Группа биоинформатики и математического моделирования

Группа биоинформатики и математического моделирования

Группа информатики и математического моделирования образовалась в 2000 году и сконцентрировалась на выполнение математических исследований по двум направлениям в области сельскохозяйственной микробиологии.

Первое направление связано с разработкой компьютерных программ (в основном в Excel-среде) для проведения дисперсионного, корреляционного, факторного и фрактального анализов биологических данных. Оригинальной разработкой подразделения является программа построения графа межкомпонентных связей в микробно-растительных системах, основанная на корреляционном анализе. Впервые подразделением внедрена в научные исследования программа обработки молекулярно-генетических частотных данных почвенных микробных сообществ, основанная на фрактальном анализе этих частот.

Разработанные компьютерные программы регулярно регистрируются на сайте ФИПС. Научные результаты исследований закрепляются в серии методик комплексного многомерного статистического анализа биологических данных и совместных с другими исследователями статьях, что способствует извлечению дополнительной информации из экспериментального биологического материала и формулированию обоснованных гипотез о функционировании сложных микробно-растительных систем с множеством обратных связей.

Второе направление связано с разработкой математических моделей биологических объектов и многокомпонентных биосистем. К настоящему времени в этом направлении разработаны: (1) математическая модель циклической эволюции микробно-растительной системы, учитывающая горизонтальный перенос генов между микроорганизмами; (2) векторная математическая модель циклического развития фитопатогенных микромицетов; (3) математическая модель выживания бактериальной популяции в нише с ограниченным питательным ресурсом; (4) фрактальная модель сетевой организации деструктивных микробных сообществ. Разработанные математические модели могут использоваться как на этапе планирования биологических экспериментов, так и на этапе обработки полученных данных.

Научные достижения подразделения являются следствием тесного взаимодействия со всеми подразделениями института, что выражается в участие сотрудников подразделения (в качестве исполнителей) во многих грантах, выполняемых в институте.

Услуги группы информатики и математического моделирования. 

Обработка многомерных и многофакторных данных биологических экспериментов и получение на выходе качественных и количественных характеристик комплекса обрабатываемых данных с использованием следующих аналитических процедур.

  1. Процедура дисперсионного анализа - доверительные интервалы средних величин .
  2. Процедура корреляционного анализа - граф максимальных коэффициентов корреляции.
  3. Процедура определения главных компонент - весовые коэффициенты факторов воздействия на биологические объекты.
  4. Процедура фрактального анализа - индексы системной интегрированности множественных биологических объектов.

Для обработки принимаются данные в электронном виде (Office 2003-2019). Принимаются данные смешанного вида - числовые и бинарные (например, было или не было воздействие на биологический объект в варианте опыта). Принимаются для обработки данные молекулярно-генетических профилей оперативно-таксономических единиц (ОТЕ) в микробных сообществах, экспрессии генов у растений и животных, и экссудации экзометаболитов растениями.

Для вычислений используются оригинальные Excel-программы, которые зарегистрированы на сайте ФИПС.

Сотрудники

  • Воробьев Николай Иванович

    Воробьев Николай Иванович

    Руководитель группы, к.т.н.

