Z računalniškim algoritmom do varne kombinacije zdravil

Dr. Marinka Žitnik, mlada profesorica na Harvardu
Dr. Marinka Žitnik, mlada profesorica na Harvardu (Foto: Linda A.Cicero/Stanford)

Pogovor z dr. Marinko Žitnik, mlado profesorico na Harvardu

"Pred kratkim smo razvili algoritem, ki je kot prvi na svetu sposoben računsko napovedati, ali je neka kombinacija zdravil varna za bolnika, in če ni, do kakšnih neželenih stranskih učinkov lahko vodi," pravi podoktorska raziskovalka na področju računalništva na ameriškem Stanfordu dr. Marinka Žitnik, ki je decembra začela poučevati računsko biologijo in umetno inteligenco na Harvardu.

Kot razlaga, so s tem zapolnili pomembno vrzel v raziskavah – večina bolnikov namreč sočasno jemlje več zdravil, klinične raziskave pa pogosto obravnavajo le eno zdravilo.

Računska biologija, s katero se ukvarja dosedanja podoktorska raziskovalka računalništva na Stanfordu in po novem profesorica na Harvardu dr. Marinka Žitnik, je zelo uporabna ne le za znanost, ampak tudi za običajnega človeka. Omogoča namreč razvoj algoritmov in računalniških sistemov, ki se hitro prebijejo skozi ogromno količino podatkov v biologiji in medicini, iščejo zanimive vzorce in iz podatkov izluščijo znanje. Ti algoritmi pomagajo ljudem, da čim hitreje prepoznajo neželene stranske učinke zdravil, zdravnikom pomagajo izbrati oblike zdravljenja, prilagojene posamezniku, bolnišnicam pa pomagajo izboljšati učinkovitost delovanja tako, da odkrijejo, pri katerih bolnikih obstaja večje tveganje za zaplete po operaciji, še preden se ti zapleti pojavijo.

Z razvojem algoritmov umetne inteligence in strojnega učenja se ukvarja tudi Žitnikova, ki je decembra začela kot mlada profesorica poučevati na priznani ameriški univerzi Harvard.

Pred nedavnim ste dobili profesuro na Harvardu, kjer boste poučevali računsko biologijo in umetno inteligenco. Kako ste pravzaprav prišli do tega delovnega mesta? Vam je kdo pomagal odpreti vrata?

Decembra sem začela delati kot mlada profesorica na Harvardu, kjer bom imela svojo raziskovalno skupino ter bom poučevala računsko biologijo in umetno inteligenco. To je odlična priložnost, ki se je zelo veselim. Je rezultat ogromne količine vloženega truda in raziskovalnih dosežkov, ki ne bi bili mogoči brez podpore mentorjev, ki so mi pomagali na tej poti. Pred tem sem bila podoktorska raziskovalka računalništva na Stanfordu. To obdobje mi je odprlo ogromno vrat. Na Stanfordu sem delala z zagnanimi študenti in profesorji pri raziskavah, ki so ustvarile več novih in precej boljših rešitev za analizo bioloških in medicinskih podatkov.

Leta 2015 sem doktorirala iz računalništva, leta 2012 pa diplomirala iz računalništva in matematike v Ljubljani. Med dodiplomskim in doktorskim študijem sem, tudi po zaslugi mentorjev z uglednimi mednarodnimi povezavami, gostovala na več tujih univerzah, med drugim na Imperial Collegeu v Londonu, Univerzi v Torontu in na Baylor Collegeu of Medicine. A če bi morala izbrati le eno stvar, ki je spodbujala mojo dozdajšnjo kariero, bi to bila štipendija ameriško-slovenske izobraževalne fundacije ASEF. Ta mi je omogočila, da sem med doktorskim študijem raziskovala na univerzi Stanford pod mentorstvom dr. Jureta Leskovca. Vsekakor si takrat nisem predstavljala, da bo tisti kratki obisk dolgoročno ustvaril vrsto priložnosti, ki so druga drugo oplajale in bogatile tako plodovito.

Omenili ste, da boste poučevali računsko biologijo. Kaj pravzaprav je računska biologija in kakšna je njena uporabnost za človeka in za medicino?

