Магистерская программа
Вычислительная биология и биоинформатика
Направление 01.04.02 — Прикладная математика и информатика
О программе
Магистратура «Вычислительная биология и биоинформатика» предназначена для физиков, математиков и программистов, которые хотят решать интересные и сложные задачи из области вычислительной биологии на стыке программирования, анализа данных и современной биоинформатики.
Иногда к работе с этими биологическими объектами применяют машинное и глубокое обучение, но вычислительная биология намного шире: в нее входит и работа со структурами молекул (критически важная для фармацевтических задач), и работа со сложными динамическими системами, и предсказание условий сборки и наработки биологических молекул.
Многие программы по модному сейчас биоинформатическому направлению предлагают обучение именно алгоритмам обработки биологических данных и как правило, это касается работы с геномами, транскриптомами и прочими видами строчек из символов определенного алфавита.
Здесь студенты приобретут теоретические знания и практические навыки для создания новых подходов к задачам биологии и фармакологии, которые критичны для развития этих областей, но еще не решены.
Кто реализует программу?
НИУ ВШЭ — Санкт-Петербург занимает лидирующие позиции в образовании и исследованиях в социально-экономических, гуманитарных и компьютерных науках в Северо-Западном макрорегионе России.
По результатам 2021 года кампус занял 4-место по качеству бюджетного приема среди всех вузов страны и 1-место среди вузов Санкт-Петербурга.
Сегодня кампус осуществляет подготовку по 14 бакалаврским и 25 магистерским программам. Имеет собственные международные исследовательские лаборатории под руководством всемирно известных зарубежных и российских ученых, а также научные центры и лаборатории, возглавляемые ведущими российскими специалистами.
BIOCAD — одна из крупнейших биотехнологических инновационных компаний в России, объединившая научно-исследовательские центры мирового уровня, современное фармацевтическое и биотехнологическое производство, доклинические и клинические исследования, соответствующие международным стандартам.
BIOCAD — компания полного цикла создания лекарственных препаратов, от поиска молекулы до массового производства и маркетинговой поддержки. Препараты предназначены для лечения онкологических, аутоиммунных и инфекционных заболеваний и других социально значимых болезней. Продуктовый портфель в настоящее время состоит из 61 лекарственного препарата, из которых 9 продуктов оригинальные, 22 — биологические. В настоящее время порядка 40 продуктов находится на разных стадиях разработки.
В BIOCAD работает более 2600 человек, из которых около трети — ученые и исследователи. Офисы компании расположены в России, Китае, Бразилии, Вьетнаме и ОАЭ.
Зачем это BIOCAD?
Прямо сейчас перед биологией и фармакалогией стоит множество вызовов, на которые современной науке только предстоит ответить. Чтобы ускорить этот процесс, компанией BIOCAD было принято решение разработать и запустить магистратуру с финансированием обучения студентам, прошедшим отбор.
При этом все, чего мы ожидаем от студентов программы, — чтобы вы учились, учились и еще раз учились. Выпускники не обязаны будут выплачивать денежную компенсацию за свое обучение или заключать принудительный контракт на отработку с компанией. Работа в BIOCAD — лишь одна из возможностей, открытая для будущих магистров.
Мы будем рады, если обоюдно подойдем друг другу, ведь с помощью этой магистратуры мы хотим взращивать и собственные будущие кадры, которые не нужно будет обучать еще несколько лет после приема на работу. Но мы также хотим, чтобы вычислительная биология в России и в мире развивалась в целом, поэтому все знания, которые необходимы для успешной академической карьеры, вы здесь тоже обязательно получите. Ведь кто-то же должен создавать методы, которыми мы пользуемся на практике каждый день!
Кого мы ждем на программе?
Мы убеждены, что подготовка выпускников-супергероев невозможна с нуля, поэтому для успешного освоения программы потребуется определенная база.
Если вас это не пугает, то ознакомиться со всеми пререквизитами и подготовиться к поступлению вам поможет информация из блока «Как поступить?».
Еще мы ожидаем, что у вас нет страха перед физикой и биологией, которые требуют нематематического мышления. И конечно, никуда без навыков самоорганизации и должной мотивации — нагрузка будет интенсивной, и вам важно здраво оценить, готовы ли вы 20 часов в неделю проводить на занятиях и еще столько же — за выполнением домашних заданий, еще и совмещая все это с написанием научно-исследовательской работы.
