Nápady a objevy

24. července 2018

Stanislav Smatana vymýšlí software umožňující analýzu střevní mikroflóry. Za svůj výzkum získal podporu od Brna

V budoucnu by software mohl výzkumníkům napomoci v třídění vzorků a následné analýze | Autor: archiv Stanislava Smatany
Prestižní cenu Brno PhD Talent letos obdržel Stanislav Smatana. Ten se v rámci svého doktorského výzkumu na Fakultě informačních technologií VUT zabývá vývojem platformy na analýzu bakterií ze střev a využitím IT nástrojů v medicíně. Tvrdí, že na dosud neznámé bakterie se můžeme dívat jako na takzvaná velká data a jejich důkladná analýza nám napomůže v porozumění chronickým chorobám či funkčnosti léků.

Podle Stanislava Smatany z FIT VUT existuje v našich střevech svět sám pro sebe, o kterém toho zatím příliš nevíme. Přesto se ale zdá, že může ovlivňovat vše od našeho vývoje po vznik různých onemocnění. „Asi před šesti lety se zjistilo, že naše tlusté střevo obsahuje mnohem víc bakterií, než jsme si doposud mysleli. Hlavní problém byl v tom, že jsme tyto bakterie nebyli schopni pozorovat v laboratorních podmínkách. Jakmile je totiž člověk vyjme ze střeva, musí je nějakým způsobem kultivovat a obrovské množství bakterií přitom zahyne. Některé články uvádějí 70 procent. Jiné dokonce až 90 procent,“ upozornil Smatana.

Postupně ovšem přišli výzkumníci s technologiemi umožňujícími získat DNA střevních bakterií bez nutnosti jejich kultivace. „Máme už dnes metody, díky kterým můžeme sesbírat DNA všech bakterií ve vzorku a načíst ho rovnou do počítače. Nic už není potřeba laboratorně kultivovat. Problém, který tím ale vzniká, je, že vezmeme všechnu DNA, aniž bychom věděli, z jaké bakterie nebo odkud pochází. Máme tak obrovské množství dat, o kterém nevíme nic,“ dodal Smatana.

V počítači tak výzkumníci mají tisíce řádků písmenek, které nelze analyzovat za použití běžných metod. „A zde přichází na scénu informatika. Našim stěžejním úkolem je vyvinout software, který by uměl takové množství dat nějak roztřídit. Už jen určit, jaké druhy bakterií tam jsou, je strašně komplikované, protože jich poznáme jen zlomek,“ uvedl mladý doktorand s tím, že velikost jediného vzorku se pohybuje ve stovkách gigabajtů. 

Doktorand Stanislav Smatana se bioinformatice věnuje už od magisterského studia | Autor: archiv Stanislava Smatany
Další problém, před který jsou odborníci postaveni, je namodelování ideální podoby mikrobiomu, tedy naší střevní mikroflóry. „Mikrobiom nám v řadě věcí pomáhá. Produkuje obrovské množství enzymů, díky kterým snadněji trávíme. Také na jeho práci spoléhá řada léků. Ukazuje se proto, že je důležitější celkové složení a rovnováha mikrobiomu. Že se jedná o velmi delikátní ekosystém. A my potřebujeme získat celkový obrázek o jeho fungování. Problém ale je, jak z takového množství dat něco predikovat,“ podotkl Smatana.

V ideálním případě by podle něj v budoucnu měli být odborníci schopni vyjmout vzorek bakterií ze střev, zanalyzovat je v počítači a doporučit nejvhodnější stravu či léky. Stanislav Smatana v první fázi svého výzkumu zjišťoval, které z dostupných nástrojů jsou pro analýzu nejvhodnější, a jak je zkombinovat tak, aby mohl zpracovávat velké objemy dat. „Nyní zkoumám a snažím se implementovat metody, které spojují více informací dohromady. Máme totiž jednak data, která nám říkají, kdo ve střevě je, ale neříkají nic o tom, co se tam děje. To je statický obrázek. Pak máme informace o tom, jaké chemické látky se v daném vzorku nachází. To znamená, že víme, co se tam děje, ale ne, kdo to vykonává. To je dynamický obrázek. A já se nyní snažím propojit statický obrázek s dynamickým, abychom získali zároveň informace o tom, co je ve střevě za bakterie, ale také, co tam dělají a jak se ovlivňují,“ vysvětlil Smatana, který vystudoval na FIT VUT bioinformatiku a v magisterském studiu se věnoval vyhledávání a analýze enzymů použitelných v průmyslu.

Stanislav Smatana, který kromě doktorského studia na VUT působí i v Centru pro výzkum toxických látek v prostředí na Masarykově univerzitě, za svůj výzkumný záměr obdržel v letošním roce i ocenění Brno PhD Talent, v rámci kterého získal podporu od Jihomoravského centra pro mezinárodní mobilitu a města Brna.

(zep)

TémataFakulta informačních technologií studenti absolventi studentská soutěž

Související články:
Michal Bidlo zjednodušil metodu pro návrh celulárních automatů
Za práci řešící monitoring sítí pomocí technologie FPGA získal Lukáš Kekely prestižní ocenění
Prezentace musí bavit i přednášejícího. Umět o výzkumu mluvit je dnes klíčové, říká vítěz 8 z VUT
Student učí chodit šestinohého robota. Inspiraci hledá u brouků
Studentský trůn ovládlo VUT. Získalo Krále i Miss Majálesu 2015