Ամեն ինչ սկսվեց դպրոցում կենսաբանության դասերից։ Սիրաս Հակոբյանը կենսաբանության լավ ուսուցիչ ուներ և շատ էր սիրում այդ առարկան։ Միևնույն ժամանակ, նրան հետաքրքրում էին մաթեմատիկան ու համակարգչային գիտությունները։ 

Երբ նա արդեն ավարտում էր դպրոցն ու պիտի մասնագիտություն ընտրեր, կենսաբանության ուսուցիչը խորհուրդ տվեց ընտրել կենսաինֆորմատիկան, որտեղ և՛ կենսաբանություն, և՛ մաթեմատիկա, և՛ համակարգչային գիտություններ կան։ Հետևելով նրա խորհրդին՝ Սիրասն ընդունվեց կենսաբանության ֆակուլտետի կենսաինֆորմատիկայի բաժին։ Բակալավրի երրորդ կուրսում էր, երբ մեկնեց ծառայության, իսկ զորացրվելուց հետո վերադարձավ համալսարան։

«Բանակից երբ վերադարձա, սկսեցի աշխատել ապակու վերամշակման արտադրամասում, որի տնօրենի տղան Գերմանիայում զբաղվում էր կենսաինֆորմատիկայով»,- պատմում է նա։

Սիրաս Հակոբյանը

Այդ ժամանակ Սիրասը բակալավրի ավարտական աշխատանքի ղեկավարի էր փնտրում։ Նա հիշում է, որ տնօրենի առաջարկով կապ հաստատեց վերջինիս որդու հետ, որն էլ Գերմանիայից ղեկավարեց իր ավարտական աշխատանքը։ Այդ ընթացքում Սիրասը հասցրեց նաև ծրագրավորում սովորել։ Բակալավրն ավարտելուց հետո էլ ուսանողներից մեկի միջոցով բացահայտեց Մոլեկուլային կենսաբանության ինստիտուտը, որտեղ կենսաինֆորմատիկայի խումբ էր գործում։

Սկզբում նա սկսեց որպես կամավոր աշխատել ինստիտուտի կենսաինֆորմատիկայի խմբում, իսկ հետո արդեն դարձավ խմբի լիարժեք անդամ ու մինչև օրս շարունակում է գիտական գործունեությունը գենոմային կենսաինֆորմատիկայի ոլորտում։

Ինչ տվյալների հետ են աշխատում գենոմային կենսաինֆորմատիկները

Դասական կենսաբանությունում գիտնականները փորձեր են իրականացնում ու այդ փորձերի հիման վրա տվյալներ ստանում։ 

«Կենսաբանները մինչև նոր տեխնոլոգիաների առաջանալը առանց ծրագրավորման, առանց մաթեմատիկայի աշխատել են տվյալների հետ, տեսել են ինչ-որ բան մանրադիտակով, աչքով, ինչ-որ ենթադրություններ են արել։ Բայց հիմա ինֆորմացիան այնքան է շատացել, որ հնարավոր չէ դա աչքով անել, ու պետք է որոշակի համակարգչային, թվային մեթոդներ, ալգորիթմներ կիրառես»,- ասում է Սիրաս Հակոբյանը։

Հենց այս պատճառով էլ առաջացել է գիտության մի նոր ուղղություն՝ կենսաինֆորմատիկան, որը ներառում է կենսաբանությունը, մաթեմատիկան և համակարգչային գիտությունները։ Կենսաինֆորմատիկայի այն ուղղությունը, որն ուսումնասիրում է գենոմին վերաբերող տվյալները, կոչվում է գենոմային կենսաինֆորմատիկա։ Մինչև կհասկանանք, թե ինչ հետազոտություններով են զբաղվում այս ուղղության գիտնականները, նախ փորձենք բացատրել՝ ինչ է գենոմը, և ինչպիսի տվյալներ կան այստեղ, որ կարող են ուսումնասիրության առարկա դառնալ։

