Търновски учен разработва математически кодове за изследване на ДНК вериги

Двама преподаватели във ВТУ са участвали в Нидерландия в разработка на математически и софтуерен модел за тамошните пощи

МАТЕМАТИЧЕСКИ КОДОВЕ ЗА ИЗСЛЕДВАНЕ НА ЧОВЕШКАТА ДНК РАЗРАБОТВА ПРЕПОДАВАТЕЛЯТ ВЪВ ВТУ „СВ. СВ. КИРИЛ И МЕТОДИЙ“ ДОЦ. ЗЛАТКО ВЪРБАНОВ. Той е доцент в катедра „Информационни технологии“ на Факултета по математика и информатика и чете лекции по програмиране, алгоритми, съвременни програмни среди и кодиране на информацията. По ДНК кодовете работи заедно със своя докторант гл. ас. д-р Мая Христова и с доц. Тодор Тодоров. Тримата преподаватели във ВТУ са вероятно единствените учени в България, които разработват метод за генериране на големи по обем кодове, които да съответстват на човешките ДНК вериги. На този етап техните открития имат приложение най-вече в биоинформатиката.

„ДНК кодовете се оказват доста интересно и експлоатирано направление в последните 15 г. Учени от различни държави са направили разработки, свързващи човешката ДНК и математическите кодове. Връзката е сложна за обяснение, някои неща, свързани с биологическите термини, дори и на мен не са ми съвсем ясни. Аз самият се занимавам с това от около пет години и за това ме вдъхнови моят колега в катедрата доц. Тодор Тодоров. И сега ние създаваме кодове, които да помогнат за изследване на човешката ДНК. С помощта на тези кодове се извършват симулативни изчисления върху основните четири аминокиселини – аденин, гуанин, цитозин и тимин“, обяснява доц. Върбанов и допълва, че тези четири основни аминокиселини се свързват в ДНК веригата по различен начин. Кодовете, които екипът на доц. Върбанов разработва, помагат на биоинформатиката да постигне доста по-добри резултати спрямо тези, които се постигат с класическото изследване на ДНК. Благодарение на методологията, която доц. Върбанов е разработил,  изследванията в генетиката стават все по-бързи, а възпроизвеждането и синтезирането на всяка ДНК, която се базира на основните четири аминокиселини, по-точни.

„Идеята е в това, че всяка ДНК верига може да се представи като последователност от букви или цифри, които представят основните четири аминокиселини. Въпросът е как те се свързват помежду си, тъй като не всяка аминокиселина може да се свърже с всяка друга. А целта е да се постигнат вериги с определена дължина и те да бъдат съвместими с човешка ДНК и със синтетични ДНК структури, които могат да бъдат използвани в съвремието“, казва още доц. Върбанов.

В крайна сметка компютрите, които са базирани на изчисления с помощта на ДНК, ще могат да решават по-сложни проблеми много по-бързо и по-ефективно в сравнение с традиционните компютри. Те няма да стигнат бързодействието на квантовите компютри, но за сметка на това, шансовете за тяхното разработване и стабилизиране, за разлика от квантовите, е доста по-голям, допълва преподавателят.

Само време не достига на доц. Златко Върбанов, за да прави още по-успешни и качествени изследвания. „За съжаление, идеята университетите да станат и научни центрове, така и не стана факт. Много е трудно с двойна преподавателска натовареност един учен да има време и за наука. Така че на нас ни е нужно време. Всичко друго ни е достатъчно. Не са ни нужни сложни лаборатории за ДНК анализ, защото нашата работа е да пишем изследователски софтуер“, казва доцентът.

ОСВЕН ЧЕ РАЗРАБОТВА ДНК КОДОВЕ, ДОЦ. ЗЛАТКО ВЪРБАНОВ РАБОТИ И ВЪРХУ СЪЗДАВАНЕТО НА СПЕЦИАЛЕН КЛАС КОДОВЕ, КОИТО ДА БЪДАТ ПРИЛОЖИМИ В СЪВРЕМЕННИТЕ ЕЛЕКТРОННИ УСТРОЙСТВА и бъдещите квантови компютри. „Квантовите компютри са много по-бързи, защото имат малка по физически размер памет, но голяма като обем за съхраняване на информация. Обаче заради физическата си същност има множество грешки при предаването на информация. Аналогът на един бит информация (наречен кюбит) в тези свръхбързи компютри ще се съдържа в един електрон. А електроните се държат много неустойчиво“, обяснява преподавателят и уточнява, че именно кодирането търси начини да защити максимално от грешки информацията при нейното предаване. И допълва, че със своя докторант Любомир Филипов работи и върху алгоритми, които ще забързат обработването на данните там, където се изисква биометричен контрол, например по държавните граници.

Науката, с която доц. Златко Върбанов се занимава, го е отвела преди две седмици в Нидерландия, където заедно с гл. ас. д-р Силвия Върбанова са участвали в разработването на математически и софтуерен модел за намаляване на ежедневните разходи на нидерландските пощи. „Това е много интересен проект, наречен „Европейска група за срещи на математиката и индустрията“. Тези срещи продължават пет дни. В първия ден индустриалните компании, които предварително са заявили желание да участват, представят проблеми, изискващи математическо и софтуерно моделиране, за да бъдат решени. После ние, групите от математици и програмисти, имаме три дни, за да предложим математическия модел. И накрая компаниите изслушват нашите идеи и решават дали ще ги приложат на практика, за да ги проверят“, обяснява доц. Върбанов.

Двамата търновски учени са работили в група с колеги от Нидерландия, Германия, Македония и Турция. Проблемът, поставен пред тях, е бил свързан с пощите на Нидерландия. Те са създадени още през 1799 г. и допреди 20 г. са били държавни, след което стават частна компания. Сега пощите обработват до 1 млн. пратки на ден на територията на Бенелюкс – Нидерландия, Люксембург и Белгия. И искат да оптимизират разходите от пункта за приемане на пратките до местата, където те се събират и сортират. Сериозните разходи се генерират най-вече поради факта, че северната част на Нидерландия е доста по-слабо населена и по-слабо активна в сравнение с южната, която е по-близо до Люксембург и Белгия. Това води до натоварване на едни центрове повече за сметка на другите. Решението, което групата от учени е предложила, може да доведе до спестявания от порядъка на около 2500 евро на работен ден. Дали наистина формулата ще има този ефект, ще е ясно, когато я приложат на практика, казва доц. Върбанов и допълва, че за да получат този математически модел, пощите са платили 1750 евро за участието си в работните групи.

Двамата търновски преподаватели сами са избрали проблема, над който да работят, защото е най-близо до научните им интереси. Иначе пред участниците в европейската среща са били поставени шест проблема. Единият е бил за разработването на медицински наколенки, които с помощта на математически алгоритми да предсказват натоварването на човешките стави в различни ситуации. Другият – за създаването на справедлива класация на тенисасоциацията на Нидерландия за състезанията им по двойки. Имало е и проблем, който е изисквал създаването на математически модел за следене на пътния трафик, регулиращ светлините на светофара по такъв начин, че може да смени цвета си по-рано от закодираното време, ако няма трафик от едната посока, а от другата има такъв.

Сашка АЛЕКСАНДРОВА

Сн. авторката