Диркс, Роберт
Роберт Диркс (англ. Robert Dirks; 29 мая 1978, Бангкок, Таиланд — 3 февраля 2015, Валхалла, Уэстчестер, Нью-Йорк, США) — американский химик, известный своими теоретическими и экспериментальными работами в области ДНК-нанотехнологий.
Был первым выпускником исследовательской группы Найлса Пирса в Калифорнийском Технологическом институте, где защитил диссертацию, посвящённую алгоритмам анализа термодинамики нуклеиновых кислот и прогнозированию их структуры. Разработал экспериментальный подход к сборке сложных самоорганизующихся ДНК-структур. Позднее работал в D. E. Shaw Research над алгоритмами фолдинга белка, которые использовались для дизайна новых фармацевтических средств.
В феврале 2015 года погиб в Вальхальской железнодорожной катастрофе. В его честь была названа награда за ранние карьерные достижения в области программирования молекулярной динамики.
Биография
Ранние годы
Роберт Диркс родился в Бангкоке в 1978 году[1]. Его отец, американец Майкл Диркс, работал учителем математики в Интернациональной Школе Бангкока, а мать, тайская китаянка Сари, работала в то время в банке[2][3]. Через год после рождения Роберта вся семья, включая старшего брата Уильяма[3], переехала в Канаду, в Ванкувер, где отец смог продолжить работу над своей диссертацией в Университете Британской Колумбии[4] .
Спустя четыре года семья переехала в родной город Майкла Диркса Спокан в штате Вашингтон, где Майкл получил работу преподавателя математики в местном колледже[1]. Роберт показал великолепную успеваемость, побеждал во многих математических олимпиадах. Летом перед выпускным годом он был отобран Вашингтонским Университетом для выполнения исследования о сердечно-сосудистой системе. В течение 1996 года он получил высшие оценки по каждому из пяти экзаменов в рамках углублённой программы и стал лучшим выпускником класса. Роберт и трое его одноклассников стали призёрами национального научного конкурса выпускников ExploraVision. Темой их проекта было будущее нанотехнологий[5].
Университетские годы
Несмотря на то что Роберт был принят в Массачусетский технологический институт, он поступил в Уобош-колледж в Кроуфордвилле штата Индиана. В 2000 году он защитил диплом с отличием по двум специальностям: химии и математике. Его второстепенными предметами в колледже были биология и музыка, игра на фаготе, кларнете и фортепиано. Диркс состоял в обществе Phi Beta Kappa[6].
Продолжил обучение в аспирантуре Калифорнийского технологического института в Пасадене штата Калифорния, получил степень Ph.D в 2005 году и остался в Калифорнийском институте постдоком. В это время он познакомился с аспиранткой Кристин Уэда[1].
Диркс и Уэда поженились в 2007 году. У пары родилось двое детей: сын Оуэн и дочь Фиби (на момент гибели отца им было 5 и 2 года)[7]. До 2010 года Кристин также работала в D. E. Shaw Research, но прекратила в связи с рождением первенца. Они поселились в округе Вестчестер, пригороде Чаппаквы штата Нью-Йорк. Роберту приходилось рано вставать, чтобы добраться до работы по Гарлемской линии метро Северной дороги. Возвращался он поздно, но старался провести с детьми всё возможное время по вечерам и в выходные.
Гибель
3 февраля 2015 года Диркс погиб в Вальхальской железнодорожной катастрофе[8]. Он ехал домой в передней части поезда (как говорил его брат, он любил эту часть поезда из-за спокойной атмосферы). Согласно отчёту NTSB, автомобиль Mercedes-Benz SUV остановился на переезде, а затем выехал на пути перед поездом. В результате столкновения и последующего пожара погибли 6 человек: водитель автомобиля и пятеро пассажиров[9].
Научная деятельность
Диркс был первым выпускником Найлса Пирса в Калтехе. Его диссертация называлась «Анализ, дизайн и структура инструментов на основе нуклеиновых кислот»[10].