Мы ожидаем, что у вас уже есть очень хороший математический бэкграунд — знания математического анализа, теории вероятностей и прочих базовых математических предметов 1 и 2 курса бакалавриата.
На программе вы будете:
Учиться в действительно престижном вузе с известными преподавателями и по окончании обучения имеете возможность стать хорошим программистом.
Изучать профильные предметы от специалистов индустрии.
Выполнять актуальные и значимые научные работы.
Получать великое множество полезных знаний и навыков, необходимых, чтобы стать востребованным специалистом.
Что мы предлагаем?
Продолжительность программы — 2 года
Очная форма обучения
Государственная аккредитация
Занятия проводятся на русском языке
5 бюджетных мест
До 10 коммерческих мест, обучение на которых оплачивает BIOCAD
Возможность получения ежемесячной стипендии до 12 тысяч рублей
Предоставление вузом общежития для иногородних студентов (с возможной компенсацией стоимости проживания от компании)
Чему будем учить?
1 модуль
В программе предусмотрены базовые предметы от преподавателей Вышки, специальные курсы от сотрудников BIOCAD и научная работа.
В настоящее время на программе нет вариативных курсов (только МагоЛего) или индивидуальных траекторий обучения, поэтому все перечисленные предметы, за исключением факультативов, являются обязательными.
Если вы уверены в своих знаниях по какому-либо из предметов и не видите смысла их повторно изучать, вы можете попробовать сдать их экстерном.
1 курс
2 модуль
3 модуль
4 модуль
1 модуль
2 курс
2 модуль
3 и 4 модуль
Научная работа
Научно-исследовательская работа — одна из самых важных частей нашей магистерской программы. Именно в процессе решения настоящей научной задачи студенты понимают, зачем им столько теоретических знаний, для чего было необходимо столь интенсивное изучение материалов в рамках первого семестра.
Когда начинается научная работа?
Научно-исследовательские работы начинаются со второго семестра (или, по-вышкински, с третьего модуля).
Кто может быть научным руководителем?
Проекты выполняются студентами индивидуально под чутким и пристальным надзором научного руководителя. Как правило, научные руководители — действующие сотрудники Департамента вычислительной биологии компании BIOCAD. В голове у них всегда очень много задач, которые нужно решить, чтобы делать лекарственные препараты быстрее, но никогда рядом нет рук и светлых голов, чтобы заняться их решением. Однако не BIOCAD’ом единым ограничивается ваш выбор научного руководителя. Если вы найдете такого за пределами ВШЭ и BIOCAD и тема работы будет вычислительно-биологической (интересных задач тут очень много) — изучайте, работайте, защищайте! Проекты второго семестра обычно представляют из себя небольшие задачи, уверенно решаемые за 3–4 месяца, которые потом можно развить в настоящий дипломный проект на втором курсе.
Примеры научно-исследовательских проектов для наших студентов с кратким пояснением «А зачем это нужно?»:
  • Обучение модели, основанной на MSA Transformer для предсказания структур антител. (*Будем уметь строить модель антитела — сможем оптимизировать его функциональность.)
  • Предсказание конформаций CDR H3 антител с использованием потенциалов глубокого обучения. (*Будем уметь строить ХОРОШУЮ модель антитела — сможем оптимизировать его функциональность ТОЧНЕЕ.)
  • Поиск коррелирующих позиций во множественном выравнивании вариабельных доменов антител для улучшения протоколов матурации. (*Найдем какие позиции коррелируют — будем делать меньше ошибок при оптимизации функциональности антитела.)
  • Сравнение методов MM/PBSA и MM/GBSA в рамках оценки изменения аффинности при внесении точечной мутации в вариабельный домен антитела. (*Выберем из двух методов лучший для оптимизации — будем оптимизировать точнее.)
  • Реализация и валидация алгоритма FEP для расчета относительного изменения свободной энергии при внесении замен с изменением заряда. (*Расширим границы применения самого точного метода для оптимизации — будем оптимизировать точнее и больше.)
  • Разработка алгоритма учета структурной информации при гуманизации антитела. (*Будем учитывать качественную информацию о структуре антитела (см. выше) при превращении эффективных животных антител в человеческие — с большей вероятность снизим их иммуногенность для человека без потери эффективности.)
  • – Улучшение протокола предсказания PTM на вариабельных доменах антител. (*Будем хорошо предсказывать посттрансляционные модификации — будем быстро и качественно подбирать условия наработки и хранения препаратов.)