Свиридова О.В. – с.н.с, канд. биол. наук

Курчак О.Н. – инж. микробиолог, канд. биол. наук

Попова Э.В. – инж. микробиолог, канд. биол. наук

Яблунина Н.Л. – техник

Публикации

  1. И.В.Русакова, Н.И.Воробьев. Влияние биопрепарата Баркон на процессы гумификации соломы. Агрохимия, 2011, №1, с.48-55.
  2. С.Л.Тютерев, К.В.Новожилов, Е.Ф.Панарин, Э.В.Попова, И.С.Кочеткова, В.В.Азанова, Н.И.Воробьев. Полимерная нанокомпозиция на основе Катапола для обработки семян овощных культур и клубней картофеля против возбудителей бактериальных болезней. Доклады РАСХН. 2011, №1, с.11-16.
  3. O.P.Onishchuk, N. I. Vorob’ev, N. A. Provorov, and B. V. Simarov. Symbiotic Activity of Alfalfa Rhizobia (Sinorhizobium meliloti)Strains with Genetically Modified Transport of Dicarboxylic Acids. Russian Journal of Genetics: Applied Research, 2011, Vol. 1, No. 2, pp. 89–96.
  4. Н.И.Воробьев, О.В.Свиридова, А.А.Попов, И.В.Русакова, В.Б.Петров. Граф-анализ генно-метаболических сетей микроорганизмов,трансформирующих растительные остатки в гумусовые вещества. Сельскохозяйственная биология, 2011, №3, с. 88-93.
  5. Н.А.Проворов, Н.И.Воробьев. Растительно-микробные симбиозы как эволюционно целостные системы. Сельскохозяйственная биология, 2011, № 3, с. 29-33.
  6. N.I.Vorobiev and N.A.Provorov. Modeling of the Evolution of Legume–Rhizobia Symbiosis towards Improved Functional Integrity of Partners and Ecological Efficiency of Their Interactions. Russian Journal of Genetics: Applied Research, 2011, Vol. 1, No. 5, pp. 448–457. (N.I. Vorobiev, N.A. Provorov, 2010, published in Ecologicheskaya Genetika, 2010, Vol. 8, No. 3, pp. 17–26.)
  7. И.В. Русакова, Н.И. Воробьев. Использование биопрепарата Баркон для инокулирования соломы, применяемой в качестве удобрения. Достижения науки и техники АПК. №8, 2011, с. 25-28.
  8. О.П.Онищук, Н.А.Проворов, Н.И.Воробьев, Б.В.Симаров. Оценка фенотипического проявления бактериальных генов, контролирующих эффективность азотфиксирующего симбиоза с растениями. Сельскохозяйственная биология, 2011, № 1, с. 32-43.
  9. М.В.Патрикеева, Е.Г.Веденяпина, Н.И.Воробьев. Характеристика Ленинградской популяции Phytophthora infestans в год эпифитотийного развития. Микология и фитопатология. 2011. Т. 45. Вып. 3. С. 279-288.
  10. Н.А.Проворов, Н.И.Воробьев. Эволюция микросимбионтов культурных растений: экспериментальные и математические модели. Экологическая генетика. 2011. Т. IX. № 3, с. 20-22.
  11. Кутузова Р.С., Воробьев Н.И. Причастность алюмоосаждающего микроорганизма к современному бокситообразованию в условиях трансформации изверженной породы. VI международная конференция «Вулканизм, биосфера и экологические проблемы». Сборник материалов.-Майкоп: Изд-во АГУ, 2011, с. 194-196.
  12. Кутузова Р.С., Патыка Н.В., Воробьев Н.И. Алюминий осаждающий микроорганизм дерново-подзолистых почв. Сільскогосподарьска мікробіологія: здобутки та перспективи. Збірник наукових праць (до 50 річчя від дня заснування Інституту сільськогосподарської мікробіології НААН)/ Відповідальний редактор В.В.Волкогон. - Чернігів:ЦНП, 2011.- С. 234-242.
  13. Н.А.Проворов, Н.И.Воробьев. Коэволюция партнеров и целостность симбиотических систем. Журнал общей биологии. 2012. Т. 73, № 1, с. 21-36.
  14. В.Н.Пищик, Н.И.Воробьев, В.Г.Сурин. Использование измерений коэффициентов отражения света для оценки содержания хлорофилла в листьях салата при воздействии различных препаратов. Плодоводство и ягодоводство России: Сб. научн. Работ / ГНУ ВСТИСП Россельхозакадемии.- М., 2012. – Т. XXXIII. - С. 264-269.
  15. N.A.Provorov and N.I.Vorob’ev. Coevolution of Partners and Integrity of Symbiotic Systems. Biology Bulletin Reviews, 2012, Vol. 2, No. 5, pp. 400–412.
  16. Provorov N.I., Vorobyov N.I. Chapter 10. Reconstruction of the Adaptively Advantages Macroevolutionary Events in the Mutualistic Symbioses (In Book. Evolutionary Biology: Mechanisms and Trends). 2012. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. Pp.
