Uniwersytet
Wrodawski
P ro fe so r d r hab. S tan isiaw C eb rat Z a k la d G en om ik i
W y d zial B io tech n o lo g ii U n iw e rsy te t W ro d a w sk i
W ro claw , d n ia 19 g ru d n ia 2011.
R E C E N Z J A R O Z P R A W Y D O K T O R S K IE J
T y tu l rozp raw y: A lg o rith m s fo r m o d elin g o f the ev o lu tio n o f co m p lex stochastic g en etic system s. (Algorytmy modelowania ewolucji stochastycznych systemow genetycznych о duzej zlozonosci).
A u to r rozp raw y: m g r T o m a sz W o jd y la
P ro m o to r rozpraw y: P rof. d r hab. inz. M a r ek K im m el
P ra ca zo stala n a p isa n a w j^ z y k u an g ielskim . M a o n a charak ter ro zpraw y in te rd y sc y p lin a m ej, m a te m a ty k m o ze n az w a lb y jej zakres „zasto so w an iem
m ate m a ty k i” . D la o so b sp o z a d zied zin y genetyki pop ulacji m o g lo b y si$ w y daw ac, ze niew iele w ty m z a k re sie po zo stalo do z ro b ie n ia po p rzed staw ien iu bardzo p rec y zy jn y ch o p iso w m ate m a ty cz n y c h m ec h a n iz m o w ew o lu cy jn y ch p rzez F ishera, W rig h ta, H a rd y ’ego, H a ld a n e ’a і W e in b e rg a w p ierw szej p o lo w ie d w u dziestego w ieku. To z p o l^ c z e n ia ich teorii і p raw M e n d la z d arw in o w sk ^ teo ri^ selekcji naturaln ej p o w stal tak zw an y n e o d a rw in izm zw any ro w n iez ew o lu cjo n izm em sy n tety czny m . W tej p o staci je s t on ci^gle p ro p ag o w an y w p o p ulam ej bio logii, n iestety tej p ro g ra m o w o nauczanej - tez, ja k o je d y n y sluszn y po gl^d n a
m ec h a n iz m y ew olu cji. B io lo g o w ie cz^sto nie zauw azaj^, ze zn a k o m ita w i^k szosc ty ch p raw і o p iso w d o ty czy p o p u lacji m en d lo w sk iej, bo tak ^ m o zn a bylo o p isy w ac o w czesn y m i narz^ d ziam i і tak a b y la w tedy n a sza w ied za g enetyczna. O b ecnie p o w in n ism y sobie zd aw ac spraw ^ z tego, ze sred n io p o lo w e o p isy ew o lucji p o p u lacji nie s^ w stanie d ac p raw id lo w eg o o b raz u rzeczy w isto sci, je z e li ch ocby
ro zm iesz c ze n ie o so b n ik o w w p rzestrzen i і g e n o w n a lin iow y ch c h ro m o so m ach z b ard zo n ielo so w y m i m iejscam i rek o m b in acji calk o w icie zm ien iaj^ nasze pog l^dy na sp o so b d zied ziczen ia. N a jlep szy m p rzy k la d em stereoty p ow ego m y sle n ia je s t
w p o p u lac ji c z lo w ie k a - d z ie tn o sc m aleje w raz z o d leg lo sci^ g en ety czn g m igdzy m alz o n k am i, a su k ces e w o lu c y jn y je s t n iem o n o to n iczn g funkcjg tej o d leg lo sci. A p rze c ie z w y d a w alo b y sig, ze h e te ro z ja p o w in n a p ro m o w ac p a ry z w igkszg
o d leg lo sci^ genety czn ^.
D lateg o u w a z a m , ze p raca, w ktorej p o jaw iajg sig h a sla k o a le sc en c ja , d r y f (dryft) g en ety czn y і d e m o g ra fia je s t b ard zo obiecu j^ ca j u z n a w stgpie. W e w stg pn ych czg sciach ro zp ra w y A u to r p o d a je p o d staw o w e d efin icje і in fo rm acje z g en etyk i p o p u lacji. N a le z y p o d k reslic , ze robi to bardzo zw igzle, ale і b ard zo k laro w n ie і p recy zyjn ie.