Մեր օրգանիզմում կատարվող գրեթե բոլոր գործընթացների համար պատասխանատու են սպիտակուց կոչվող մոլեկուլները։ Պատկերացնենք, որ մեր օրգանիզմը մի մեծ կազմակերպություն է, որտեղ կան բազմաթիվ աշխատանքներ, և յուրաքանչյուր աշխատանքի համար պատասխանատու են համապատասխան մասնագետները։ Տվյալ դեպքում «մասնագետները» սպիտակուցներն են․ սպիտակուցների մի խումբ պատասխանատու է, որ մենք տեսնենք, մեկ այլ խումբ, որ խոսենք, մեկ ուրիշը, որ մեր օգանիզմում նյութափոխանակություն տեղի ունենա, և այսպես շարունակ։ Հենց այդ պատճառով էլ մեր օրգանիզմն արտադրում է տարբեր սպիտակուցներ, որոնցից ամեն մեկն իր պարտականություններն ունի։

Երևի շատերին է հայտնի ԴՆԹ անունը։ Այս անունով մենք կոչում ենք մեր բջիջներում գտնվող մեկ այլ կարևոր մոլեկուլի, առանց որի սպիտակուցները չէին արտադրվի։ ԴՆԹ-ն երկար շղթա է, որը կազմված է առանձին հատվածներից` գեներից։ Այս գեներից յուրաքանչյուրը կարծես անձնագիր լինի որոշակի սպիտակուցի համար և տեղեկություն է պարունակվում այդ սպիտակուցի կառուցվածքի մասին։ Այսինքն` որպեսզի մեր օրգանիզմն իմանա, թե ինչպես է պետք ստեղծել այս կամ այն սպիտակուցը, նախ պետք է կարդա, թե ինչ է գրված համապատասխան գենում այդ սպիտակուցի կառուցվածքի մասին։ Գեները և ԴՆԹ շղթայի մյուս հատվածները միասին կազմում են մեր գենոմը, այստեղից էլ՝ գենոմային կենսաինֆորմատիկա անվանումը։

Իսկ ինչպե՞ս է ԴՆԹ-ում պահվող ինֆորմացիայի հիման վրա սպիտակուց ստեղծվում։ Քանի որ ԴՆԹ-ն բջջի կորիզում է, իսկ սպիտակուցներն արտադրվում են բջջի այլ հատվածում, ապա պետք է «պատճենել» կամ «արտագրել» սպիտակուցների մասին գեներում պահվող տեղեկությունն ու հասցնել բջջի համապատասխան հատված, որտեղ էլ կարտադրվեն սպիտակուցները։

Հենց այստեղ է, որ օգնության են հասնում ինֆորմացիոն ՌՆԹ կամ ի-ՌՆԹ կոչվող մոլեկուլները։ Այս մոլեկուլների միջոցով սպիտակուցի կառուցվածքի մասին գենում պահվող տեղեկությունն «արտագրվում» և տեղափոխվում է բջջի համապատասխան վայր, որտեղ էլ սկսվում է արտադրվել տվյալ սպիտակուցը։

Կենսաինֆորմատիկները երկար ժամանակ են անցկացնում համակարգչի դիմաց

Արդեն նշեցինք, որ մեր օրգանիզմում գրեթե ամեն ինչի համար պատասխանատու են սպիտակուցները։ Կարևոր է նաև նշել, որ այդ սպիտակուցների քանակական կամ որակական փոփոխությունները կարող են բերել որոշ հետևանքների։ Օրինակ, եթե որևէ սպիտակուցից մեր օրգանիզմում արտադրվել է ավելի շատ, քան դրա կարիքը կար, ապա հնարավոր է, որ դա առաջացնի ինչ-որ հիվանդություններ։ Հենց այդ պատճառով էլ գենոմի ուսումնասիրությունը կարևոր է։ Բայց խոսքը ահռելի տվյալների մասին է։ Սիրաս Հակոբյանը նշում է, որ մարդն, օրինակ, ունի մոտ 20 հազար սպիտակուց կոդավորող գեն։ Հենց այդ պատճառով էլ կենսաինֆորմատիկները դիմում են համակարգչային ծրագրերի օգնությանը, որպեսզի այդ բոլոր տվյալները մշակեն, վերլուծեն և կարողանան դրանց հիման վրա որոշակի եզրահանգումների գալ։

