dr hab. Michał Banaszak, prof. nadzw. Poznań, 15 maja 2012

dr hab. Michał Banaszak, prof. nadzw.
Wydział Fizyki
Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu
Poznań, 15 maja 2012
Recenzja
rozprawy habilitacyjnej oraz dorobku naukowego dr Doroty Bielińskiej-Wąż z Instytutu Fizyki
Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu.
Tytuł rozprawy:
Graphical and numerical representations of DNA sequences: statistical aspects of similarity
Dr Dorota Bielińska-Wąż stopień naukowy doktora nauk fizycznych otrzymała 7 stycznia 1998
na podstawie rozprawy „Statystyczna teoria widm izolowanych molekuł” (przygotowanej pod
kierunkiem prof. dr. hab. J. Karwowskiego) w Instytucie Fizyki Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w
Toruniu.
Przed doktoratem Dr Bielińska-Wąż zajmowała się teorią defektu kwantowego, kwantowym
rachunkiem zaburzeń oraz statystyczną teorią widm. Wyniki swych badań zawarła w 6 publikacjach w
czasopismach indeksowanych w bazie JCR oraz 4 innych publikacjach.
Po doktoracie Habilitantka zajmowała się również teorią defektu kwantowego, a ponadto
układami przestrzennie ograniczonymi, podobieństwem molekularnym, oraz graficzną i numeryczną
reprezentacją sekwencji biologicznych. Wyniki tych badań zostały zawarte w 25 publikacjach w
czasopismach z bazy JCR oraz 4 innych publikacjach. W ostatnich latach głównym obszarem
naukowej aktywności Habilitantki jest graficzna i numeryczna reprezentacja sekwencji biologicznych.
Z tej tematyki przedstawiła dr Bielińska-Wąż swe „osiągnięcie” w rozumieniu Art. 16 ust. 2 Ustawy o
Szkolnictwie Wyższym w formie „dzieła opublikowanego w całości”. Tym dziełem jest publikacja
1
zatytułowana „Graphical and numerical representations of DNA sequences: statistical aspects of
similarity” opublikowana w Journal of Mathematical Chemistry (J Math Chem, 49:2345-2407, 2011),
której jedynym autorem jest Dr Bielińska-Wąż. W dalszej części recenzji będę tę publikację nazywał
rozprawą habilitacyjną.
Habilitantka, w swoim autoreferacie oraz załącznikach, precyzyjnie odwołuje się do
poszczególnych punktów Rozporządzenia Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego z dnia 1 września
2011 r. w sprawie kryteriów oceny osiągnięć osoby ubiegającej się o nadanie stopnia doktora
habilitowanego. Ułatwia to obiektywną ocenę spełnienia tych kryteriów przez Habilitantkę zarówno w
zakresie osiągnięć naukowo-badawczych, jak i zakresie dorobku dydaktycznego i popularyzatorskiego
oraz współpracy międzynarodowej.
Ocena osiągnięć naukowo-badawczych
Habilitantka jest autorem lub współautorem 6 artykułów przed doktoratem oraz 25 po
doktoracie, które znajdują się w bazie JCR. Oprócz tego dr Bielińska-Wąż jest autorem lub
współautorem publikacji spoza bazy JCR, w tym 4 przed doktoratem i 16 po doktoracie. Czasopisma,
w których publikuje Habilitantka mają zróżnicowany impact factor (IF), ale sumaryczny IF jej
wszystkich publikacji jest większy niż 5 dla prac opublikowanych przed doktoratem i jest równy około
47 dla prac po doktoracie. Publikacje dr Bielińskiej-Wąż cieszą się sporym oddźwiękiem w literaturze
światowej, gdyż w sumie były cytowane 254 razy, a jeśli wyłączyć autocytowania to 198 razy. Warto
również odnotować, że indeks Hirscha dr Bielińskiej-Wąż jest równy 10. Powyższe dane, to znaczy
sumaryczny IF, liczba publikacji i cytowań oraz indeks Hirscha, są w pełni wystarczające do ubiegania
się o stopień doktora habilitowanego.