W ro zp raw ie m o z n a w y d z ie lic trzy czgsci. W p ierw szej czgsci A u to r zajm u je sig m o d elem M o ra n a z d ry ftem , m u ta c ja m i і rek o m b in acjam i. S taw ia interesu jgce p ytanie: czy je s t m o z liw e w y k a z a n ie w n iesy m u la c y jn y m m o d elu , ze p o p u lac ja z rek o m b inu jg cym i g e n o m a m i m oze osiggngc stan, w k to ry m je s t n ieo d ro z n ia ln a od p o pulacji pod d anej w c z asie ew o lu cji je d y n ie d ryftow i g e n e ty c z n em u і m u tacjom . Jego o d p o w ied z n a to p y tan ie je s t p o zy ty w n a. Z a sa d n ic z e e le m en ty tej czgsci ro zp raw y z o sta ly o p u b lik o w an e w 2 0 1 0 ro k u w J. M ath em atical B io lo g y w p racy , w ktorej d o k to ra n t by l d ru g im au torem . M o zliw o sc o p isan ia ro zk la d u sto p n ia
p o k rew ien stw a o so b n ik o w w p o p u lac ji stw arza n ieb a n a ln e m o zliw o sc i w analizie w y n ik o w g e n o ty p o w a n ia p o p u lac ji c z lo w ie k a і d latego je s t isto tn y m p rzy c z y n k ie m d la g en etyk i p o p u lacji.
W drugiej czgsci d o k to ra n t z a jm u je sig w p e w n y m sen sie p o d o b n y m i pro b lem am i - alg o ry tm am i u m o zliw ia j^ cy m i w y licz e n ie d y stry b u cji o dleg lo sci do n ajb lizszeg o w sp oln eg o p rz o d k a w p ro b k o w a n iu p o p u lacji ro zn y c h w ielkosci. P rz ed sta w ia w yniki z a sto so w a n ia tej m eto d y do an a lizy p o p u lac ji czlo w iek a. Т а czgsc zo sta la o p u b lik o w an a w c z a so p ism ie T h eo retical P o p u la tio n B io lo g y w p racy , ktorej p ierw sz y m a u to re m je s t d o k to ran t. A n a liz y staty sty czn e p o p u lac ji m ajgce n a celu o d tw o rzen ie ich filo g e n ez y , czy g en ealo g ii sg o b ecn ie b ard zo czgsto p ro w a d z o n e і kazde no w e p o d e jsc ie do ro zw iq zan ia p ro b le m o w w tej d zie d z in ie b io lo g ii m u si bye docenione.
W trzeciej czgsci A u to r p rz e d sta w ia narzg d zia m ate m a ty cz n e opisu jgee sieci d em o g raficzn e. W m o d e la c h ty ch p o p u lac je m o g ^ d zielic sig, l^czy c і m o z liw a je s t ro w n iez m ig ra c ja o so b n ik o w m igd zy p o p u lacjam i, a g e n o m y o so b n ik o w p o d legajg m utacjo m . R o w n ie z w tej czgsci A u to r stosuje sw oje n arzg d zia do an a lizy stru k tu r
d e m o g ra fic zn y c h rze c z y w isty c h p o p u lac ji c z lo w ie k a o raz do an a lizy
m i^ d zy g atu n k o w ej cz lo w ie k /sz y m p an s. N ie je s t d la m n ie ja s n e , czy w e w szy stk ich a n a liza c h A u to r p o slu g iw a l si$ ty m i sam ym i m ark eram i m ik ro sate lita rn y m i z c h ro m o so m u Y. Z p e w n o sc i^ d la o p isu p o p u lacji B a lto w і S low ian. W zw i^ zk u z ty m m am p y tan ie do do k to ran ta: czy w y n ik i u z y sk an e z b a d a n e tn ic zn y c h p rzy u zy c iu m ark e ro w c h ro m o so m u Y p o w in n y by e p o d o b n e do w y n ik o w u z y sk an y c h z za sto so w a n iem m a rk e ro w m ito ch o n d rialn y c h , albo w y n ik o w u z y sk an y c h z u zy ciem m ark e ro w a u to so m a ln y c h ?