Ինչ կարելի է պարզել գենոմային կենսաինֆորմատիկայի միջոցով

Այժմ հասկանանք, թե ինչ կարող է տալ գենոմային տվյալների ուսումնասիրությունը գիտնականներին։ Եթե, օրինակ, գիտնականները փորձում են գտնել որևէ տեսակի քաղցկեղի առաջացման պատճառները, ապա նրանք կհամեմատեն առողջ և քաղցկեղային բջիջները, որպեսզի հասկանան, թե քաղցկեղային բջիջների գենոմում ինչպիսի փոփոխություններ են տեղի ունեցել, որոնք կարող էին հիվանդության առաջացման պատճառ դառնալ։

«Դասական դեպքում, եթե մենք ուզում ենք տեսնել՝ քաղցկեղի բջիջներում ինչն է փոփոխված նորմալ հյուսվածքի համեմատ, օրինակ՝ նորմալ թոքն ինչով է տարբերվում թոքի վրա գտնվող քաղցկեղի ուռուցքից, վերցնում ենք քաղցկեղի ուռուցքը, վերցնում ենք առողջ թոքի հյուսվածք, երկուսի մոտ նայում ենք ի-ՌՆԹ-ների կոնտենտը։ Այսինքն, բջիջներից անջատում ենք ի-ՌՆԹ-ն, որն այդ պահին ԴՆԹ-ից արտադրվել է, որ դառնա սպիտակուց, հետո չափում ենք դրանց քանակները։ Եթե բջջում կա 100 ինչ-որ սպիտակուց կոդավորող ի-ՌՆԹ, կարելի է մոտավորապես ենթադրել, որ մոտ 100 հատ այդ սպիտակուցից կսինթեզվի, որն ինչ-որ ֆունկցիա կկատարի։ Համեմատելով քաղցկեղի ու առողջ հյուսվածքի միջև այս սպիտակուցների քանակը՝ կարելի է հասկանալ, թե քաղցկեղային  բջիջներում ենթադրյալ որ սպիտակուցներն են փոփոխված՝ ավելացած կամ քչացած։ Սա էլ կարող էր, օրինակ, բերել բջջի արագ բաժանման, որն էլ առաջացնում է քաղցկեղ (բջիջների արագ և անոմալ բաժանումը քաղցկեղի առաջացման պատճառներից մեկն է,- խմբ․),- ասում է Սիրաս Հակոբյանը։

Սակայն գենոմային կենսաինֆորմատիկայի խմբում կատարված հետազոտություններից մեկի ընթացքում, որը Սիրասն իրականացրել է Հայաստանի և Գերմանիայի համաղեկավարների  հետ,  նա այս հարցին մոտեցել է մի փոքր այլ տեսանկյունից։

Վերևում արդեն նկարագրել ենք, որ սպիտակուցների կառուցվածքի մասին տեղեկությունը պահվում է գեներում։ Երբեմն այնպես է ստացվում, որ մի գենում պահվող տեղեկության հիման վրա հնարավոր է լինում սինթեզել տարբեր ֆունկցիաներ ունեցող սպիտակուցներ։ 

Բան այն է, որ գենն իր հերթին բաժանված է հատվածների, և այս հատվածների մի մասը պարունակում է ինֆորմացիա սպիտակուցի մասին, իսկ մյուս մասը՝ ոչ։ Երբ գենից արտագրվում է սպիտակուցի կառուցվածքը, այն հատվածները, որոնք սպիտակուցի մասին ինֆորմացիա չեն պարունակում, հեռացվում են։ Արդյունքում ի-ՌՆԹ-ում իրար են միանում միայն ինֆորմացիա պարունակող հատվածները։ Երբեմն պատահում է, որ ինֆորմացիա պարունակող որոշ հատվածներ ևս դուրս են մնում ի-ՌՆԹ-ից։ Այս գործընթացի հետևանքով մեկ գենից կարող են առաջանալ տարբեր կառուցվածքով ի-ՌՆԹ-ներ, որոնք կոչվում են իզոֆորմներ։ Գործընթացն ավելի լավ պատկերացնելու համար կարող եք դիտել անիմացիան (կարմիրով նշված են սպիտակուցի մասին ինֆորմացիա պարունակող հատվածները, կապույտով՝ չպարունակող)։

