Перспективы развития рынка биотехнологий поистине огромны. Как и многие другие направления сферы высоких технологий, биотех находится сегодня на «низком старте» и еще не вышел в стадию не то, чтобы «зрелости», но даже активного развития. Однако, чтобы оказаться в числе лидеров, инвестировать в развитие технологий нужно уже сегодня. Это прекрасно понимают частные инвесторы: согласно результатам исследования тенденций развития разных областей применения искусственного интеллекта Stanford 2021 AI Index Report больше всего венчурных инвестиций в сфере ИИ в 2020 году привлекли стартапы из категории биотехнологии. На их долю пришлось $13,8, что в 4.5 раза больше, чем годом ранее. На втором месте оказались самоуправляемые автомобили, которым удалось привлечь уже $4,5 млрд, то есть в три раза меньше.
Чем можно объяснить такое внимание частных инвесторов к биотехнологиям? С одной стороны, пандемия Covid-19 стала стимулом для новых изысканий в сфере здравоохранения в целом. Но с другой стороны, развитие области биотехнологий позволяет перейти к персонализированной медицине, автоматизации изучения историй болезней, разработке новых лекарств, в том числе и индивидуальных, прогнозированию взаимодействия веществ в области молекулярной биологии и так далее. Сегодняшние стартапы и будущие технологические лидеры двигаются в этих направлениях, чтобы создать востребованные уже сегодня решения.
Сложности развития биотехнологий
Успешное развитие проектов в сфере биотеха подразумевает плотное взаимодействие специалистов в сфере IT и искусственного интеллекта с учеными из области биологии, фармакологии, генетики и медицины в целом. Однако такое партнерство пока что не носит массовый характер. Более того, руководителям подобных проектов необходима кросс-отраслевая экспертиза, которая позволит эффективно работать с новыми направлениями, легко погружаясь как в «био», так и в «тех»-тематики. При том, что российские ученые традиционно сильны в сфере биологии, отечественные вузы пока не часто предлагают учебные программы, необходимые для развития биотехнологий.
Тем не менее уже сейчас мы наблюдаем проявление новых тенденций и в российских учебных заведениях. Так, в 2020 году в МФТИ появилась магистерская программа, направленная не только на обучение студентов, но и на разработку востребованных рынком продуктов. По словам директора Физтех школы биологической и медицинской физики (ФБМФ) Дениса Кузьмина, появление новой учебной траектории было продиктовано стремительным развитием биоинформатики как науки, а также растущим интересом к этой специальности со стороны компаний-партнеров вуза. Совместно с инновационной компанией Napoleon IT один из ведущих технических вузов создал условия для кросс-дисциплинарного обучения биологов и программистов, запустив подготовку специалистов для совершенно нового бизнеса.
Часть бюджетных мест для магистрантов финансирует непосредственно Napoleon IT. По задумке руководителей компании, которой уже удалось реализовать ряд проектов в сфере искусственного интеллекта и компьютерного зрения на глобальном уровне, инвестиции в подготовку специалистов новых направлений создают необходимый кадровый резерв для будущих прорывов. По словам СЕО Napoleon IT Павла Подкорытова: «Наша главная цель – создать продукты и проекты, которые способны спасти миллионы и поднять качество жизни для миллиардов людей. В магистратуре объединились единомышленники, кто так же, как и мы, горят этой мечтой – сделать мир лучше». Интересно, что инновационный предприниматель инвестирует в обучение студентов не только от лица компании, но и вкладывает личные деньги в перспективные проекты начинающих биоинформатиков.
Первые результаты работы
Несмотря на молодость программы магистратуры МФТИ и специалисты из Napoleon IT уже показали результаты совместной работы. Проект UNONA – разработка детектора ковидных аномалий в ритме сердца. Группой ученых ННГУ им. Лобачевского под руководством Полевой С.А. были обнаружены признаки критических изменений в организме, связанных с COVID-19, на основе результатов мобильной телеметрии ритма сердца. По их данным более 70% смертельных исходов при заболевании COVID-19 связано с острой сердечной недостаточностью и тромбозами. Существующие клинические методы диагностики не позволяют определять предикторы этих проблем, чтобы вовремя выявить и предотвратить летальный исход. Но искусственный интеллект при наличии обширной исходной базы данных вполне способен провести анализ и обнаружить признаки болезни. Для решения такой задачи нужна была лишь опытная кросс-дисциплинарная команда, которая как раз сформировалась в МФТИ.