W artosc m o d e lo w a n ia m ate m a ty cz n e g o lub k o m p u te ro w e g o z alezy nie ty lk o od po p raw n o sci p rz e p ro w a d z e n ia fo rm aln y ch d o w o d o w і o d p o w ie d n ic h alg orytm o w , ale ro w n iez od p o p ra w n o sc i p rzy j^ ty c h zalozen. T o w lasn ie z a lo z e n ia m o deli m ate m a ty cz n y c h sq n ajcz^sciej k ry ty k o w an e p rze z b io log o w . D la te g o m o je p y tan ia do D o k to ran ta b$dq d o ty cz y c zalo zen.
1. W e w sz y stk ic h cz ^ sc iac h ro zp raw y A u to r w p ro w a d z a m utacje. R o zu m iem , ze w an alizo w a n y ch m o d e la c h m am y do czy n ie n ia z allelam i w ie lo k ro tn y m i, to znaczy , ze w danym locus m o ze p o jaw ic щ w puli genetycznej w i^cej n iz d w a ro zn e allele. W ja k i sp osob m u ta c je z a m ien ia j^ te allele?
2. W o p isie je d n e g o z w y k re so w A u to r p o d aje, ze przy j^ l efe k ty w n ^ w ielk o sc pop ulacji c z lo w ie k a - l x l O 4, a efektywnq. w ielk o sc p o p u lacji sz y m p a n sa trzy razy w i^ksz^. D laczeg o ?
3. A u to r in fo rm u je , ze p rzy j^ l cz^stosc m u tacji 10'4 n a generacj^. N ie je s t ja sn e , czy je s t to c z^sto sc m u ta c ji p o jed y n czej sekw encji m ik ro satelitarn ej czy te z cz^stosc liczo n a n a g e n o m і generacj^. Jezeli te cz^stosci do ty cz^ m u tacji sek w en cji
m ik ro sate lita m y ch c h ro m o so m u Y, to w y d aje m i si^, ze p o w in n y one bye w yzsze n aw et о je d e n rz^d. C zy isto tn y m d la w y n ik o w an a lizy ty m i m eto d am i je s t fakt, ze p o szczeg o ln e m ark e ry mutujEj z ro zn ym i cz^sto sciam i?
P ow y zsze p y ta n ia n ie sta n o w i^ k ry ty k i te z ro zp raw y ani n ie k w estio n u j^
p o praw n o sci sto so w an y c h m eto d , c h cialb y m je d y n ie w sk azac A u to ro w i g d zie m oze spo tkac si$ z o str^ k ry ty k ^ b io lo g ow , je z e li z alezy m u n a w sp o lp ra c y z n im i, a m am nadziej^, ze tak і ze zech ce n ad al p rac o w ac w tej dzied zinie.
P ew n e n iesc islo sc i, k to re p o jaw ia j^ si^ w tek scie w y n ik aj^ z p rzy jm o w a n ia innych defm icji te rm in o w g e n e ty czn y ch , со n ieste ty w g enetyce і w sro d g e n e ty k o w je s t dose
cz^ste, lub p a trz e n ia n a p ro b le m g en ety czn y je d y n ie z p e rsp e k ty w y ro zw i^ zy w an eg o p ro blem u . Stcjd p o jaw ily si^ tak ie d ziw n e sform ulow ania:
1. ,,W celu m o d e lo w a n ia rek o m b in acji, n a og o l w y ro z n ia lism y w i^cej n iz je d e n lo cu s” . Jezeli ,,na o g o l” , to znaczy , ze m o zn a by lo m o d elo w a c re k o m b in a c ji z je d n y m locus. C zy m o zliw e je s t p rze p ro w a d z en ie rek o m b in acji z g e n o m e m zlo zo n y m
z je d n e g o locus, je z e li zach o d zi o n a ty lk o p o m i^ d zy loci?
