Nove tehnologije spreminjajo medicino in omogočajo povsem drugačen pogled na telo, na zdravje in bolezni, pravi Marinka Žitnik, ki končuje podoktorsko usposabljanje pri prof. dr. Juretu Leskovcu na univerzi Stanford. Poklicno pot bo nadaljevala na Harvardu, kjer bo s svojo raziskovalno skupino razvijala najnaprednejše računske metode za reševanje zahtevnih problemov v biologiji in medicini.

»V Bostonu je biomedicina zelo močna,« pojasnjuje 30-letna znanstvenica, ki je bila pred kratkim izbrana kot najboljša med več kot 400 prijavljenimi kandidati za razpisano profesorsko mesto iz podatkovnih znanosti na univerzi Harvard. »To vidim kot izjemno priložnost, ki mi bo omogočila nadaljnji razvoj tehnik umetne inteligence in strojnega učenja za analize velikih podatkov v biomedicini, s čimer bi lahko pospešili razvoj novih zdravil, napovedali, katero zdravilo je najboljše za zdravljenje dane bolezni pri danem pacientu, in iz velikih podatkov izluščili temeljne mehanizme življenja,« dodaja Marinka Žitnik, ki ohranja tesne vezi s slovenskimi raziskovalci, predvsem na ljubljanski fakulteti za računalništvo in informatiko in inštitutu Jožefa Stefana. Z njo smo se pogovarjali med njenimi kratkimi počitnicami v domovini.


 

Kaj vam pomeni, da ste bili raziskovalka na univerzi Stanford?

Izredno veliko. Zdi se mi, da je bila to doslej najpomembnejša odskočna deska za mojo kariero, saj mi je omogočila, da sem dobila profesorsko mesto na univerzi Harvard. Poleg tega sem delala z izjemnimi znanstveniki, imela sem odlične mentorje. Poleg prof. Jureta Leskovca sem imela mentorje tudi na oddelkih za biologijo, medicino in bioinženirstvo. Pomagali so mi pri iskanju novih idej, razvoju računskih tehnik, skupaj smo odkrivali, kateri so veliki problemi, ki jih naše raziskave lahko rešijo.
Poleg tega sem bila zelo navdušena nad tem, kako motivirani so študentje ter pripravljeni veliko in dobro delati, da bi prišli do rezultatov in do zmogljivih algoritmov.



Ta izkušnja mi ni omogočila zgolj rasti v raziskovalnem smislu, temveč sem pridobila tudi veliko novega znanja, med drugim spretnosti mehkih veščin, na primer, kako poučevati in spremljati mladega dodiplomskega ali doktorskega študenta, ga motivirati ter kako predstavljati rezultate svojega dela na širši javnosti razumljiv način, pa tudi tako, da je razumljivo sodelavcem iz drugih disciplin.
 

Kakšen je vaš vtis, če primerjate to raziskovalno okolje z razmerami v Sloveniji? Verjetno je v Silicijevi dolini več spodbud in se stvari odvijajo veliko hitreje?

Zagotovo. Univerza Stanford in še nekaj drugih najpomembnejših univerz v ZDA so izredno močno finančno podprte in imajo dobre povezave z industrijo. Na Stanfordu se vse hitro premika, ljudje so zelo angažirani. Vsi vidijo cilj pred seboj in si po svojih najboljših močeh in z različnih zornih kotov prizadevajo, da bi ga dosegli. Vendar menim, da je tudi v Ljubljani več zelo močnih raziskovalnih skupin, ki so mednarodno priznane. Imela sem priložnost sodelovati s prof. dr. Blažem Zupanom, predstojnikom laboratorija za bioinformatiko na fakulteti za računalništvo in informatiko, ki je dobro povezan z več univerzami v tujini, kar mi je omogočilo, da sem bila že med doktorskim študijem na raziskovalnih obiskih na univerzi v Torontu, na Imperial Collegeu v Londonu in na Baylor Collegeu of Medicine v Houstonu. Tako sem pridobila veliko dragocenih izkušenj, še preden sem odšla na Stanford.
 

V čem je skrivnost uspeha Silicijeve doline?