Понятно, что многие слова сейчас кажутся сложными, а цели не везде понятны. Но поверьте, все это — нерешенные задачи вычислительной биологии, ответ на которые значительно ускорит и удешевит процесс разработки терапевтических антител (да и белков в целом). Для работы над научно-исследовательскими работами BIOCAD предоставит вам не только научника с интересной и животрепещущей темой, но и доступ к нашим вычислительным ресурсам и коммерческому ПО. И даже документацию к этому ПО, которую, поверьте, раздобыть иногда сложнее, чем вычислительные ресурсы.
Все это звучит сказочно, но что же научные руководители хотят видеть в своих подопечных?
Всего-ничего, на самом деле: ответственность, вовлеченность, стрессоустойчивость, самостоятельность и критическое мышление. И это не просто перечень soft-skills из анонса рандомной вакансии — все это действительно необходимо, ведь во время работы над научно-исследовательской работой вы столкнетесь с тем, что нагрузка по остальной учебе остается очень серьезной, а вам нужно успеть что-то почитать к встрече с научником.

Еще вы столкнетесь с тем, что на каждом шагу будет что-то непонятное и неизвестное, а руководитель не может ответить прямо сейчас — он сам в этот момент на работе и решает похожие вопросы, только посложнее, — и тут придется самому поискать ответы. Или вы что-то посчитаете, и это не сойдется со здравым смыслом — подобные ошибки нужно будет отловить.

