Лаборатория количественной биологии

Лаборатория количественной биологии
Заведующий лабораторией Миша Пантелеев
Идея лаборатории
В соответствии со стилем нашей собственной научной деятельности мы решили
сделать "влажную" лабораторию, где сочетался эксперимент и теория. Ее главная мысль
заключалась в том, чтобы показать, как в любой части биологической науки могут быть
количественные описания, математические модели и точные законы; что физика уже не
может называть все остальные науки "коллекционированием марок". И если получится —
показать как работают сложные биологические системы и как законы биологии вырастают
из законов физики, химии и математики.
Что конкретно делалось
В лаборатории было четыре проекта. Ребята должны были поделиться на две группы,
выбрав каждый один из двух проектов в первой части школы, и то же во второй.
1) Ферментативная кинетика
Ферментативная кинетика — базовая единица почти любой количественной биологии
на клеточном уровне. Используя тромбин, хромогенный субстрат и планшетный
спектрофотометр, ребята разбирались в ее тонкостях и исследовали действие ингибиторов
(механизм и параметры). Задача включала много уравнений кинетики и много
технических моментов (расчет и приготовление буферов, работа с белками,
пипетирование и т.п.)
2) Динамика клеточных популяций
Близнец первой задачи, только на надклеточном уровне. Ребята изучали рост культуры
бактерий, методы стерильной работы и моделировали это уравнениями. Помимо
привезенной культуры с геном GFP и геном устойчивости к антибиотику, они
развлекались выращиванием культур, собранных на разных частях тела и комнаты.
3) Реакция Белоусова-Жаботинского
Переход к кинетике пространственных реакций. Экспериментальная задача с
некоторым количеством уравнений.
4) Моделирование озерного биоценоза
Разработка и анализ математической модели реальной системы, где все друг друга едят.
Единственная чисто теоретическая задача.
В рамках работы лаборатории мы провели курс лекций по количественной биологии,
направленным в помощь эксперименту. Он включал лекции по физико-химическим
основам жизни вообще (в итоге мы перенесли ее в пленарный вариант), по химической и
ферментативной кинетике, использованию дифуров и графов для исследования сложных
систем, системной биологии в целом и анализу метаболизма, кинетикой за пределами
клетки (экология, эволюция и т.п.), а также по пространственной динамике неравновесных
систем (автоволны, структуры Тьюринга, нервный импульс, морфогенез и т.п.).
Состав команды
Нас было восемь человек, в их числе пять аспирантов, два старших научных
сотрудника и руководитель проекта. Не все присутствовали всё время (одновременно
присутствовали 4-5 человек), но в целом я нашел такой состав коллектива вполне
адекватным. В лабораторию пришло больше десяти школьников, и два сотрудника на
каждую из двух групп — это самое оно.
Что было неожиданного
В процессе подготовки постеров ребята спонтанно разработали логотип с глубоким
смыслом, который я серьезно думаю сделать символом для нашей деятельности вообще.
Вот он:
Еще из интересных находок: в реакции Белоусова-Жаботинского на школе нашли
очень странный режим, который не похож на режимы, описанные в литературе. Увы, пока
мы не продолжили исследование этого вопроса.
Какие есть впечатления и выводы
 Сама идея лаборатории оказалась чрезвычайно уместной. На школе лаборатории
четко делились на молекулярно-генетические и биоинформатические. Мы






удачно вписались в "экологическую нишу" между ними, где можно было и
писать уравнения, и капать пипеткой, и в целом вопросы кинетики в других
лабораториях не разбирались за одного совместного проекта с ругой
лабораторией.
Второй удачной находкой оказались разнообразие задач и методов, а также их
смена по ходу школы, что позволило разнообразить не только тематику но и
рутинную работу.
Неудачным оказался процент математики в лекциях и задачах. Возможно, это
произошло из-за того, что в школу отобрались фанаты биологии, а не физики
или математики. Два-три человека из школьников в лаборатории понимали все,
а остальные иногда страдали. Возможно, математическая нагрузка была
слишком высокой.
Другой неудачей оказалась малая научность работы. За исключением
нескольких спонтанных опытов, ребята в этом году не делали
исследовательских работ, где результат был бы неожиданным или где у них был
бы шанс что-то открыть.
Не была реализована работа в команде. Имеет смысл срежиссировать ситуации,
когда результаты одних ребят будут нужны другим.
Было сотрудничество с лабораторией Математического анализа В.А.Гордина (в
рамках которого школьник с нами осваивал эксперимент и разрабатывал и
анализировал модель под руководством В.А.Гордина). У меня очень
положительные впечатления от такого опыта, и я думаю, что впредь варианты
таких коллабораций также надо планировать. Заодно коллаборация между
лабораториями поможет у некоторых школьников снять стресс связанный с
необходимостью сделать выбор одной лаборатории для работы.
В целом, оптимальным вариантом организации мне бы представлялся единый
проект для всей лаборатории, который бы разбивался на несколько больших
подзадач. Разные группы ребят могли бы осваивать разные методы,
специализироваться каждый в чем-то одном и выполнять свои подзадачи, чтобы
результаты одних могли пригодиться другим. При этом сам проект должен быть
поисковым (например, мы исследовали известный ингибитор тромбина, и в
принципе нам ничего не мешало выделять ингибиторы из трав или круп или
картофеля). Такая схема позволила бы достичь всех целей: получение
прикольного научного результата, а не просто практикум, достичь разнообразия
методов и задачи построить коллаборации.