В рамках хакатона проекта «Цифровой прорыв» команда магистрантов программы «Индустриальная биоинформатика» испробовала несколько подходов к решению задачи классификации и остановилась на методах построения рекуррентных и конволюционных нейронных сетей (CNN + RNN) с применением технологий «долгой» памяти (LSTM). Такое решение показало наилучший баланс между точностью и полнотой анализа (так называемую метрику F1) и было принято в работу.
Помимо бинарной классификации наличия или отсутствия отклонений также была разработана технология визуальной демонстрации участка аномального интервала сердечного ритма. Разработанное решение уже является комплексным. Оно включает в себя модуль, написанный на языке Python для разработчиков, веб-сервис для врачей и ученых с визуализацией результатов и возможностями ввода данных, а также мобильное приложение для сбора информации у пользователей носимых устройств. Поэтому, завершив первый этап проекта, команда приступила к обсуждению возможностей его дальнейшего развития. Ведь в перспективе с помощью анализа вариабельности сердечного ритма можно научить алгоритм выявлять признаки предсердной аритмии, трепетания предсердий, желудочковой тахикардии, кардиомиопатии и так далее.
Зачем бизнесу инвестировать в биоинформатику?
Несмотря на то, что наука в целом и даже прорывные проекты ученых в частности являются неочевидным объектом инвестирования в силу закрытости академической среды и низкого уровня знаний предпринимателей в этой сфере, сегодня мы наблюдаем начало вложений российского бизнеса в биотехнологии. Да, вклад в научные проекты – долгий и непростой, однако, судя по прогнозам аналитиков, именно на новых решениях, которые лежат на стыке биологии, медицины и ИТ, будет строиться дальнейшее развитие всей системы здравоохранения в мире.
С помощью биоинформатики уже сейчас ученые находят новые лекарства, создают 3D-модели белков, чтобы изучить их взаимодействие друг с другом, предсказывают развитие заболеваний и находят предрасположенность к различным болезням у конкретного человека, даже если он пока не испытывает никаких симптомов. С помощью машинного обучения и анализа больших объемов данных можно изучать влияние различных факторов на рост сельскохозяйственных растений и животных, в конечном счете повышая прибыльность фермерских хозяйств.
Но все это невозможно без наличия специалистов, способных решать сложные задачи на стыке разных отраслей. Новая магистерская программа МФТИ позволяет студентам за 2 года обучения получить необходимые знания, чтобы быть первым в своей области и получить высокооплачиваемую работу с большими перспективами. А благодаря непосредственному участию в обучении будущих специалистов Napoleon IT, первые выпускники программы уже успели поработать над реальными проектами под руководством ученых-биоинформатиков с мировым именем, попробовали свои силы в хакатонах, победили в Kurchatov GenHack, участвовали в международном соревновании по синтетической биологии IGEM и трудились над проектом UNONA.
Интересно, что принципы самостоятельной подготовки кадров Napoleon IT в партнерстве с вузами и в своей собственной ИТ-школе уже несколько лет оправдывают себя. Компания проводит обучение по различным перспективным специальностям в сфере ИТ и приглашает лучших студентов на работу, либо предлагает трудоустройство у своих партнеров. Такой подход одинаково выгоден для обеих сторон и помогает решить проблему кадрового голода в высокотехнологичных сферах, создавая выгодные условия как для компаний, так и для самих специалистов. И не исключено, что в ближайшее время появятся новые примеры эффективного взаимодействия инновационного бизнеса и ведущих вузов, формируя условия для развития медицины будущего в России и на глобальном уровне.