В общем, таких подводных камней будет много, так что будьте морально готовы. Что же касается знаний, то чем больше — тем лучше. Хорошо изученная в бакалавриате математика обязательна, навыки программирования будут большим жирным плюсом и очень вам помогут в работе, а опыт машинного обучения, глубокого обучения, знания физики и химии просто не будут лишними.
Кем будут выпускники?
«А кем я буду работать, когда закончу магистратуру?» — очень правильный вопрос, который должен задавать себе любой абитуриент. Одно из однозначных преимуществ нашей корпоративной программы как раз в том, что ответить на него очень просто. Мы готовим выпускников к тому, чтобы они могли максимально быстро влиться в процесс создания лекарственных средств и новых методов их рационального дизайна.
Да и все крупные фармацевтические и биотехнологические компании первого эшелона обзавелись соответствующими отделами, ведь за последние 10 лет не вышло, пожалуй, ни одного препарата, в разработке которого не участвовали бы вычислительные методы. Рост российской фарминдустрии последних лет показывает, что очень скоро высокая потребность в специалистах подобного профиля придет и на отечественный рынок.
Но не стоит считать, что такая специальность уникальна лишь для нашей компании. Многие крупные фармацевтические и биотехнологические компании первого эшелона обзавелись соответствующими отделами, ведь за последние 10 лет не вышло, пожалуй, ни одного препарата, в разработке которого не участвовали бы вычислительные методы.
В BIOCAD специалисты по биоинформатике объединяют в себе научные и инженерные компетенции. На практике это выражается в задачах по анализу данных из открытых (и не только) источников, написании высокопроизводительного кода, реализующего оригинальные алгоритмы над строками и графами, построении предсказаний свойств на основе методов машинного обучения, разработке и оптимизации протоколов термодинамических вычислений. А главное, такие специалисты дают рекомендации, что нужно сделать с той или иной молекулой, чтобы скорее получить лекарственный препарат с заданными свойствами.
Поступление на программу
Поступление на программу в 2022 году осуществляется в следующие сроки:
С 20 июня по 26 июля 2022 года включительно
Прием документов — очно, дистанционно или в электронном виде. Подробнее
С 22 июля по 8 августа 2022 года включительно
Вступительные испытания.
12 августа 2022 года
Размещение списка поступающих на официальном сайте.
16 августа 2022 года
Завершение приема заявлений о согласии на зачисление от лиц, включенных в списки поступающих.
Не позднее 24 августа 2022 года
Издание приказа о зачислении лиц, подавших заявление о согласии на зачисление, до заполнения установленного количества мест. Зачисление проводится в соответствии с ранжированным списком.
Вступительный экзамен состоит из письменного этапа и устного собеседования с представителями компании BIOCAD (к собеседованию допускаются только абитуриенты, успешно прошедшие письменный экзамен).
Теоретический минимум, который понадобится будущему магистру, подробно описан в темах вступительного экзамена и включает в себя как базовые знания из биологии, физики и информатики, так и знания математики на уровне бакалавриата. Восполнить возможные пробелы помогут рекомендации из раздела «Подготовка к поступлению»
Вступительное испытание в первую очередь должно помочь нам оценить ваш базовый набор знаний и достаточен ли он для комфортного обучения в магистратуре «Вычислительная биология и биоинформатика».
Не стоит опускать руки, если за пару месяцев до вступительных испытаний вы не знаете каких-то тем экзамена. Прочитайте рекомендованную для этих разделов литературу или пройдите рекомендованные курсы, ссылки на которые также есть на странице о вступительных испытаниях
Кроме того, необходимо уметь писать код хотя бы на одном из известных языков программирования (Python, C++, Java, Kotlin, Rust, Haskell, C) на уровне, достаточном для решения задач по алгоритмам, а также не бояться работать в командной строке.
В качестве письменного экзамена (100 баллов) может быть засчитан статус призера-победителя или медалиста олимпиады «Я — профессионал» по направлениям «Математика», «Математическое моделирование», «Программирование и информационные технологии».
Также за 100 баллов будет засчитан статус призера-победителя или медалиста олимпиады «Высшая лига» по направлениям «Математика», «Математическая физика» и «Прикладная математика в инженерии и естественных науках».