  17. Проворов Н.А., Воробьев Н.И. Генетические основы эволюции растительно-микробного симбиоза/ Н.А.Проворов, Н.И.Воробьев; ред. И.А.Тихонович.-СПб.: Информ-Навигатор, 2012.-400 с.
  18. Н. А. Проворов, Н. И. Воробьев. Макроэволюция симбиоза как самоорганизация надвидовой системы, контролируемая естественным отбором. Успехи современной биологии, 2013, т. 133, №1, с. 35-49.
  19. Проворов Н.А., Воробьев Н.И. Адаптивная и прогрессивная эволюция растительно-микробного симбиоза. Экологическая генетика. 2013. Т. 9. № 1. С. 12-22.
  20. Кутузова Р.С., Воробьев Н.И. Алюминий-осаждающий микроорганизм. – Deutschland: LAP LAMBERT Academic Publisher.-2013, 147 c.
  21. Н.А.Проворов, В.А.Жуков, О.Н.Курчак, О.П.Онищук, Е.Е.Андронов, А. Ю. Борисов, Е.П.Чижевская, Т.С.Наумкина, А.О.Овцына, Н.И.Воробьёв, Б.В.Симаров, И.А.Тихонович. Совместная миграция клубеньковых бактерий и бобовых растений в новые местообитания: механизмы коэволюции и практическое значение (обзор). Прикладная биохимия и микробиология, 2013, том 49, № 3, с. 229–235
  22. Пищик В.Н., Ктиторова И.Н., Скобелева О.В., Мирская Г.В. Воробьев Н.И. Влияние гуминового препарата Стимулайф и бактерий Bacillus subtilis на рост корней и урожайность пшеницы. II Международной научная Интернет-конференции : «Биотехнология. Взгляд в будущее» (Казань, 26 – 27 марта 2013 г.) /Сервис виртуальных конференций Pax Grid. - Казань: ИП Синяев Д. Н., 2013, с. 251-252
  23. Воробьев Н.И., Проворов Н.А., Свиридова О.В. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013615092. Программа для однофакторного дисперсионного анализа рендомизированных биологических данных. Зарегистрирована в Реестре программ для ЭВМ 28 мая 2013 г.
  24. Воробьев Н.И., Проворов Н.А., Свиридова О.В. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013615092. Программа для однофакторного дисперсионного анализа рендомизированных биологических данных. Официальный электронный бюллетень федеральной службы по интеллектуальной собственности «Программы для ЭВМ, базы данных, топологии интегральных микросхем». № 2, 2013 (http://www1.fips.ru/wps/portal/Registers/).
  25. Гончаров Н.Р., Тимофеев А.В., Воробьев Н.И Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2013615891. Программа для автоматизации расчета экономических показателей производства энтомофагов. Дата государственной регистрации в Реестре программ для ЭВМ 21 июня 2013 г.
  26. Гончаров Н.Р., Тимофеев А.В., Воробьев Н.И.Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2013615891. Программа для автоматизации расчета экономических показателей производства энтомофагов. Официальный электронный бюллетень федеральной службы по интеллектуальной собственности «Программы для ЭВМ, базы данных, топологии интегральных микросхем». № 3, 2013 (http://www1.fips.ru/wps/portal/Registers/).
  27. N. A. Provorov and N. I. Vorobyov. Macroevolution of Symbiosis as Self_Organization of Superspecies System Controlled by Natural Selection. ISSN 2079_0864, Biology Bulletin Reviews, 2013, Vol. 3, No. 4, pp. 274–285. © Pleiades Publishing, Ltd., 2013. Original Russian Text © N.A. Provorov, N.I. Vorobyov, 2013, published in Uspekhi Sovremennoi Biologii, 2013, Vol. 133, No. 1, pp. 35–49.
  28. Provorov N.A., Tsyganova A.V., Brewin N.J., Tsyganov V.E., Vorobyov N.I. 2013. Evolution of symbiotic bacteria within the extra- and intra-cellular plant compartments: experimental evidence and mathematical simulation (Mini-review). Symbiosis. DOI 10.1007/s13199-012-0220-0.
  29. Н.И.Воробьев, Н.А.Проворов, О.В.Свиридова, В.Н.Пищик, Н.В.Патыка, В.А.Думова, Ю.В.Круглов. Ранг генетического дизайна и адаптационный потенциал растительно-микробных систем. Труды по ботанике, генетике и селекции.- СПб.: ВИР, 2013. Т. 174, с. 61-67. ISSN 0202-3628.
