Центр инженерной биологии

АНО «Центр инженерной биологии»

Инженерный подход к живым системам

Формализуем состояние живой системы, строим вычислительные модели, получаем количественные предсказания, проверяем их экспериментально и используем ошибку эксперимента для следующей итерации модели.

01 · Собрать данные
Данные
Собираем данные о состоянии живой системы и проверяем, насколько воспроизводимы измерения.
01 / 07
контроль вмешательство

Что это

Биология отвечает на вопрос, почему система оказалась в состоянии X. Инженерный вопрос другой. Какое воздействие переведёт систему из состояния X в заданное X* и что произойдёт после вмешательства.

Мы не создаём новую науку и не доказываем превосходство подхода. Проект показывает, что инженерный слой нужен в дополнение к описательной биологии. Модель обязана выдать количественное предсказание до эксперимента, а расхождение между расчётом и измерением служит мерой качества модели. Отрицательный результат сохраняется и уточняет модель.

Направления

Активные исследования отделены от того, что только предполагается. Работа идёт по одному направлению.

Старение

Первая задача и первый демонстратор метода. Полный цикл от транскриптомных данных до пилота на C. elegans, с проверкой предсказания экспериментом.

Пилот. Нужна репликация

Последний результат

Слепое предсказание совпало с экспериментом

Вычислительный анализ, выполненный без знания результатов эксперимента, независимо указал на те же молекулы, которые были найдены в лаборатории. Предсказанное продление жизни согласуется с наблюдаемым в исследованных условиях, а однократное введение дало эффект, сопоставимый с многократным.

Инженерный цикл

Семь шагов, которые повторяются, пока расхождение между расчётом и измерением не станет приемлемым для конкретной задачи.

  1. Собрать данные. Определить, какие параметры живой системы доступны измерению и насколько стабильно они воспроизводятся.
  2. Построить модель. Описать связь между состоянием и внешними воздействиями формально, с явными допущениями.
  3. Сформулировать предсказание. Зафиксировать до эксперимента количественный результат, который модель считает ожидаемым, и границы, в которых он верен.
  4. Провести вмешательство. Выполнить воздействие в контролируемых условиях, с контрольной группой, так, чтобы его можно было воспроизвести.
  5. Измерить результат. Зафиксировать результат теми же методами, что и исходное состояние, чтобы сравнение было корректным.
  6. Сравнить расчёт и эксперимент. Оценить величину и знак ошибки предсказания. Отрицательный результат здесь такой же результат, как положительный.
  7. Обновить модель. Изменить модель с учётом расхождения и вернуться к шагу 3 с новым предсказанием.

Прогресс измеряется уменьшением ошибки между предсказанием и измерением, а не количеством публикаций или убедительностью объяснения.

На что опирается

Инженерная биология опирается на сложившиеся области и не противопоставляет себя им.

Системная биология
Описание взаимодействующих биологических систем и их динамики.
Синтетическая биология
Проектирование биологических конструкций и целенаправленное изменение систем.
Вычислительная биология
Анализ биологических данных, на которых строится измеряемое состояние.
Машинное обучение
Построение моделей и оценка их предсказаний вне обучающих условий.
Теория управления
Язык состояния, управления и обратной связи, в котором формулируется вмешательство.
Экспериментальная биология
Проверка моделей на живых организмах и культурах клеток.

Кто это делает

Геннадий Юрьевич Музыкантов

Геннадий Юрьевич Музыкантов

Сооснователь. Инженерные модели и вычисления

Магистратура МФТИ по прикладному анализу данных в медицине. Опыт в VHDL, реверс-инжиниринге, распределённых системах и прикладном машинном обучении. Отвечает за инженерные модели, математическое моделирование и вычислительный стенд.

Алексей Алексеевич Алексеев

Алексей Алексеевич Алексеев

Руководитель направления системной биологии старения

Омиксные данные, биомаркеры и поиск геропротекторов. Отвечает за биологическую интерпретацию моделей и связь вычислительных результатов с данными, включая ограничения измерений и корректность эксперимента.

Сергей Юрьевич Ватолин

Сергей Юрьевич Ватолин, PhD

Научный руководитель экспериментальной программы

PhD, старший исследователь Case Western Reserve University, Division of Hematology and Oncology, Кливленд. С 1990 года в доклинической разработке лекарств, от идентификации мишени до кандидата в терапию. Разрабатывает тесты для поиска анти-возрастных и противоопухолевых соединений и переводит гипотезы проекта в клеточный эксперимент.

Эксперты и консультанты

Александр Викторович Беленов

Александр Викторович Беленов

Топ-эксперт Центра компетенций ИИ АНО «Цифровые платформы».

Александр Владимирович Клаковский

Александр Владимирович Клаковский

Внедрение ИИ-агентов в бигтех компании.

Дмитрий Олегович Крюков

Дмитрий Олегович Крюков

Биоинформатик, организатор сообщества «Математика старения» (computage.org, Telegram).

Центр инженерной биологии

Центр инженерной биологии. Проект развивает инженерный подход к живым системам и публикует записи экспериментов по мере их выполнения.

Инженерная биология здесь не заменяет синтетическую и вычислительную биологию, а добавляет к ним требование полного цикла. Тексты проекта публикуются на Хабре.