Սիրաս Հակոբյանը նշում է, որ մի գենից կարող է սինթեզվել միջինում 7 ի-ՌՆԹ։ Կառուցվածքային այսպիսի փոփոխությունները կարող են ազդել նաև սպիտակուցների հատկությունների ու գործառույթների վրա, քանի որ, ինչպես հիշում ենք, սպիտակուցները սինթեզվում են ի-ՌՆԹ-ների հիման վրա։ Հենց ի-ՌՆԹ-ների տարբերակների ուսումնասիրության վրա էլ կենտրոնացել են Սիրասն ու գործընկերները։ 

«Երբ, օրինակ, ունենք մի գեն, որը հավասար քանակով արտադրված է թե՛ քաղցկեղային, թե՛ առողջ բջջում, երբ որ իրեն համեմատենք, կարող է՝ տարբերություն չտեսնենք, այսինքն՝ երկու դեպքում էլ բջիջներում 100 ի-ՌՆԹ գտնված լինի, որը նույն գենին է պատկանում։ Բայց եթե ավելի մանրամասն նայենք, կարող ենք տեսնել, որ որոշ դեպքերում նույն գենի տարբեր իզոֆորմներ են արտադրվում, որոնք կարող են պոտենցիալ տարբեր ֆունկցիա ունեցող սպիտակուցներ կոդավորել։ Այսինքն, մինչև այս եթե դիտարկվում էր ընդհանուր գենին պատկանող ի-ՌՆԹ-ների քանակը՝ որպես չափորոշիչ՝ քանակապես համեմատելու քաղցկեղային բջիջն առողջի նկատմամբ, մենք փորձել ենք ավելի խոր գնալ, տեսնել՝ եթե արտադրված ի-ՌՆԹ-ի քանակը նույնն է, արդյո՞ք ֆունկցիոնալ առումով սպիտակուցները նույնն են, թե ոչ։ Ու գտել ենք գեներ, որտեղ իզոֆորմները տարբերվել են, այսինքն՝ ունեցել ենք գեների հավասար քանակ, բայց նույն գենի տարբեր իզոֆորմներ»,- ասում է Սիրաս Հակոբյանը։ 

Գենոմային կենսաինֆորմատիկան նման տվյալների վերլուծությամբ հեշտացնում է կենսաբանների գործը, որովհետև վերջիններս իրենց փորձերում արդեն կարող են կենտրոնանալ որոշակի գեների, սպիտակուցների վրա, փորձեր իրականացնել, պատճառահետևանքային կապեր գտնել։

Ոչ միայն քանական տվյալների, այլև փոխհարաբերությունների ուսումնասիրություն

Վերջերս Սիրաս Հակոբյանը մասնակցել է Cold Spring Harbor Laboratory ինստիտուտում անցկացված միջազգային կոնֆերանսներից մեկին։ Միացյալ Նահանգներում գործող այս ինստիտուտի ուսումնասիրությունները կենտրոնացած են քաղցկեղի, գենոմիկայի և այլ ուղղությունների վրա։ Այս կոնֆերանսի ընթացքում Սիրասը ներկայացրել է մի հետազոտություն, որի շրջանակում հետաքրքիր մեթոդով ուսումնասիրել է գենոմային տվյալները։ 

Արդեն նշեցինք, որ մեր օրգանիզմում գրեթե բոլոր գործընթացների համար պատասխանատու են սպիտակուցները։ Բայց սպիտակուցներն աշխատում են ոչ թե առանձին-առանձին, այլ՝ տարբեր ֆունկցիոնալ խմբերում միմյանց հետ համագործակցելով։ 

«20 հազար գեները, որոնք դառնում են սպիտակուց, սպիտակուցների խմբեր, որպեսզի ինչ-որ ֆունկցիա կարողանան իրականացնել բջջում, պիտի իրար հետ փոխազդեն։ Առանձին մի սպիտակուց, շատ քիչ դեպքերում է, որ մի մեծ ֆունկցիա է կատարում»,- նշում է Սիրաս Հակոբյանը։ 