Ljudje se pri delu na projektih zelo pogosto vprašajo, kaj pomeni rešitev problema, s katerim se ukvarjajo, za vsakdanje življenje, kakšna je uporabna vrednost algoritma, ki so ga razvili. Znanstveniki velikokrat razvijamo prototipe oziroma modele in njihovo uporabnost pokažemo v nekem omejenem, nadzorovanem okolju, kar nato opišemo v strokovnih člankih. Pomembno vprašanje pri tem pa je, kako to rešitev prevesti v prakso. Ta inženirski vidik je v Silicijevi dolini izjemno cenjen in univerzi Stanford njen strateški položaj omogoča zelo dobre stike s podjetji in industrijo. Številna podjetja, ki so pri razvoju uporabila akademsko znanje in ideje, to kasneje univerzi vračajo, bodisi s tem, da finančno podpirajo raziskovalce, bodisi povabijo študente na poletno prakso ali jim sponzorirajo konference in druge dogodke. Vračanja iz industrijskega sveta v akademsko okolje je zares veliko.
 

Eno takih podjetij je tudi Facebook. Mark Zuckerberg je z ženo Priscillo Chan ustanovil sklad, ki bo v desetih letih namenil za raziskave v medicini tri milijarde dolarjev. Kaj po vašem mnenju pomeni tako velika naložba v znanost?

Pomembno se mi zdi, da imajo ljudje, ki so zelo bogati, dovolj širine, da del denarja investirajo v zdravljenje in v medicinske znanosti. Ne samo Zuckerberg, tudi nekaj drugih posameznikov, med njimi še posebej Bill Gates, vlaga ogromno denarja v razvoj zdravstva in zlasti v reševanje problemov v Afriki. Mark Zuckerberg je skupaj z ženo Priscillo, ki je zdravnica, avtor pobude, katere cilj je odpraviti vse bolezni do konca tega stoletja. Mogoče je to bolj vizija in inspiracija, vendar s pomočjo teh sredstev že poteka cela vrsta raziskovalnih projektov, poleg tega so eden glavnih podpornikov Atlasa človeških celic – to je mednarodni projekt, po pomenu primerljiv s projektom Človeški genom, njegov cilj pa je identificirati vse vrste celic v vseh vrstah človeških tkiv, kar bi lahko imelo velik pomen za številne aplikacije v medicini.



Projekti, povezani s filantropijo, se mi zdijo izjemno pomembni, ker so lahko odlično dopolnilo k ustaljenim mehanizmom financiranja, pri katerih se pojavlja velika tekmovalnost, pogosto pa so tudi vpeti v kalupe ustaljenih politik ali vizij in je včasih težko pridobiti sredstva za povsem nove, prebojne in tvegane ideje, ki bodisi znanost premaknejo naprej bodisi neslavno propadejo. Nacionalne agencije česa takega verjetno ne bi financirale, tu pa lahko veliko pripomore filantropija. V sklopu omenjene ponude so v San Franciscu ustanovili Chan-Zuckerbergov biohub (CZ biohub), kjer je zaposlenih nekaj sto raziskovalcev in mednarodno najbolj uglednih znanstvenikov, ki sodelujejo s tremi univerzami v bližnji okolici, to so univerza Kalifornije v San Franciscu, Berkeley in Stanford.
 

Ste pri enem od teh projektov sodelovali tudi vi?

Delujem v skupini prof. Leskovca, ki je pridobila finančno visoko podprt projekt CZ biohub, moja vloga pri tem pa je razvoj metod umetne inteligence za raziskave v biomedicini. CZ biohub ima namreč zelo zmogljivo opremo za sekvenciranje bioloških vzorcev, ki se uporablja za določanje nukleotidnega zaporedja več milijonov fragmentov DNK hkrati. S to opremo je mogoče sočasno analizirati veliko število genov v veliko več vzorcih hkrati, kot bi to lahko naredili v kateremkoli akademskem laboratoriju, in ti podatki se potem povežejo z znanjem raziskovalcev na univerzah.



Letos smo v eni od naših raziskav zbrali podatke o tem, kako geni sodelujejo drug z drugim in pripomorejo k temu, da celice v našem telesu ostanejo zdrave in normalno delujejo. Iz teh podatkov smo zgradili velika omrežja proteinov za 1840 vrst organizmov, od bakterij do primatov, in razvili algoritme, ki ta omrežja analizirajo in odkrijejo, kako proteinski nanostroji najdejo rešitve v še tako zahtevnih okoliščinah in uspešno delujejo kljub morebitnim okvaram.
 