Важно! Поступающие в НИУ ВШЭ — Санкт-Петербург имеют право принимать участие в конкурсе не более, чем на две образовательные программы магистратуры одновременно (бюджетные и коммерческие места).
Программа вступительного собеседования и пример экзамена
FAQ
О программе
Это целевое обучение? Должен ли я отработать в компании какое-то время?
Это не целевое обучение. При поступлении на коммерческое место между компанией, вузом и студентом заключается трехсторонний договор — он нужен для оплаты обучения с нашей стороны и не влечет за собой обязательств по работе в компании.
Возможно ли совмещение учебы с работой?
Нагрузка на программе очень интенсивная, и совмещение учебы с работой без ущерба качества вашему обучению (а именно его мы ставим в приоритет) невозможно.
Полагается ли мне стипендия? И от чего зависит ее размер?
  • В первом семестре все студенты программы получают ежемесячную стипендию в размере 8000 рублей независимо от того, на какой они форме обучения — бюджетной или контрактной.
  • Начиная с января (второй семестр) стипендия будет составлять до 12 000 рублей и решение о ее начислении и размере будет приниматься по двум критериям:
  • На основании результатов успеваемости прошедшего модуля и семестра:
-если вы обучаетесь только на «отлично» — стипендия будет составлять 6 000 рублей.
-если вы обучаетесь на «хорошо» и «отлично» — стипендия будет составлять 5 000 рублей.
-если вы обучаетесь с оценками «удовлетворительно» — стипендия за успеваемость не выплачивается в следующем семестре.
  • на основании решения о дополнительном поощрении от BIOCAD будет начисляться «гибкая» часть стипендиальной поддержки от компании, не зависящая от успеваемости студента (до 6 000 рублей ежемесячно)
  • Подытожив все описанное — размер ежемесячной стипендии, в процессе обучения, составляет до 12 000 рублей.
Как выбирается тема научной работы? Я могу придумать ее самостоятельно?
Тема научно-исследовательской работы должна соответствовать направлению программы и быть одобрена академическим советом из числа сотрудников BIOCAD. Подробнее об этом написано в разделе «Научно-исследовательская работа» на нашем сайте.
Будут ли пары по «мокрой» биологии?
Нет, «мокрой», то есть экспериментальной части в обучении не предполагается. Все усилия будут сконцентрированы на изучении «сухих» методов вычислительной биологии.
Поступление
На каком языке проводятся вступительные испытания и обучение?
Вступительные испытания и обучение проводятся на русском языке
Из чего состоит вступительный экзамен?
Вступительный экзамен состоит из двух частей — письменного экзамена и устного собеседования с представителями компании. Более подробно вы можете изучить информацию в разделе «Как поступить?» на нашем сайте.
Могу ли я поступить на программу после специалитета?
С дипломом специалиста вы точно можете претендовать на коммерческое место, так как финансирование осуществляется компанией и нам не принципиально, станет ли для вас наша программа вторым высшим (важнее мотивация и ваше желание учиться). В случае, если вы хотите претендовать на бюджетное место, советуем изучить требования министерства и вуза.
Предоставляет ли вуз общежитие?
Подробнее об этом вы можете прочитать в разделе «Общежития».
Обращаем внимание, что для иногородних студентов, которые будут заселены в общежитие НИУ ВШЭ, возможно получение социальной стипендии, компенсирующей стоимость проживания.
Формат обучения
Это очное обучение? Планируется ли запуск аналогичной дистанционной программы?
Магистерская программа «Вычислительная биология и биоинформатика» реализуется в очной форме обучения, запуск альтернативных форм пока не планируется.
Где будут проходить очные занятия — в НИУ ВШЭ или в BIOCAD?
Занятия от преподавателей НИУ ВШЭ преимущественно проводятся в учебном корпусе на Кантемировской улице, некоторые — онлайн через MS Teams или Zoom, это зависит от формата, в котором работает сам преподаватель. Занятия от преподавателей BIOCAD проводятся очно в офисе компании на Итальянской улице или онлайн, на усмотрение лектора/практика.
Как будет проходить обучение в случае ухудшения эпидемиологической ситуации?
В случае, если эпидемиологическая ситуация обострится и выйдет распоряжение вуза о переводе обучения в онлайн, до выхода новых распоряжений 100% занятий от вуза будут проводиться дистанционно.
Алгоритмы и структуры данных
При разработке программ важно не только реализовать необходимое решение, но и иметь возможность обосновать его корректность, оценить эффективность еще на стадии проектирования, а при реализации предотвратить ошибки. Кроме того, для многих классов задач известны подходы, которые работают гораздо лучше наивных решений.