Količina podatkov v biologiji in medicini v zadnjih letih raste neverjetno hitro. Vsakič, ko pacienti obiščejo zdravstvene centre, zdravniki opravijo vrsto raziskav, izsledki teh pa se skozi leta hranijo v podatkovnih bazah. V teh bazah je za posameznika zapisano, katere bolezni in zdravila je imel, katere operacije in laboratorijske raziskave je opravil ter kako je vse to vplivalo na njegovo zdravje. Še več, v primeru raka je pogosto na voljo celoten DNK-zapis rakavega vzorca, ki ga je treba razumeti in uporabiti za učinkovito zdravljenje. Poleg tega v bioloških laboratorijih nove tehnologije zbirajo podatke na ravni posameznih celic. Človeško telo sestavlja približno sto bilijonov celic, kar je le primer, ki osvetljuje, kako velike in kompleksne podatke imamo in kakšni so trendi za prihodnost.

Računska biologija je odgovor na izzive, ki jih prinašajo veliki podatki v biologiji, medicini in zdravju. Računalnikarji imamo odlično sposobnost sistematičnega, algoritmičnega razmišljanja in analize ogromnih podatkov z avtomatskimi pristopi, zato je naše znanje tu še posebno koristno. Razvijamo algoritme in računalniške sisteme, ki se hitro prebijejo skozi podatke, iščejo zanimive vzorce in iz podatkov izluščijo znanje. Ti algoritmi pomagajo ljudem, da čim hitreje prepoznajo neželene stranske učinke zdravil. Zdravnikom pomagajo izbrati oblike zdravljenja, prilagojene posamezniku. Bolnišnicam pomagajo izboljšati učinkovitost delovanja tako, da odkrijejo, pri katerih pacientih je večje tveganje za zaplete po operaciji, še preden se ti pojavijo. Algoritmi biologom pomagajo načrtovati delo v laboratoriju, tako da izberejo najbolj obetavne hipoteze za nadaljnje eksperimente. Računska biologija ima torej veliko uporabnost, ne le za znanost, ampak tudi za vsakdanjega človeka.

Katerim izzivom se trenutno v službi najbolj posvečate?

Gradimo velika podatkovna omrežja, v katerih je vse znanje, ki ga je biomedicina pridobila v zadnjem stoletju. Razvijamo algoritme umetne inteligence in strojnega učenja za taka omrežja. Ti algoritmi se avtomatično učijo na podatkih, sklepajo in gradijo zanimive napovedi. Naš cilj so raziskave, ki ne le za malenkost izboljšajo trenutne rešitve, ampak predvsem ustvarjajo precej boljše rešitve za aktualne probleme v biomedicini. Pred kratkim smo razvili algoritem, ki je kot prvi na svetu sposoben računsko napovedati, ali je neka kombinacija zdravil varna za bolnika, in če ni, do kakšnih nezaželenih stranskih učinkov lahko vodi. S tem smo zapolnili pomembno vrzel v raziskavah. Večina bolnikov namreč sočasno jemlje več zdravil, a klinične raziskave pogosto obravnavajo le eno zdravilo. Naši rezultati so obetavni in kažejo, kako pomembna je umetna inteligenca za farmacijo. Zdaj razvijam metode globokega učenja, ki lahko napovedo, katere molekule so obetavne za zdravljenje bolezni, proti katerim še nimamo dobrih zdravil.


Verjetno tudi vi pri svojem delu trčite ob kakšne težave. Katere so najpogostejše?

Moje področje dela je interdisciplinarno. Poleg novosti na področju umetne inteligence spremljam tudi, kaj so trenutno žgoča odprta vprašanja v biologiji in medicini. To zahteva veliko truda, a hkrati ustvarja priložnosti za zanimive raziskave. Preboji v znanosti se pogosto zgodijo na robu nekega področja, tam, kjer se sreča več disciplin in kjer obstaja bogastvo raznovrstnih idej in različnih pristopov k reševanju problemov.


Na lastni koži ste izkusili Slovenijo in ZDA. Kako bi ocenili odnos posamezne države do raziskovalcev in kaj je tisto, kar vas navdušuje?

Gospodarstvo ZDA temelji na stalnem tehnološkem napredku, inovacijah in hitri prevedbi znanosti v orodja, storitve in tehnologije, ki imajo praktičen pomen. Tudi zato je odnos države do raziskovalcev v ZDA dober. Država usmerja raziskave prek javnih agencij za raziskovalno dejavnost, ki podpirajo projekte na univerzah. Zaposleni na teh agencijah so razgledani, imajo znanje z več področij, dolgoročne cilje in odlično vizijo za razvoj. Pogosto gre za znanstvenike, ki opravijo mandat na agenciji za raziskovalno dejavnost in se po koncu mandata vrnejo v znanost. Pomembno se mi zdi, da se Slovenija mednarodno odpira, da se spodbujajo prijave na evropske projekte in da univerze delujejo po načelih raziskovalne uspešnosti in odmevnosti posameznikovih raziskav. V zadnjih letih je bilo narejenih veliko dobrih korakov v tej smeri.

