„Mám ráda odborné výzvy,” přiznává Lucie Klímová, která reprezentovala FIT na přehlídce 8 z VUT

Ve středu 3. prosince 2025 se na Rektorátu VUT konal další ročník prezentací nejlepších bakalářských prací studentů brněnské techniky 8 z VUT. A také letos měla naše fakulta na slavnostním večeru svou zástupkyni. Lucie Klímová zaujala prací z oblasti náročného oboru bioinformatiky. Již tradiční univerzitní akce sleduje dvojí cíl: ocenit kvalitní výzkumnou práci realizovanou v bakalářském studiu a současně nabídnout úspěšným studentům a studentkám příležitost zdokonalit si prezentační dovednosti.

Práce a jejich autory nominuje vedení fakult. Vybraní studenti nejprve dostanou příležitost zúčastnit se kurzu prezentačních dovedností. Během slavnostního večera pak představí své závěrečné práce publiku – v tento okamžik jde zejména o dovednost srozumitelně a poutavě představit téma, jemuž se věnovali. Diváci pak hlasováním rozhodují o Ceně publika, kterou si letos odnesla Denisa Zezulová z Fakulty podnikatelské VUT s prezentací tématu „Podpora prodeje a reklama konkrétní společnosti“.

Nezaleknout se mezioborovosti

Lucie Klímová prezentovala svou bakalářskou práci „Automatové techniky v analýze DNA“, jejímž vedoucím je doc. Lukáš Holík. Autorka má podle svých slov ráda odborné výzvy a tato práce uvedené kritérium rozhodně splňuje. Bioinformatika láká pro svou náročnost jen málo studentů, Lucie se přitom tímto směrem chtěla vydat už před začátkem studia na FIT VUT: „Na gymnáziu mě biologie bavila a přišlo mi, že mezioborovost je výzva.“ Na fakultě pak využila šanci a v okamžiku, kdy se v informačním systému objevilo zajímavé zadání projektové práce z tohoto odborného pole, nezaváhala. Téma pak dále rozpracovala ve své bakalářce.

Základem práce Lucie Klímové je aplikace konečných automatů na postupy vyhledávání LTR retrotranspozonů. Trocha teorie z genetiky je v tento okamžik namístě: Transpozony jsou repetetivní sekvence DNA v genomu. Je pro ně charakteristická schopnost změny pozice v sekvenci, často jsou proto označovány i jako „skákající geny“. Jde o velmi starou součást genetické výbavy organismů. Jejich studium dává nahlédnout do evoluce genomu. Zastoupení transpozonů v genomu je velké (až 40 % sekvence lidské DNA). Na první pohled nemají klíčovou funkci, dříve se občas používal i termín „junk DNA“, ovšem dnes již víme, že většina těchto sekvencí funkce má (i když ne strukturní) a právě studium nám umožní jim lépe porozumět. Jejich schopnost translokace (změny pozice v sekvenci) má vliv na plasticitu genomu a na jeho evoluci obecně. Navíc mohou svou pozicí ovlivnit vedlejší části sekvence, a to včetně těch, jež jsou nositelkami genetických informací. Detekce LTR transpozonů tak může pomoct výzkumu konkrétních sekvencí a je metodou dnešní genetiky. {{foto|VUT_RE_8zVUT_2025-12-03_Konicek_003.JPG|800}}

„Vycházeli jsme z nástroje TE-greedy-nester, užívaného pro vyhledávání transpozonů, a já v něm identifikovala podalgoritmus, který při spuštění programu zabíral největší časový rozsah, zhruba 80 % procesu. A rozhodli jsme se vymyslet jej jinak – s cílem výrazné úspory času,“ definuje Lucie co nejobecněji záměr své bakalářské práce. Onu zmiňovanou „podčást“ zastával BlastX, možná nejpoužívanější bioinformatický nástroj pro vyhledávání genových sekvencí. Základním principem, na němž Lucie svůj výzkum vystavěla, byla myšlenka, že sekvence genomu by měla být obecně reprezentovatelná konečným automatem. Použití automatu pro vyhledávání by pak mělo být výrazně rychlejší. Samotný proces tvorby automatu byl však náročný, vzpomíná autorka: „Sekvence transpozonu totiž často obsahuje mutace. Konečné automaty jsou lepší pro vyhledávání přesné, nikoliv podobné shody, což právě mutace komplikují.“ Lucie vycházela z jiného v bioinformatice často užívaného softwarového nástroje, jímž je HMMER, který využívá skryté Markovovy modely. Ty si lze zjednodušeně představit jako složitější verze konečných automatů pracující s pravděpodobnostmi, v našem případě s pravděpodobnostmi mutací. „Já jsem pak vzala naučený skrytý Markovův model a ten jsem zjednodušila do podoby konečného automatu s cílem ponechat důležité informace a současně zrychlit vyhledávání.“ Zjednodušení bylo výzvou, protože nesmělo vést ke ztrátě důležitých informací o povaze hledané sekvence. Problémem byl i nedeteminismus výstupu, který odpovídal povaze pravděpodobnostního modelu. Lucie tedy musela výsledný model determinizovat, což však vedlo k výstupu v podobě obřího modelu. A to byl podle jejích slov kritický bod, s nímž bylo třeba se vyrovnávat delší dobu.

Výzvy zůstávají

Hlavním výsledkem práce Lucie Klímové je tedy návrh algoritmu pro vytvoření zmíněného konečného automatu. Mezi výzkumné úspěchy si může autorka připsat to, že výsledný konečný automat umožňuje vyhledávat strukturní domény transpozonů až desetkrát rychleji oproti nástroji BlastX. To by po integraci do nástroje TE-greedy-nester mohlo vést k výraznému urychlení vyhledávání LTR transpozonů. Lucie sama skromně připomíná, že prostoru pro další vylepšování algoritmu je ještě hodně. Například opakované procházení sekvencí nabízí možnost paralelizace a další urychlení. Bylo by také vhodné přidat metriky kvality výsledku odpovídající na otázku, jak daleko od hledané sekvence je identifikovaná sekvence. Autorka sama potvrzuje, že by ve výzkumu na poli bioinformatiky ráda pokračovala. Padne přitom zmínka také o doktorském studiu.

Budeme naší reprezentantce v soutěži 8 z VUT i nadále držet palce na její odborné dráze. A samozřejmě jí děkujeme za skvělou reprezentaci naší fakulty. Mimochodem: Lucie neví, kdo ji na přehlídku 8 z VUT nominoval. Dotyčný či dotyčná mají samozřejmě možnost se ke svému činu doznat.

Připomeňme, že také v loňském ročníku soutěže zanechala FIT VUT výraznou stopu, když si první místo v soutěži odnesla Sára Jobranová.