На этом курсе студенты получают все вышеперечисленные навыки. Он состоит из лекций, теоретических аудиторных занятий, а также теоретических и практических домашних заданий. В теоретических заданиях необходимо построить алгоритм, доказать его корректность и оценить эффективность, а в практических заданиях — написать программу, решающую предложенную задачу. Практические задания проверяются с помощью автоматизированной тестирующей системы.

В рамках курса студенты изучают стандартные алгоритмы (сортировки и поиск, графовые, строковые и теоретико-числовые алгоритмы), общие подходы к их разработке (метод «разделяй и властвуй», динамическое программирование, жадные алгоритмы), а также классические структуры данных (кучи, сбалансированные деревья поиска, хеш-таблицы).
Unix
В рамках этого курса студенты знакомятся (и пользуются) с Unix-like системами на примере Linux. Изучают процессы, пользователей, файловую систему, учатся писать shell-скрипты.
Python
На этом курсе студенты изучают различные конструкции языка Python, необходимые в повседневной работе. Знакомятся с функциями, классами, декораторами, итераторами, а также знакомятся с различными библиотеками для машинного обучения и анализа данных, такими как NumPy, SciPy, pandas.

Дополнительный блок курса от BIOCAD:
При работе с молекулами все получаемые данные нужно как-то обрабатывать, и Python — один из часто используемых языков программирования для решения задач биоинформатики. На сегодняшний день существует много разнообразных библиотек, которые позволяют работать с таким типом данных. На дополнительных занятиях по Python будут рассматриваться библиотеки (Biopython, Pymol, Schrodinger) и то, как они применяются в биоинформатике. 
Дискретная математика и теория графов
В курсе даются основы дискретной математики и современной теории графов.
Разбираются правила и методы решения основных задач элементарной комбинаторики, рекуррентные соотношения, элементы теории вероятности, основные понятия теории графов, остовные деревья, эйлеровы и гамильтоновы циклы и вопросы, связанные с понятием циклов и разрезов в графах. Изучаются четыре основные раздела теории графов: связанность в графах, паросочетания в графах, раскраска графов, планарные графы и карты на поверхностях.
Линейная алгебра и математический анализ
В рамках этого курса студенты повторяют или знакомятся с азами линейной алгебры начиная с понятия векторного пространства. Затрагиваются как геометрические аспекты теории линейных операторов, так и соответствующая формальная матричная алгебра, включая матричные разложения.
Численные методы
На этом курсе студенты знакомятся с различными численными методами и особенностями их применения для решения прежде всего тех задач, в которых невозможно получить точное аналитическое решение.

Численные методы решения используются, когда необходимо производить быстрые или объемные подсчеты или если задача сложно моделируема, а высокая точность результатов при этом особенно важна.

В рамках курса обсуждаются следующие темы:
  • точность и погрешность,
  • интерполяция и апроксимация,
  • численное интегрирование и дифференцирование,
  • решение нелинейных уравнений и поиск минимума,
  • решение систем линейных алгебраических уравнений,
  • решение задачи на собственные значения,
  • методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений.
Теория вероятностей и математическая статистика
Теория вероятностей дает базовый аппарат для понимания математической статистики: понятия случайных величин, распределений, числовых характеристик и предельные теоремы.На занятиях, посвященных математической статистике, подробно рассматриваются и обосновываются инструменты, которые повсеместно используются для анализа тех или иных данных. Например, точечные оценки, доверительные интервалы, проверка гипотез. Большое внимание будет уделяться условиям применимости различных методов.
Математический ликбез (факультатив)
Курс создан для более детального знакомства студентов с основными понятиями и методами математического анализа, алгебры, геометрии и теории вероятностей. В рамках курса демонстрируется связь понятий из различных разделов математики и широкий спектр их приложений.
JournalClub по биоинформатике (факультатив)
В настоящий момент работа вычислительного биолога почти наполовину состоит из чтения научных статей по своей области и обсуждения новейших данных с коллегами. Журнальный клуб нужен именно для того, чтобы научиться делать и первое, и второе: участники курса читают статьи и готовят по ним доклады, чтобы после совместно обсуждать результаты.  

Журнальный клуб проходит в четырех модулях — весь второй и весь третий семестры. Весной первого курса предполагается разбор тех статей, с которыми студенты параллельно знакомятся в рамках своих научно-исследовательских проектов, а в следующем семестре разбираются недавно вышедшие статьи, которые существенно повлияли на вычислительную биоинформатику в целом.
Машинное обучение
В курсе будут рассмотрены основные типы алгоритмов машинного обучения, принципы их работы и обучения. Курс включает в себя практические задания.
Молекулярная биология и биотехнология
Курс проводится на английском языке.
В рамках курса рассматриваются фундаментальные процессы реализации генетической информации внутри клетки: репликация, транскрипция и трансляция, — а также сопутствующие им процессы, важные для синтеза и наработки белков: важнейшие биохимические циклы, модификации нуклеиновых кислот и белков, регуляция их скорости синтеза и деградации. На основе полученных теоретических знаний изучаются современные биотехнологические способы работы с нуклеиновыми кислотами и белками, методы оптимизации белковой экспрессии, демонстрируются основы разработки и тестирования биотехнологических лекарственных препаратов. 