MIT vas je izbral za vzhajajočo zvezdo na področju elektrotehnike in računalništva (Rising Star in EECS). Za kakšno priznanje pravzaprav gre? Kaj je bilo tisto, kar jih je prepričalo o izboru?

Zelo sem bila vesela tega priznanja. Gre za potrditev, da je delo, ki ga opravljam s sodelavci, obetavno in ustvarja pomembne prispevke na področju računalništva. Takšna priznanja so zame vselej spodbuda, da nadaljujem v začrtani smeri s še večjo vnemo.

Na katere dosedanje dosežke ste najbolj ponosni?

Težko vprašanje. Mislim, da ni dobro predolgo vztrajati na lovorikah. Sicer sem zelo vesela, da bom kot mlada profesorica imela priložnost delati v tako odličnem okolju.


Kako je videti vaš delovni dan? Kaj najraje počnete v prostem času?

Kadar ne potujem, večino dneva preživim na univerzi. Programiram, delam pri več projektih ter imam pogovore s študenti in sodelavci. Rada se udeležujem seminarjev in simpozijev, ki jih na Stanfordu ni malo, tako industrijskih kot tudi akademskih. Ne spim veliko, marsikdo pravi, da premalo ali ob nenavadnih urah. V prostem času me najdete v okoliških parkih. V Palo Altu blizu Stanforda mi je še posebno ljub park, v katerem živi osel, ki je bil živi model za animirani film Shrek. Sem tudi ljubiteljica zgodovine in zgodovinskih knjig.


Kako bi primerjali življenje v Sloveniji in Ameriki – kaj je bolje v Ameriki, kaj v Sloveniji?

Kakovost življenja je v splošnem v Sloveniji odlična, šolski sistem je načeloma brezplačen, za zdravje je dobro poskrbljeno. Narava je čudovita in geografska lega ugodna. Te stvari so za Slovence samoumevne, za veliko Američanov pa ne. Ameriška družba je odprta z ogromno priložnosti za osebno in karierno rast. Povsem običajno je, da poskusiš znova in znova, če ti ne uspe doseči cilja v prvem poskusu. Še več, to se šteje kot pozitivna lastnost. Velja, da če tvojemu sosedu uspe, je to dobro tudi zate.


Ali se kakorkoli povezujete s Slovenci v ZDA?

V Kaliforniji je slovenska skupnost zelo dejavna. V San Franciscu imamo Slovenski dom, stavbo, v kateri se srečujemo in praznujemo slovenske praznike, kot so martinovo, praznik trgatve in slovenski dan državnosti. Tudi Slovenci, ki delujemo na Stanfordu, se povezujemo in družimo v prostem času.

Kaj pa v Sloveniji? Slovenski strokovnjaki v tujini so nemalokrat odlični ambasadorji naše države, ki pogosto odprejo kakšna vrata, pomagajo drugim, pa tega nihče ne opazi. Kakšne so vaše izkušnje s tem?

V Sloveniji sem vpeta v raziskave na Univerzi v Ljubljani, pomagam študentom pri magistrskih in doktorskih nalogah, občasno predavam. Te povezave želim ohranjati in ustvarjati priložnosti, da se stik med slovensko in mednarodno znanostjo krepi. Vesela sem tudi, da lahko sodelujem v ameriško-slovenski izobraževalni fundaciji ASEF. To je odlična iniciativa, ki slovenskim študentom odpira vrata v svet in mladim slovenskih korenin omogoča, da se vračajo v Slovenijo
.

Razmišljate tudi vi, da bi se kdaj vrnili?

Seveda, v Sloveniji imam družino, starše in brata, ki me v vsem spodbujajo in mi stojijo ob strani. K sreči nam sodobna tehnologija omogoča, da ohranjamo pristne odnose. Novi izzivi so povsod, v Sloveniji in drugje po svetu, zato puščam vsa vrata odprta.

Lara Pezdir Podbregar

Lara Pezdir Podbregar mag.farm. P3 Professional licenciran svetovalec

Postavi vprašanje

Pavle Košorok

prof. dr. Pavle Košorok dr. med. spec. kolorektalne medicine

Postavi vprašanje

Vsi Viva strokovnjaki