Սա կարծես մի մեծ ցանց լինի, որտեղ սպիտակուցները բաշխված են՝ ըստ իրենց դերերի։ Կան սպիտակուցներ, որոնք ավելի կարևոր են, և որոնցից կախված է այլ սպիտակուցների աշխատանքը, և կան սպիտակուցներ, որոնք պակաս կարևոր են։

Հենց այդ է պատճառը, որ Սիրասն իր հետազոտության ընթացքում կենտրոնացել է ոչ միայն թվային տվյալների վրա (այսինքն, թե քաղցկեղային բջջում որ սպիտակուցը կամ սպիտակուցի որ տարբերակն է ավելի շատ), այլև փորձել է հասկանալ, թե այդ սպիտակուցն ինչպես կդրսևորեր իրեն ցանցում, ինչպես դրա մեծ քանակները կազդեին նրա հետ համագործակցող սպիտակուցների ընդհանուր աշխատանքի վրա։ 

Սիրասի հետազոտության առանձնահատկությունն այն է, որ նա ուսումասիրության այս մեթոդը կիրառել է առանձին բջիջների վրա։ Սովորաբար համեմատություններ իրականացնելիս գիտնականները վերցնում են առողջ ու հիվանդ հյուսվածքներ, դրանց բջիջներից ստանում գենոմային տվյալներ, որոնք միջինացված են։ Պատճառն այն է, որ առանձին բջիջներից ԴՆԹ կամ ՌՆԹ անջատելը բարդ գործընթաց է։ Սիրասն այս հետազոտության շրջանակում վերցրել է հենց առանձին բջիջների գենոմային տվյալները, այնուհետև տարբեր հյուսվածքների առանձին բջիջներում հաշվարկել սպիտակուցային փոխազդեցության ցանցերի ակտիվությունը։

«Այստեղ համեմատությունն իրականացվում է արդեն փոխազդեցությունների համատեքստում և ոչ թե բացարձակ թվային արժեքների։ Միայն գենի շատ արտահայտված լինել-չլինելը չէ, կարևոր է՝ այդ ֆունկիցոնալ խմբերում (նկատի ունի միևնույն ֆունկցիան կատարող սպիտակուցների խմբերը,- խմբ․) ինչ փոխհարաբերություններ կան»,- ասում է Սիրաս Հակոբյանը։

Նա նշում է, որ սովորաբար կենսաինֆորմատիկայի մեթոդներով ստացված տվյալները ստուգելի են և՛ կենսաբանական փորձերով, և՛ այլ հետազոտողների ստացած արդյունքներով։ 

Ազգագրական պարեր՝ գիտական գործունեությանը զուգահեռ

Բացի գիտական գործունեությունից՝ Սիրասն, արդեն ավելի քան տասը տարի է, հետաքրքրված է ազգային երգ ու պարով։ Նա պարում է «Լեռնապար» խմբում, համերգների մասնակցում։ Սիրասն առանձնահատուկ վերաբերմունք ունի նաև ազգային երգերի հանդեպ, որոնց հետքերով հաճախ է գնում, աղբյուրներ, արխիվներ փնտրում։ Նա նշում է, որ իր սիրելի երգերից մեկի՝ Վարդաբլուրի գութաներգի մասին անգամ Կոմիտասի հեղինակած մի գիտական հոդված է գտել, որը շատ է հետաքրքրել իրեն։

«Լեռնապար» խումբը/նկարը՝ Սիրաս Հակոբյանի արխիվից

«Ազգագրական պարն այնքան է միացնում մարդկանց․ մեր ազգագրական խմբում կա բիզնեսմենից մինչև գիտնական, ես միակ գիտնականը չեմ»,- ասում է Սիրասը։

Չնայած երբեմն աշխատանքային գրաֆիկը շատ խիտ է լինում, Սիրաս Հակոբյանը կարողանում է ժամանակ գտնել նաև երգ ու պարի համար։

Հեղինակ՝ Աննա Սահակյան,
Կենսաբանական տերմինների և հասկացությունների բացատրությունը՝ Սիրաս Հակոբյանի,
Անիմացիան՝ Ռոման Աբովյանի