Среди рассматриваемых разделов представлены: Биохимия и клеточная биология (органические и биологические молекулы, строение клетки, основных метаболические циклы), молекулярная генетика (матричные процессы, геном и его регуляция), иммунология (врожденный, адаптивный и внутриклеточный иммунитет), рекомбинантные технологии (манипуляции ДНК, наработка белков, редактирование генома), анализ нуклеиновых кислот (ПЦР, секвенирование, анализ генной экспрессии), функциональные тесты (in vitro и in vivo). 
C++
Базовый курс повествует об основных средствах языка C++. Особое внимание уделяется обсуждению базовых принципов работы программ, а также процессу их компиляции. Будет рассмотрено введение в язык С++, как выполняются программы на С++, структуры и классы, объектно-ориентированное программирование.
 Функциональное программирование
Функциональный подход подразумевает использование специальных абстракций для выражения сложных операций над потоками данных. Наиболее сильной стороной языков, реализующих функциональную парадигму, являются мощные системы типов, которые позволяют обезопасить себя от ошибок еще на этапе написания программы. Благодаря этому функциональное программирование стало очень популярным: присущие ему абстракции и подходы нашли себе место во всех мейнстримовых языках программирования, начиная от Python и заканчивая C++.

На курсе студенты изучают функциональное программирование на примере языка Haskell. Данный язык в полной мере реализует функциональную парадигму, а также отлично подходит для написания прикладных программ и проектов и может быть использован для решения сложных бизнес-задач.
Методы оптимизации
На курсе студенты знакомятся с методами решения оптимизационных задач, учатся применять их при разработке, исследуют и строят математические модели решения.
Алгоритмы в биоинформатике
Проект по секвенированию генома, закончившийся в 2001 году, произвел революцию в области вычислительной биологии, и для продолжения работы с полученными данными ученным постоянно требуются новые алгоритмы. Секвенирование генома и его сборка — лишь одна из множества задач, решение которых тесно связано с вычислительными методами.

В этом курсе рассматриваются базовые алгоритмы, необходимые для понимания современной биологии. 

Курс разбит на два модуля. Первый модуль посвящен изучению базовых алгоритмов биоинформатики с акцентом на соответствующие им биологические задачи. Слушателям курса предстоит разобраться, почему важны короткие участки генома и имеет смысл их сравнивать, а также как это делать. Как сравнивать многие последовательности ДНК с образцом? Что такое филогения, как ее строить и какую историю она рассказывает? А ближе к концу модуля будет рассказано, что происходит в геноме кроме мутаций, инсерций и делеций. 

Второй модуль является логическим продолжением первого, но с акцентом на работу с реальными данными секвенирования нового поколения NGS. Слушатель узнает, как хранить и обрабатывать короткие прочтения ДНК, как из них собрать целый геном или много геномов одной популяции организмов. Будет рассказано, что такое модели эволюции и какую историю они могут рассказать.

А ближе к концу второго модуля последовательность аминокислот будет рассмотрена в свете ее вторичной структуры. 
Терапевтический семинар
Любому вычислительному биологу необходимо в достаточной мере ориентироваться в биологических терминах, понятиях и механизмах, а также уметь простым языком рассказывать о них своим коллегам и коллабораторам. На терапевтическом семинаре в формате журнального клуба участники на основе статей готовят доклады на темы, связанные с различными заболеваниями и методами их диагностики и лечения. 

Вводная часть семинара посвящена обзору различных источников информации по теме семинара и способов работы с ними. Основная часть семинара — разбор научных статей и прочих источников, связанных с патологическими состояниями, их диагностикой и механизмами действия терапевтических препаратов. 
МагоЛего
Вариативная дисциплина учебного плана, которую студенты выбирают в октябре. Она не имеет строгой привязки к направлению подготовки, не требует согласования с наставником и реализуется в формате межкампусной дисциплины.
Высокопроизводительные вычисления
Решение в оптимальные сроки современных задач вычислительной биологии и биоинформатики требует больших вычислительных ресурсов. Но одно лишь наличие этих самых ресурсов не позволяет успешно решить задачу — необходимо также уметь использовать их эффективным образом. Дисциплина знакомит слушателя с основными технологиями высокопроизводительных вычислений, которые он сможет применить на практике в рамках курса.