  30. Проворов Н. А., Чуклина Е., Воробьев Н. И., Онищук О. П., Симаров Б. В. Факторный анализ взаимодействия генов клубеньковых бактерий люцерны (Sinorhizobium meliloti), регулирующих симбиотическую азотфиксацию. Генетика. 2013. Т. 49. № 4. С. 448-453.
  31. Лактионов Ю.В., Белоброва С.Н., Кожемяков, Воробьев Н.И., Сергалиева Н.Х,, Аменова Р.К., Тлепов А.С. Эффективность бобово-ризобиального симбиоза нут-бактерии при использовании минеральных удобрений. Плодородие, 2013, №5(74). С. 25-26.
  32. Н.И.Воробьев, Н.А.Проворов. Моделирование эволюции бобово-ризобиального симбиоза в условиях экологической нестабильности. Экологическая генетика. Т. XI, № 4, 2013, с. 73-85. 33. Гончаров Н.Р., Тимофеев А.В., Воробьев Н.И. Программа для автоматизации расчета экономических показателей производства энтомофагов. Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем. 2013. №3, с. 1.
  33. N.A.Provorov and N.I.Vorobyov. Adaptive and Progressive Evolution of Plant–Microbial Symbiosis. Russian Journal of Genetics: Applied Research, 2014, Vol. 4, No. 2, pp. 88–97.
  34. Т.Ю.Киселева, J.Kantanen, Н.И.Воробьев, Б.Е.Подоба, В.П.Терлецкий. Неравновесие по сцеплению микросателлитных локусов у шести локальных популяций крупного рогатого скота. Генетика, 2014, том 50, № 4, с. 464–473
  35. T. Y. Kiselyova, J. Kantanen, N. I. Vorobyov, B. E. Podoba, V. P. Terletsky. Linkage Disequilibrium Analysis for Microsatellite Loci in Six Cattle Breeds. Russian Journal of Genetics, 2014, Vol. 50, No. 4, pp. 406–414. ISSN 1022_7954.
  36. А.В.Щербаков, И.В.Русакова, О.В.Орлова, Н.И.Воробьев, О.В.Свиридова, Е.Н.Щербакова, В.К.Чеботарь. Аэробное целлюлозолитическое сообщество ассоциантов сфангового мха Sphagnum fallax как основа в процессах деструкции пожнивных остатков. Сельскохозяйственная биология, 2014, № 1, с. 54-62.
  37. Н.А.Проворов, О.П. Онищук, С.Н. Юргель, О.Н. Курчак, Е.П. Чижевская, Н.И. Воробьев, Т.В. Затовская, Б.В. Симаров. Конструирование высокоэффективных симбиотических бактерий: эволюционные модели и генетические подходы. Генетика. 2014. Т. 50. № 11. С. 1273-1285
  38. Гончаров Н.Р., Тимофеев А.В., Воробьев Н.И. Экономико-математическая модель для автоматизации расчета на ЭВМ показателей производства энтомофагов. Вестник защиты растений, №2, 2014, с. 38-42.
  39. Гончаров Н.Р., Тимофеев А.В., Воробьев Н.И. Программа для автоматизации расчета стоимости проведения комплекса научно-исследовательских работ по оценке биологической эффективности и регламентов применения пестицидов. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014618034. Дата государственной регистрации в Реестре программ для ЭВМ 08 августа 2014 г.
  40. Е.Г.Веденяпина, Г.А.Фирсов, А.В.Волчанская, Н.И.Воробьев. Почвообитающие виды рода Phytophthora в Ботаническом саду БИН РАН. II Результаты двух летнего мониторинга. Микология и фитопатология. 2014. Вып. 5, с. 322-332.
  41. Воробьев Н.И., Проворов Н.А., Пищик В.Н., Свиридова О.В. Программа двухфакторного дисперсионного анализа биологических данных. Регистрация программы для ЭВМ в ФГУ ФИПС в отделе регистрации программ для ЭВМ № 2014661477. Дата государственной регистрации в Реестре программ для ЭВМ 30 октября 2014 г.
  42. Курчак О.Н., Проворов Н.А., Онищук О.П., Воробьев Н.И., Румянцева М.Л., Симаров Б.В Воздействие солевого стресса на генетически полиморфную систему Sinorhizobium meliloti – Medicago truncatula. Генетика. 2014. Т. 50, №7. С. 777-786.
  43. Н.И.Воробьев, В.Н.Пищик, Н.А.Проворов, О.В.Свиридова. Возможности моделирования множественных стохастических воздействий внешней среды на микробно-растительные системы. Агрофизика. 2014. №4(16), с. 35-41.
  44. В. Н. Пищик, Н. И. Воробьев, К. Г. Моисеев, О. В. Свиридова, В. Г. Сурин. Влияние бактерий B. subtilis на физиологическое состояние растений пшеницы и на микробоценоз почвы при использовании различных доз азотных удобрений. Почвоведение, 2015, № 1, с. 87-94.
