Развитие цифровой биологии дает импульс к прогрессу в области биомедицины и биотехнологии, которым также нужны точные количественные данные о живых биологических объектах при создании искусственных тканей и органов, визуализации медицинских показателей пациентов.

Визуализация макро- и микробиологических объектов, создание трехмерных виртуальных объектов живых биологических объектов является одним из новых технологических трендов современной биомедицины. В настоящее время, становится возможной работа с трехмерными моделями живых биообъектов, включая трехмерное сканирование поверхности в сочетании с послойной томографией его внутренней структуры.

Появление цифровых технологий создания изображений позволяет вернуться к использованию цвета биомедицинского объекта как одного из показателей его физиологического состояния. В современных условиях цвет поверхности объектов и его внутренних органов является одним из перспективных диагностических показателей живого организма.

В ПущГЕНИ накоплен опыт работы по исследования по созданию 3D-изображений биологических и медицинских макрообъектов с применением уникальной отечественной технологии послойного сканирования шлифов замороженных образцов. Эта технология защищена российским патентом и открывает перспективы создания нового поколения виртуальных 3D-объектов для биологии и медицины, в том числе, на уровне целого организма.

В ЛЦБ ПущГЕНИ развивается опыт работы с двух- и трехмерными изображениями живых биологических объектов, включая создание биологических моделей и оригинального программного обеспечения для решения задач цифровизации.

2018 08 15 5

 

Связь работы Лаборатории цифровой биологии с образовательным процессом в ПущГЕНИ.

Основной задачей цифровизации биологии и медицины, безусловно, является опережающая подготовка и переподготовка кадров, соответствующих вызовам нового времени. В ПущГЕНИ накоплен большой опыт такой работы в области среднего и высшего образования. С начала 21 века, ведется преподавание компьютерной (цифровой) биологии в рамках факультативов в средних школах, а с 2007 года – как отдельная дисциплина - «Компьютерная биология» - в Пущинского государственном университете (ныне Пущинском государственном естественно-научном институте, ПущГЕНИ). В настоящее время работает Естественно-научная школа ПущГЕНИ-ИТЭБ,  в рамках которой ведется факультативная работа с школьниками юга Московской области (Пущино, Серпухов, Протвино, Оболенск). Основное содержание учебной работы в школе - активное вовлечение школьников в проекты, базирующиеся на цифровые технологии создания и анализа изображений, расширение сферы компетенции школьников в цифровых технологиях настоящего и будущего.

Для задач биологического и медицинского образования цифровизация означает переход, в том числе на новое поколение трехмерных виртуальных объектов, которые могут стать учебным материалом при изучении макро- и микроморфологии целых животных, растений, а также нового поколения медицинских анатомических атласов.

В настоящее время ЛЦБ ПущГЕНИ разрабатывает учебно-методический материал для бакалавриата по направлениям «Биология» и «Биотехнология», опирающийся на работу с живыми биологическими объектами (растениями и животными) методами цифровой биологии с параллельной разработкой программного обеспечения для системы биологического образования РФ.

Список избранных научных работ ЛЦБ ПущГЕНИ:

  1. Франк Г.М. «Машинная биология будущего». // Техника молодежи, 1968, №4, стр. 18.
  2. Тирас Х.П. Виртуальный биологический музей как зеркало компьютерной революции. // Химия и жизнь. 2000. № 11–12. С. 24–29.
  3. Тирас Х.П., Рождественская З.Е., Ильясов Э.Ф., Петров А.Б., Майоров С.Р. // Компьютерная биология – проблемы и перспективы. В сб. Горизонты биофизики. Ред. Г.Р.Иваницкий, 2003. Серпухов, С. 62-66.
  4. Тирас Х.П. Компьютерная биология – основания и определения. // Тр. 1 Всероссийской научно-практической конференции «Компьютерная биология – от фундаментальной науки к биотехнологии и биомедицине». Пущино. 2011. С. 81-
  5. Тирас Х.П., Асланиди К.Б. Тест-система для неклинического исследования медицинской и экологической безопасности на основе регенерации планарий. – Тула: Изд. ТулГУ, 2013. – 63 С.
  6. Тирас Х.П., Сребницкая Л.К., Ильясова Е.Н., Климов А.А., Леднев В.В. Влияние слабого магнитного поля на скорость регенерации планарий Dugesia tigrina. // Биофизика, 1996, т.41, в.4, с. 826-831.
  7. Х.П. Тирас, О.Н. Петрова, С.Н.Мякишева, С.С. Попова, К.Б. Асланиди. Влияние слабых магнитных полей в разные фазы регенерации планарии. // Биофизика, 2015. т.60, №1. стр. 158 – 163
  8. Х.П. Тирас, К.Б. Асланиди. Две популяции плюрипотентных стволовых клеток у планарий Girardia tigrina. //Биологические мембраны, 2015. Т.32. № 5-6. С.1-8.
  9. А.А. Терпиловский, Х.П. Тирас, А.В. Хоперсков, В.В. Новочадов. Возможности полноцветной трехмерной реконструкции биологических объектов методом послойного наложения: коленный сустав крысы // Вестн. Волгогр. гос. ун-та. Сер. 11, Естеств. науки. 2015. №4 С.6-14.
  10. Тирас Х.П., Асланиди К.Б. Регламентация условияй культивирования планарий и параметров морфметрического эксперимента // Современные проблемы науки и образования. 2016. – № 6; URL: http://www.science-education.ru/article/view?id=25587
  11. V. Khoperskov, M.E. Kovalev, A.S. Astakhov, V.V. Novochadov, A.A. Terpilovskiy, K.P. Tiras, and D.A. Malanin. Software for Full-Color 3D Reconstruction of the Biological Tissues Internal Structure. Lecture Notes in Computer Science ISBN 978-3-319-69181-7 ISBN 978-3-319-69182-4 (eBook) https://doi.org/10.1007/978-3-319-69182-4
  12. У.М. Воробьева, К.Н. Новиков, О.В. Бурлакова, В.И. Емельяненко, Х.П. Тирас. Система неинвазивного контроля морфогенеза планарий как альтернативный подход к биотестированию // Вестник ВолГУ. Серия 11, Естественные науки. 2018. Т. 8. № 1. С.21-26.
  13. Х.П. Тирас, У.М. Воробьева, В.И. Панчелюга. Биология между 2D И 3D – новые подходы к классическим задачам. // Техногенные системы и экологический риск. II Международная (XV Региональная) научная конференция. Обнинск: ИАТЭ НИЯУ МИФИ. 19-20.04. 2018. С.254-256
  14. Х.П. Тирас, С.Е. Нефедова, К.Н. Новиков, В.И. Емельяненко, С.А. Балмашов. Прижизненные методы контроля фаго- и пиноцитоза на модели пищеварения планарий // Труды Международной конференции «Ситуационные центры и информационно-аналитические системы класса 4i для задач мониторинга и безопасности» (SCVRT2018). Москва-Протвино.20-22.11.2018 г. С.347-359