Habilitantka kierowała 2 projektami badawczymi Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego
oraz jednym grantem Uniwersytetu Mikołaja Kopernika. Dr Bielińska-Wąż trzykrotnie była
stypendystą Fundacji Humboldta oraz jednokrotnie Fundacji Fullbrighta. Za swą działalność naukową
nagradzana była dwukrotnie przez Rektora Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu. Dr
Bielińska-Wąż brała udział w 7 konferencjach przed doktoratem i 11 konferencjach po doktoracie, w
tym 2 razy wygłosiła wykład, a 3 razy brała udział w organizacji konferencji.
Ocena dorobku dydaktycznego i popularyzatorskiego oraz współpracy międzynarodowej
Dr Bielińska-Wąż prowadziła liczne i zróżnicowane zajęcia dydaktyczne, w tym z fizyki
2
współczesnej, matematyki z elementami statystyki, pracowni biofizyki, pracowni komputerowej,
pracowni fizycznej I, pracowni dydaktycznej, mechaniki kwantowej I i II, statystyki i rachunku
prawdopodobieństwa, matematycznych metod fizyki oraz algebry.
Habilitantka jest członkiem Międzynarodowego Komitetu Redakcyjnego czasopisma MATCH
Communications in Mathematical and in Computer Chemistry, co świadczy o jej uznanej
międzynarodowej pozycji.
Jako Koordynator Wydziałowy Promocji Edukacyjnej Wydziału Fizyki, Astronomii i
Informatyki Stosowanej zajmowała się Habilitantka promocją nauki.
Istotnym elementem w dorobku dr Bielińska-Wąż są liczne staże międzynarodowe i powiązane
z nimi współprace naukowe, w wyniku których powstały publikacje wymienione w załączniku nr 4. Do
szczególnie owocnych wyjazdów naukowych można zaliczyć staże w Max-Planck-Institut für
Astrophysik w Garching (Niemcy) u prof. G.F.H. Diercksena, w Department of Chemistry, University
of Alberta, Edmonton (Kanada) u prof. M. Klobukowskiego, oraz w Computer-Chemie-Centrum and
Interdisciplinary Center for Molecular Materials, w Erlangen (Niemcy). Również wizyty prof. Basaka
oraz prof. Nandy na Uniwersytecie Mikołaja Kopernika w Toruniu przyczyniły się do podjęcia badań,
które istotnie powiększyły dorobek naukowy dr Bielińskiej-Wąż.
Ocena rozprawy habilitacyjnej
Informacja genetyczna jest zapisywana w DNA w postaci długiego ciągu czterech liter: A, C, G
i T, tworzących 4-literowy alfabet i odpowiadających adeninie, cytozynie, guaninie i tyminie. Jak
wiadomo w leżących na przeciwko siebie łańcuchach DNA tworzą one komplementarne pary zasad, AT oraz C-G, które połączone są wiązaniami wodorowymi. Na sekwencję DNA można zatem patrzeć jak
na tekst pisany w języku, który jest w znacznej części niezrozumiały. W istniejących bazach danych
szybko rośnie liczba dostępnych sekwencji DNA. Ogromny wysiłek koncepcyjny i obliczeniowy
skierowany jest na dopasowanie (ang. alignment) różnych sekwencji. Do tego celu stosuje się metody z
różnych dyscyplin wiedzy, takich jak informatyka, biologia, medycyna, chemia, fizyka oraz
matematyka. O skali trudności może świadczyć fakt, że cały ludzki genom zawiera ponad 3 miliardy
takich liter, co odpowiada około 800 MB danych. Pewne fragmenty tych sekwencji są czytelne, znany
jest kod genetyczny, zapisywany przy pomocy kodonów (3-literowych ciągów pisanych 4-literowym
alfabetem). Badanie konsekwencji różnic i podobieństw w sekwencjach DNA jest ważnym wyzwaniem
3
dla współczesnej nauki i dlatego podjęcie tej tematyki przez dr Bielińską-Wąż było trafną decyzją,
gdyż pozwoliło jej zająć się ciekawymi problemami, mającymi potencjalnie duże znaczenie praktyczne
oraz znajdującymi szeroki oddźwięk również w świecie pozanaukowym.