2. W e w s tip n e j cz^sci p ra c y A u to r opisu je p o k ro tc e m o d el W rig h ta-F ish era , z kto rego to o p isu m o z n a by w y w n io sk o w ac , ze w m o d elu ty m o so b n ik o w i
h a p lo id a ln e m u o d p o w ia d a je d e n gen, albo d w a g en y - o so b n ik o w i dip lo id aln em u . D alej A u to r p isze: ,,W p o d sta w o w y m m o d elu W rig h ta-F ish era p rzy jm u jem y , ze oso b niki w p o p u lac ji nie Scj. p o d d a w a n e m u tacjo m , ani inny m silo m ew o lu cy jn y m . W szczego lno sci p r z y jm u je m y , ze nie m a r ek o m b in a cji m i^dzy g en a m i ... ” M oze gdyby A u to r n ie p o w o ly w a l si^ n a p rac^ F ish era z 1930 rok u, to b y lo b y m i latw iej zrozu m iec Jego inten cje. P ra c a F ish era d o ty czy b o w ie m ta k zw anej p o p u lacji
m en d lo w sk iej, n ie sk o n c z e n ie d u zej, n a ktorq nie d zialaj^ sily se lek cy jn e ani m utacje, a geny d zied zicz^ si§ n ieza lezn ie, j a k teg o w y m ag alo d ru g ie p raw o M en d la, a to znaczy, ze p ra w d o p o d o b ie n stw o rek o m b in acji m i^ d zy s^siad u j^ cy m i allelam i w ynosi 0,5. Т а к n a p ra w d i A u to ro w i ch o d zilo chy b a о allele, a nie о o sob nik i.
Z te rm in o lo g ii je s z c z e : „rare m a trix ” czy „sparse m a trix ” ?
W m o im p rz e k o n a n iu P a n m g r T o m a sz W o jd y la p rze d staw il do o ceny b ardzo dobrq prac$. W y k a za l w n iej, ze p rec y z y jn ie p o tra fi p o staw ic p ro b le m do
rozw i^zania, je s t to p ro b le m isto tn y z n au k o w eg o p u n k tu w id zen ia, a je g o
rozw iazanie d aje in te resu j^ cy p o g lad n a op isy w an e zjaw isk o . W y k azal ro w n iez, ze jeg o sp o jrzen ie n a d zied zin ^ g en ety k i p o p u lacji nie je s t w y ry w k o w e, o b ejm u je w iele
isto tny ch z a g a d n ie n tej d z ie d z in y bio log ii. W iele z p rz e d staw io n y c h n arz^d zi m ate m a ty cz n y c h і w y n ik o w d o c z ek a si<? w k ro tce w ery fik acji e k sp ery m en taln ej, p o n iew az w la sn ie c z ek a m y n a rez u lta ty k ilk u w ie lk ic h p ro g ra m o w g e n o ty p o w a n ia w popu lacji czlo w iek a, a n a w e t se k w e n c jo n o w an ia duzej liczb y g e n o m o w ludzkich. D odaj^c do tej o c e n y fak t, ze cz^sc w y n ik o w pracy d o k to ra n ta z o sta la ju z
o p u b lik o w an a w d o b ry ch c z aso p ism a c h w n io sk u j^ w y ro z n ie n ie pracy.
S tw ierd zam , ze ro z p ra w a sp eln ia w aru n k i U staw y z d n ia 14 m arc a 2003 ro k u о sto p n iach n a u k o w y c h і ty tu le n au k o w y m , o k reslo n e w art. 13 ust. 1 і ust. 2.
W n ioskuj^ о d o p u sz cz e n ie d o k to ra n ta do d a lsz y c h eta p o w p rz e w o d u d o k to rsk iego .