  45. Strunnikova OK, Vishnevskaya NA, Ruchiy AS, Shakhnazarova VY, Vorobyov NI, Chebotar, VK. (2015). The influence of soils with different textures on development, colonization capacity and interactions between Fusarium culmorum and Pseudomonas fluorescens in soil and on barley roots // Plant and Soil. 389(1-2), 131-144. DOI: 10.1007/s11104-014-2351-y
  46. V.N. Pishchik, N.I. Vorob’ev, K.G. Moiseev, O.V. Sviridova, V.G. Surin, Influence of Bacillus subtilis on the Physiological State of Wheat and the Microbial Cenosis of the Soil under Different Rates of Nitrogen Fertilizers. Eurasian Soil Science, 2015, Pleiades Publishing, Ltd., Vol. 48, No. 1, pp. 77–84. ISSN 1064-2293.
  47. Н.Р.Гончаров, А.В.Тимофеев, Н.И.Воробьев. Методика автоматизированного расчета стоимости научно-исследовательских полевых экспериментальных работ по оценке биологической эффективности и регламентов применения пестицидов. СПб.: ВИЗР. 2015. 30 с.
  48. Н.Р.Гончаров, А.В.Тимофеев, Н.И.Воробьев. Экономико-математическая модель для автоматизации расчета стоимости научно-исследовательских работ по оценке биологической эффективности и регламентов применения пестицидов. Вестник защиты растений. 2015, 1(83), с. 14 – 21
  49. N. I. Vorobyov and N. A. Provorov. Simulation of the Evolution of the Legume_Rhizobia Symbiosis under the Conditions of Ecological Instability. Russian Journal of Genetics: Applied Research, 2015, Vol. 5, No. 2, pp. 91–101. ISSN 2079_0597.
  50. Н.И. Воробьев, Н.А. Проворов. Quorum Sensing и нодуляционная конкурентоспособость ризобий при инфицировании бобовых растений. Сельскохозяйственная биология. 2015. Т. 50. №3, с. 298-304. DOI: 10.15389/agrobiology.2015.3.298rus
  51. Р.С.Кутузова, Н.И. Воробьев. Наноформы Аl (Fe, Mn)-осаждающего микроорганизма с широким ареалом. Сельскохозяйственная биология. 2015. Т. 50. №3, с. 384-393. DOI: 10.15389/agrobiology.2015.3.384rus
  52. Н.А. Проворов, Н.И. Воробьёв. Эволюция полезных для растений признаков у азотфиксирующих бактерий: моделирование и конструирование систем межвидового альтруизма (обзор). Прикладная биохимия и микробиология, 2015, том 51, № 4, с. 363–370.
  53. Provorov NA, Vorobyev NI. (2015). Evolution of host-beneficial traits in nitrogen-fixing bacteria: Modeling and construction of systems for interspecies altruism // Applied Biochemistry and Microbiology. 51(4), 381-387. DOI: 10.1134/S0003683815040146. 55. Орлова О.В., Андронов Е.Е., Воробьев Н.И., Колодяжный А.Ю., Москалевская Ю.П., Патыка Н.В., Свиридова О.В. Состав и функционирование микробного сообщества при разложении соломы злаковых культур в дерново- подзолистой почве Сельскохозяйственная биология. 2015. Т. 50. № 3. С. 305-314. 
  54. Пищик В.Н., Воробьев Н.И., Проворов Н.А., Хомяков Ю.В. Механизмы адаптации растений к тяжелым металлам. Агрофизика. 2015, №2, с. 38-49. ISSN 2222-0666.
  55. Проворов Н.А., Тихонович И.А., Воробьев Н.И. Симбиогенез и синтетическая теория эволюции: Третий синтез. Генетика. 2015. Т. 51. №6, с. 658-667.
  56. Provorov NA, Tikhonovich IA, Vorobyov NI. (2015). Symbiogenesis and synthetic evolutionary theory: The third synthesis // Russian Journal of Genetics. 51(6), 558-565. DOI: 10.1134/S1022795415050051
  57. Андронов Е.Е., Иголкина А.А., Кимеклис А.К., Воробьев Н.И., Проворов Н.А. Характеристика естественного отбора в популяциях клубеньковых бактерий (Rhizobium leguminosarum), взаимодействующих с различными видами растений-хозяев. Генетика. 2015. Т. 51, № 10, с. 1108-1116. DOI: 0.7868/S0016675815100021.
  58. Andronov EE, Igolkina AA, Kimeklis AK, Vorobyov NI, Provorov NA. (2015). Characteristics of natural selection in populations of nodule bacteria (Rhizobium leguminosarum) interacting with different host plants // Russian Journal of Genetics. 51(10), 949-956. DOI: 10.1134/S1022795415100026

Подписаться на рассылку ВНИИСХМ

Что будем искать?