Среди рассматриваемых тем:
  • введение в историю технологий многопоточного программирования;
  • технологии многопоточного программирования на центральном процессоре (потоки, процессы, примитивы синхронизации);
  • векторизация;
  • технологии параллельных вычислений с использованием графических процессоров (CUDA);
  • специфичные алгоритмы и оптимизации алгоритмов для графических процессоров;
  • высокоуровневые фреймворки для разработки параллельных алгоритмов.
Вычислительная геометрия
Вычислительная геометрия занимается алгоритмами и структурами данных, «работающими» в геометрическом пространстве. Вычислительная геометрия является одной из базовых дисциплин для компьютерных игр, CAD, картографии, робототехники и т. д.

Во вводном курсе вычислительной геометрии студенты:
  • вспомнят необходимую математику;
  • научатся точно вычислять геометрические предикаты и избавятся от ложного представления о вычислительной геометрии как о науке правильного подбора ε;
  • научатся оценивать рандомизированные алгоритмы;
  • будут решать интересные задачи как в виде контеста, так и с ответом у доски;
  • ну и, конечно, рассмотрят множество алгоритмов и структур данных вычислительной геометрии.
Глубокое обучение
Глубокое обучение — популярная область, в которой используются нейронные сети сложной архитектуры. Недавно в Nature вышла статья об AlphaFold2 (она даже попала на обложку), в ней рассказано про модель глубокого обучения, решающую задачу предсказания структуры белков — она около 50 лет оставалась нерешенной.

В мире вычислительной биологии глубокое обучение начало приносить свои плоды не так давно, но в таких областях, как обработка изображений и видео, звука и текста такие системы уже давно показывают лучшие результаты. В курсе будут рассмотрены основные типы архитектур, принципы работы и обучения глубоких нейронных сетей, а помимо этого, студенты получат практические навыки по вышеупомянутым областям применения.
Системная фармакология
Системная фармакология обеспечивает поддержку клинической разработки препарата с помощью математического моделирования. Это курс дает представление о том, как можно предсказывать фармакокинетику препарата у людей, имея только результаты доклинических исследований; как составить модель, связывающую наблюдаемую фармакокинетику, фармакодинамику и эффективность; как можно исследовать данные с учетом разных признаков пациентов, чтобы определить рекомендации по дозовой нагрузки препарата.

В курсе будет рассмотрено:
  • введение в системную фармакологию (примеры применения в клинической разработке, регуляторные документы);
  • введение в системную биологию (кинетика Михаэлиса-Ментен, игибирование, кооперативность);
  • компартментное моделирование (уровни абстракции и детализации, составление модели, нахождение параметров, аллометрическое скалирование, примеры моделей). 
Структурная биоинформатика
Структурная биоинформатика представляет собой широкую область вычислительной биологии, которая помогает в решении множества актуальных задач — от дизайна лекарственных препаратов до создания перерабатывающих пластик ферментов. На курсе студенты учатся искать и строить трехмерные структуры молекул, определять их агрегационную стабильность и предсказывать функциональность. 

Разделы курса:
  • введение в работу со структурами биологических молекул;
  • алгоритмы восстановления структур молекул;
  • алгоритмы предсказания трехмерных структур молекул и их комплексов;
  • лучшие практики по подготовке структур к работе по разработке лекарственных препаратов.
Молекулярная динамика
Молекулярная динамика — мощный метод для анализа поведения биологических молекул во времени in silico. Благодаря этому методу можно отследить на молекулярном уровне множество явлений, например стабильность трехмерной структуры в растворе или конформационные переходы, влияющие на способность белка функционировать.

Среди рассматриваемых тем:
  • законы классической динамики и молекулярной механики;
  • понятия потенциалов и силовых полей;
  • способ описания биологических молекул при моделировании;
  • способы получения траекторий движений молекул;
  • термостатирование и баростатирование систем;
  • лучшие практики моделирования;
  • введение в методы улучшенной молекулярной динамики.
Научная работа
Научно-исследовательская работа — одна из самых (если не самая) важных частей нашей магистерской программы. Именно в процессе решения настоящей научной задачи студенты понимают, зачем им столько теоретических знаний, зачем были нужны все эти страдания в первом семестре.
Программа вступительного собеседования и пример экзамена 2022
Состав вступительного испытания: Высшая математика (письменно)

Состав вступительного испытания: Собеседование

Работая с сайтом, вы принимаете условия использования файлов cookies.

Более подробная информация здесь

Close