W swej rozprawie habilitacyjnej, mającej charakter pracy przeglądowej, ale również
zawierającej oryginalne wyniki, Habilitantka wprowadza czytelnika w zagadnienie graficznej i
numerycznej reprezentacji sekwencji biologicznych (tzn. DNA, RNA i białek). W części przeglądowej
swej rozprawy, dr Bielińska-Wąż prezentuje graficzne metod dopasowania sekwencji, ze szczególnym
uwzględnieniem reprezentacji dwuwymiarowych. Istotą tych reprezentacji jest przypisanie każdej
zasadzie (A, C, G i T) wektora jednostkowego, a całej sekwencji przypisanie grafu składającej się z
kolejnych wektorów jednostkowych. Autorka analizuje również problem możliwej degeneracji grafu,
czyli możliwość przypisania różnym sekwencjom tego samego grafu. Dr Bielińska-Wąż zasadnie
dowodzi, że sama analiza graficzna, jakkolwiek przydatna, nie może być metodą samą w sobie i
powinna być wspomagana tak zwanymi deskryptorami, które są liczbami odzwierciedlającymi pewne
cechy grafów. Przykładem takich deskryptorów są główne momenty bezwładności grafu, traktowanego
jako bryła sztywna, przy czym masy punktów tego grafu są proporcjonalne do liczby „odwiedzin”
przez wektory odpowiadające zasadom A, C, G i T. W ogólności, jak pokazano w pracach 14-G, 15-G
oraz 16-G, deskryptory służą jako użyteczne miary podobieństwa.
Oryginalną metodą graficzną zaproponowaną przez Habilitantkę w pracy 22-G oraz rozwiniętą
w rozprawie habilitacyjnej jest cztero-składnikowa reprezentacja spektralna sekwencji DNA. Dr
Bielińska-Wąż wprowadza definicje czterech widm odpowiadające zasadom A, C, G i T. Każde z tych
widm opisuje gęstość odpowiedniej zasady w sekwencji, przy zadanej rozdzielczości. Dla powyższych
widm zdefiniowane zostały deskryptory, jako przeskalowane momenty rozkładów, których zadaniem
jest określenie podobieństwa różnych sekwencji. Odpowiednie wzory określające powyższe
deskryptory zostały wyprowadzone w rozprawie habilitacyjnej. Habilitantka zauważa, że „pojawienie
się klasteryzacji sekwencji organizmów ewolucyjnie podobnych związane jest z widmami G oraz A”.
Dla widm C jedne deskryptory pokazują podobieństwo dla sekwencji roślin i kręgowców, a inne
wykazują różnice. Z kolei, w przypadku T-deskryptorów Habilitantka nie obserwuje różnic między
sekwencjami roślin i kręgowców. Dr Bielińska-Wąż stosuje również własne metody do analizy
podobieństwa sekwencji dla genu β-globiny u różnych gatunków, w szczególności odnotowuje
największe podobieństwo porównując sekwencje człowieka i szympansa, co jest wynikiem
spodziewanym. Habilitantka również podkreśla, że podobieństwo sekwencji powinno być opisywane
4
wieloma parametrami (deskryptorami), co czyni miarę podobieństwa wielkością wielowymiarową.
Z przyjemnością wysłuchałem wykładu dr Bielińskiej-Wąż na Wydziale Fizyki UAM, który
dotyczył zagadnień przedstawionych w rozprawie habilitacyjnej. Habilitantka głęboko rozumie
przedstawiane przez siebie zagadnienia oraz potrafi je ciekawie zaprezentować – jest dobrym
wykładowcą. Uważam, że Dr Bielińska-Wąż jest w pełni samodzielnym badaczem zdolnym do
przekazywania wiedzy młodym naukowcom.
W autoreferacie pojawiają się wyniki wcześniejszych prac, których Habilitantka jest
współautorem, a w jednym przypadku jedynym autorem. Być może należało je włączyć do rozprawy
habilitacyjnej i przedstawić jako zbiór monotematycznych publikacji, dołączając stosowne
oświadczenia współautorów.
Wniosek końcowy
Na podstawie przedstawionej rozprawy habilitacyjnej oraz dorobku naukowego wnoszę o
dopuszczenie dr Doroty Bielińskiej-Wąż do dalszych etapów postępowania prowadzących do nadania
stopnia naukowego doktora habilitowanego nauk fizycznych w dyscyplinie biofizyka.
dr hab. Michał Banaszak, prof. nadzw.
5