Диркс работал в области вычислительной химии, создавая алгоритмы и вычислительные инструменты в области термодинамики нуклеиновых кислот и предсказания их пространственной структуры. Он является автором программного обеспечения NUPACK[11][12], которое в отличие от своих аналогов может одновременно работать со множеством полинуклеотидов. Диркс разработал алгоритм описания некоторых типов псевдоузлов в структуре нуклеиновых кислот, самых сложных для моделирования объектов, NUPACK может описывать их только в рамках одной цепи РНК. Пакет NUPACK продолжает развиваться под руководством команды из Калифорнийского технологического института. С выходом версии 4.0 была обновлена научная база проекта: внедрены усовершенствованные физические модели и значительно ускорены вычисления. Веб-приложение перенесено на гибридную облачную архитектуру для обработки растущего числа запросов, а для локальных расчётов выпущен модуль на языке Python[13].
Его работы в области цепной гибридизации нуклеиновых кислот впервые продемонстрировали самоорганизацию сложных комплексов на молекулярном уровне. Метод основан на использовании ДНК-гарпунов в качестве «топлива» для сборки ДНК-машин, и Диркс и Пирс изначально предполагали использовать эту технологию для аналитических задач, используя ДНК-машины в связке с аптамерами в качестве биосенсоров[14] . Этот метод не требует использования ферментов и позднее нашёл своё применение в иммуноанализе[15] для in-situ визуализации экспрессии генов[16] , а также метод стал основой для технологий изотермической сборки ДНК-наноструктур[17].
В 2024—2025 годах технология HCR нашла новое применение в пространственной биологии и диагностике. Метод интегрируется с системами цифровой патологии на базе искусственного интеллекта для количественного анализа изображений, сохраняя морфологию тканей[18]. Также на основе HCR разрабатываются высокочувствительные биосенсоры и экспресс-тесты для использования по месту лечения, включая системы диагностики SARS-CoV-2 без ферментативной амплификации[19].
Диркс работал в D. E. Shaw Research над алгоритмами фолдинга белка, которые использовались для дизайна новых фармацевтических средств начиная с 2006 года[1].
Память
В апреле 2015 года Международное общество наноразмерных наук, вычислений и инженерии (ISNSCE) и Калифорнийский технологический институт учредили Премию Роберта Диркса в области молекулярного программирования (Robert Dirks Molecular Programming Prize). Награда присуждается за достижения молодых учёных в этой области[20][21].
Лауреатами премии последних лет стали Фан Хун (2024) и Константин Эванс (2025)[22].
Отзывы
Его отец сказал так: «Он во всём был первым. Он всегда был непревзойдённым». Грег Сэмпсон, его учитель математики в старшей школе, вспоминал, что Роберт закончил продвинутый курс по тригонометрии всего за две недели, чего ни один другой его студент никогда не делал: «Он был просто невероятным, невероятным студентом». Его бывший руководитель говорил о нём: «Необыкновенный студент даже для Калтеха. Он делал замечательные вещи».[1]
D. E. Shaw Research, компания, в которой работал Роберт Диркс, назвала его «великолепным исследователем, привнёсшим огромный вклад в наши исследования и исследования широкой научной общественности».
Избранная библиография
- Dirks, R. M.; Pierce, N. A. A partition function algorithm for nucleic acid secondary structure including pseudoknots (англ.) // Journal of Computational Chemistry : journal. — 2003. — Vol. 24, no. 13. — P. 1664—1677. — doi:10.1002/jcc.10296.
- Dirks, R. M.; Pierce, N. A. Triggered amplification by hybridization chain reaction (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America : journal. — 2004. — Vol. 101, no. 43. — P. 15275—15278. — doi:10.1073/pnas.0407024101. — . — PMC 524468.
- Dirks, R. M.; Bois, J. S.; Schaeffer, J. M.; Winfree, E.; Pierce, N. A. Thermodynamic Analysis of Interacting Nucleic Acid Strands (англ.) // SIAM Review : journal. — 2007. — Vol. 49. — P. 65—88. — doi:10.1137/060651100. — .
- Piana, S.; Lindorff-Larsen, K.; Dirks, R. M.; Salmon, J. K.; Dror, R. O.; Shaw, D. E. Evaluating the Effects of Cutoffs and Treatment of Long-range Electrostatics in Protein Folding Simulations (англ.) // PLoS ONE : journal. — 2012. — Vol. 7, no. 6. — P. e39918. — doi:10.1371/journal.pone.0039918. — . — PMID 22768169. — PMC 3386949.