Компьютер-Информ || Архив || Рубрики || Поиск || Подписка || Работа || О "КИ" || Карта


Информационные технологии в биохимии


Интервью с А. Ю. Лянгузовым, ведущим инженером-программистом (и. о. начальника отдела АСУ) Гос. НИИ особо чистых биопрепаратов, преподавателем кафедры биохимии биолого-почвенного факультета СПбГУ.

 

B. Андрей Юрьевич, как давно вы в своей научной деятельности используете компьютерные технологии? Какие задачи были решены вами в биохимии с помощью компьютера?

О. Работаю с компьютером примерно с 1980 г. Первый компьютер, который появился у меня в институте на рабочем месте, был Apple II (в 1985 г.). Этот компьютер я подключил к прибору ≈ спектрофотометру Hitachi. Программу написал самостоятельно. Она позволяла записывать спектры, обрабатывать их, выводить на дисплей, хранить архив этих спектров. Кроме того, эта программа позволяла строить кинетические кривые (запись хода химической или биохимической реакции во времени). На этом материале была сделана кандидатская и защищено несколько дипломов под моим руководством на кафедре биохимии биолого-почвенного факультета СПбГУ. А потом прибор вышел из строя, компьютер стал рассыпаться на глазах ≈ у любого компьютера реальный срок эксплуатации не превышает 3 года. А так как в это время у института закончились деньги, то и покупать никто ничего не стал.

В. Но в принципе первая технология его использования была создана и испробована?

О. Да, конечно.

В. В какой базе данных вы сохраняли результаты?

О. Тогда ни о каких сетях речи не было, все делалось просто на ПК. У Apple даже не было жесткого диска, поэтому спектры записывались на флоппи. Моя программа эти данные записывала достаточно компактно. Это были просто файлы с цифровыми данными: файлам давались названия и при поиске выводилось оглавление. Когда надо было найти нужный спектр, просто вставлял в дисковод дискету, отыскивал файл и смотрел его (или сравнивал с вновь полученным).

В. Какие компьютеры должны использоваться в научно-исследовательской работе в области химии (прикладной и теоретической)? Можно ли эти исследования проводить на персональных компьютерах?

О. Ответ достаточно очевиден: должны использоваться разные компьютеры. С одной стороны, нужны совсем маленькие компьютеры, которые всего лишь подключаются к прибору и им управляют. На сегодняшний день даже наладонный КПК может управляться с такой задачей. Для визуализации результатов нужен персональный компьютер с монитором ≈ такая простейшая графическая станция.

Но в химии есть задачи, для которых нужно хранить огромные базы данных, например те же самые спектры. Должны быть справочники по свойствам соединений, по методам синтеза и очистки, по спектрам, доступные любому исследователю, естественно такой справочник невозможно хранить на персональном компьютере. Он должен храниться в доступном виде на больших компьютерах в Интернет.

В. А как вообще описывается информация о веществах, и в каком виде она обычно хранится?

О. Обычно хранится информация о физико-химических свойствах, а по спектру мы можем, хотя бы косвенно, судить о том, какие компоненты входят в состав сложного вещества. В ходе химической реакции мы можем, наблюдая за изменением спектра, отмечать взаимодействие реагентов и образование продукта, и смотреть, с какой скоростью протекает этот процесс. Это очень важно, например, для биохимических систем, с которыми мне довелось работать.

В. Какой объем записи или базы в байтах необходим для одной спектрограммы?

О. Это зависит от формата и типа данных. Например, ультрафиолетовые спектры занимали относительно немного места (мне хватало всего 300 чисел для описания спектра или кинетической кривой), на одну дискету я на том же Apple записывал около сотни спектров.

В. А какие они еще бывают?

О. ИК (инфракрасные), ЯМР (ядерно-магнитный резонанс), ЭПР (электронно-парамагнитный резонанс), масс-спектрометрия. Это означает сотни килобайт информации для каждого соединения. Мне только что дали для обработки инфракрасные спектры, там по 40 КБ в каждом файле.

В. И сколько их набирается в результате эксперимента?

О. Если вспомнить, что существуют миллионы органических соединений, и каждое из них может быть охарактеризовано спектрами и физико-химическими свойствами, то речь уже идет о сотнях миллионов или о миллиардах таких файлов. И, естественно, необходим определенный стандарт для поиска информации. Когда мы учились, мы пользовались справочником органических соединений Бельштейна (Beilstein). Это многотомная, постоянно пополняющаяся энциклопедия, в которой находятся некоторые физико-химические свойства соединений (температура кипения, температура плавления и т. д), сведения о том, кем это вещество синтезировано и по какой методике. Вот такие справочники оправдано хранить в Интернет в доступном виде, на больших машинах, в больших базах (и это уже делается). А если еще сюда добавить возможность поиска и сравнения спектров этих соединений, такой энциклопедии для химика цены не будет!

В. По каким признакам разыскивается химическая информация, например, спектрограмма? Ведь от этого зависит скорость поиска?

О. Тут должны быть разные стандарты, поскольку спектры очень различаются по форме. УФ-спектры, например, можно сжать с помощью преобразования Фурье, за счет чего они хранятся в более компактной форме. Выделив какое-либо соединение, проанализировав его, и получив спектр с характерными пиками, можно запросить из базы соединение с такими же пиками и их комбинацией, с таким же сочетанием характеристик. Программа попытается разыскать аналог или что-то близкое.

В. Нужно ли специальное ПО для записи и классификации информации?

О. Наверное, только я не знаю такого. Разные производители по-своему решают эту проблему. Например, на спектрофотометрах фирмы Perkin-Elmer для хранения спектров был применен метод факторного анализа. В этом случае спектр записывался достаточно компактно, и получалась целая библиотека, в которой можно подыскать аналог, попытаться выяснить, сколько в смеси какого компонента (из описанных в базе)═≈ решить задачу мультикомпонентного анализа.