Kako ta spoznanja vplivajo na medicino?

Medicina 20. stoletja je temeljila na načelu, da zdravniki bolezen diagnosticirajo in tudi zdravijo glede na organ, ki ga bolezen prizadene, moderna medicina 21. stoletja pa obeta, da se bo celotno področje bolezni redefiniralo glede na mnogovrstne molekularne podatke, izmerjene z novimi tehnologijami. Z analizo teh podatkov je diagnostika veliko bolj natančna, pri čemer ne upoštevamo le znakov bolezni glede na prizadeti organ, temveč ugotavljamo molekularni podpis bolezni, opazujemo, kaj se dogaja v celicah bolnika in katero zdravljenje bi bilo zanj najbolj primerno. Takšne podatke smo lani uporabili, da smo razvili prvi algoritem umetne inteligence za modeliranje kombinacij različnih zdravil. S to metodo je mogoče napovedati, ali je neka kombinacija zdravil škodljiva za pacienta in kakšna je verjetnost, da zdravila, ki jih jemlje skupaj, vodijo do nezaželenih stranskih učinkov. Ta metoda in drugi pristopi odpirajo vrata tako imenovani precizni oziroma personalizirani medicini.
Vendar se pri tem pojavlja tudi veliko problemov, ki presegajo tehnologijo – dileme, povezane z etiko in pravno ureditvijo. Ena od novih tehnologij je tehnika za urejanje genskega zapisa CRISPR. To novo orodje je zelo zmogljivo, a vzbuja etična vprašanja, hkrati pa tudi regulatorni mehanizmi še niso razviti.
 

Z razvojem bioinženirstva se porajajo etična vprašanja, hkrati pa regulatorni mehanizmi še niso razviti. Foto Shutterstock

Sponzor letošnje Pesmi Evrovizije v Tel Avivu je bilo izraelsko podjetje MyHeritage. S kakšnimi razlogi je po vašem mnenju to biotehnološko podjetje podprlo prireditev, ki je imela več kot 180 milijonov gledalcev, in kakšne etične dileme se pri tem pojavljajo?

MyHeritage je eno največjih tovrstnih podjetij v svetu, katerih namen je zgraditi čim večje biobanke, to so ogromne podatkovne zbirke, ki vsebujejo genetske podatke zelo veliko ljudi, vendar ne samo o njihovem genomu, temveč tudi o njihovem načinu življenja, izobrazbi, inteligenci, njihovi finančni situaciji, zdravstvenem stanju in podobno. V zadnjih letih jim je več milijonov ljudi poslalo svoje vzorce sline, ker so želeli izvedeti, od kod izvirajo njihovi predniki. Iz vzorca sline izločijo DNK posameznika in ga z računskimi algoritmi primerjajo z vzorci vseh drugih ljudi, ki so genetski test opravili pred njim.



Rezultat analize po odstotkih pokaže, katerim narodnostim posameznik pripada, hkrati pa je veliko teh podjetij začelo objavljati tudi zdravstvene nasvete v primerih, ko ima posameznik mutacijo, ki poveča tveganje za razvoj bolezni. Tu pa zelo hitro zabredemo v mračne vode, saj ni jasno, za kaj se bodo vsi ti podatki uporabljali. Bi lahko nekoč želele dobiti vpogled vanje zavarovalnice? Ali pa bodo delodajalci poskušali na podlagi genetskega profila določiti, ali je nekdo dovolj nadarjen oziroma sposoben za neko delo?
 

Ste na povabilo k sodelovanju v vaši raziskovalni skupini na univerzi Harvard, ki ste ga objavili na svoji spletni strani, že dobili kak odziv iz Slovenije?

Za zdaj še ne, vendar upam, da mi bo uspelo ohraniti povezave s slovenskimi računalnikarji in ustvariti nove s slovenskim zdravstvenim sistemom, še posebej pa se veselim, da bi to lahko pomenilo tudi, da bodo prišli na raziskovalni obisk na Harvard slovenski študentje in se bo tako plemenitilo znanje v obeh smereh.