В. Получается целый раздел ╚математической химии╩, не знаю, существует ли таковой на самом деле?

О. Без математики (хотя бы простейшей арифметики) химии вообще не существует.

В. Какие современные информационно-компьютерные технологии можно использовать в преподавании химии?

О. При помощи компьютера удобно проводить моделирование молекул. Раньше для этого использовали стерженьки и шарики. Но это довольно сложный и трудоемкий способ. А компьютер достаточно быстро изображает заданную молекулу, вращает ее. На занятиях я провожу со студентами математические эксперименты и обрабатываю их результаты. Для того чтобы такие опыты и в таком объеме провести в реальности, нужно очень много времени и средств.

В. Какое ПО для этого используется?

О. Есть программа ╚Атом╩, ╚Протеин-3Д╩, которую сделали в СПбГЭТУ (ЛЭТИ), и несколько сходных с ними. Такие программы позволяют изображать трехмерную модель белка, вращать ее, смотреть, как она выглядит, моделировать изменения в структуре белка, и смотреть, как при этом изменяется сама молекула. Компьютер используется при этом, как графическая станция, которая может показать, как выглядит молекула. Для компьютера задача непростая, но решаемая. А студентам, особенно биохимикам, очень интересно посмотреть на молекулу, представить, как она живет и функционирует. Хотя молекула в водном и в солевом растворах меняется, но эти программы позволяют показать даже такие процессы. Для построения этих молекул используются данные рентгеноструктурного анализа. А для машинного эксперимента я использую либо MS Excel, либо свои собственные программы.

В. Обрабатываются ли на компьютере изображения, полученные с электронного микроскопа?

О. Это совсем не моя область.

В институте электронный микроскоп есть, но нам такой задачи коллеги не ставили. Наша помощь заключалась лишь в том, что мы отсканировали фотографии, сделанные при помощи электронной микроскопии, изготовили слайд-лекции, и наша сотрудница (доцент медицинского факультета СПбГУ) выступает с ними перед студентами с лекциями по микробиологии.

В. Можно ли с этих двухмерных слайдов смастерить трехмерные?

О. Я даже не представляю, зачем. Это слишком сложно, и зачастую здесь двухмерного изображения вполне достаточно. Электронная микроскопия изображает клетки и частицы вируса, а не молекулы, и на двухмерной фотографии форма уже видна. Они достаточно наглядны, и изменять им размерность уже не нужно.

В. А учебные пособия по химии в электронном виде кем-нибудь в стране производятся?

О. Я в последнее время занимаюсь скорее не химией, а компьютерами, и на меня с такими предложениями никто не выходил. А в открытой продаже мне такие программы не попадались.

В. А как используется компьютерная техника в биохимических исследованиях?

О. В первую очередь, это обработка, анализ и хранение спектров и данных кинетических экспериментов (особенно, если компьютер подключен к прибору) плюс статистический анализ результатов опытов. А в остальном, компьютер биохимика используется точно так же, как и любого другого человека. Для оформления статей, в которых нужно рисовать химические и математические формулы, графики изображать, схемы: то, чего пишущая машинка делать не умеет. Рисовать от руки═≈ несерьезно, а тут взяли, отсканировали, или, еще лучше, прямо с компьютера ввели цифровые данные, по ним отобразили спектр, или нарисовали с помощью специальной программы какие-то химические соединения.

В. Насколько серьезно использует научное сообщество химиков Интернет и в каком преимущественно качестве?

О. В нашем институте работают не только химики, но и биологи и медики. Естественно, широко используются электронная почта для общения с коллегами и общие ресурсы Интернет. Интернет используется среди прочего и для доступа к научным журналам. Мои коллеги черпают научную информацию из баз типа PubMed (но это уже, скорее, по биологии и медицине, а не химии). В свое время мы были подключены к электронной библиотеке www.elibrary.ru с журнальными статьями через СПб госуниверситет. И университет, и мы имели возможность таким образом получать интересные авторские статьи. А когда прекратилось финансирование, мы, соответственно, тоже отключились. Сейчас выход на эту электронную библиотеку, откуда мы могли свободно качать материалы, стал для нас недоступен (точнее, мы видим только оглавления журналов и краткие рефераты статей).

В. Рассматриваются ли другие источники, например, ваши заказчики заинтересованы в том, чтобы вы имели доступ к современной научной информации?

О. Вот сейчас у нас идет подготовка проекта с американцами (фонд МНТЦ ≈ Международный научно-технический центр). У них есть средства, чтобы подключить нас к более высококачественной связи с Интернет, и в частности, чтобы дать нам доступ к базам данных с научной информацией. Они просят сообщить, какие базы нам нужны, и мы сейчас собираем такие сведения. Возможно, что в ближайшее время что-то для нас изменится в лучшую сторону.

В. Спасибо за интервью.


       КОМПЬЮТЕР-ИНФОРМ 
          Главная страница || Статьи ╧ 23'2002 (23 декабря 2002 г. - 20 января 2003 г.) || Новости СПб || Новости мира

Рубрики || Работа || Услуги || Поиск || Архив || Дни рождения
О "КИ" || График выхода || Карта сайта || Подписка

Главная страница

Сайт газеты "Компьютер-Информ" является зарегистрированным электронным СМИ.
Свидетельство Эл ╧ 77-4461 от 2 апреля 2021 г.
Перепечатка материалов без письменного согласия редакции запрещена.
При использовании материалов газеты в Интернет гиперссылка обязательна.

Телефон редакции (812) 118-6666, 118-6555.
Адрес: 196084, СПб, ул. Коли Томчака, д. 9
e-mail:
Для пресс-релизов и новостей