​Сотрудники ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН», Новосибирского государственного университета и Университета им. Мартина Лютера (Германия) разработали программный комплекс, позволяющий повысить эффективность анализа дорогостоящих геномных экспериментов. Статья об этом опубликована в журнале Nucleic Acids Research

Комплекс предназначен для поиска в ДНК совместно встречающихся мотивов — участков, на которые "садятся" белки, управляющие транскрипцией, то есть считыванием закодированной в молекуле ДНК информации. Расположенные рядом мотивы, как правило, функционируют вместе, поэтому выявление таких пар позволит ученым предсказывать взаимодействия белков уже на этапе распознавания последовательности ДНК, а также исследовать роль этих взаимодействий в физиологических процессах.

Миллионы клеток организма синтезируют белки, которые непрерывно работают: переносят кислород, защищают от вторжения чужеродных агентов, сокращают и расслабляют мышечные волокна и выполняют массу других функций. Сведения о том, где и когда должны выполняться эти действия, зашифрованы в молекуле ДНК, причем информация записана при помощи всего четырех «букв» — нуклеотидов. Нуклеотиды объединяются в «слова» — гены, и каждый ген несет в себе сведения о белке, который может с него синтезироваться. Структуру и функцию клетки определяет уникальная комбинация белков, и какой ей быть «решают» регуляторные элементы ДНК. Их структурные единицы: короткие последовательности «букв»-нуклеотидов или мотивы — опознаются белками-регуляторами (транскрипционными факторами), что приводит к запуску или, наоборот, блокированию процесса считывания генетической информации. 

Чтобы найти все мотивы определенного белка-регулятора в геноме, используется дорогостоящий эксперимент, который называется ChIP-seq. Важно, что белки-регуляторы никогда не работают в одиночку: активность и специфичность каждого модулируется многочисленными партнерскими белками-регуляторами, и результат работы мотива зачастую определяется именно этими взаимодействиями. Поиск же потенциальных партнеров, как правило, сопряжен с проведением дополнительных ChIP-seq экспериментов, что многократно повышает стоимость исследования. Именно эту проблему с успехом решает новый программный комплекс.

«Наш метод позволяет по результатам лишь одного ChIP-seq эксперимента определить пары белков-регуляторов, работающих вместе, и описать соответствующие им участки связывания ДНК. Причем обнаруживаются и те пары мотивов, последовательности которых в ДНК перекрываются: то есть часть "букв" общая. В традиционно существующих методах обработки отсутствует анализ перекрывания или требуется проводить множество дополнительных экспериментов ChIP-seq для потенциальных партнерских белков-регуляторов. Нужно отметить, что стоимость такого эксперимента довольно высока (несколько сотен тысяч рублей), поэтому возможность извлечь максимум информации из одного пула данных экономит деньги и время», — комментирует старший научный сотрудник лаборатории эволюционной биоинформатики и теоретической генетики ИЦиГ СО РАН, старший научный сотрудник лаборатории компьютерной транскриптомики и эволюционной биоинформатики НГУ кандидат биологических наук Виктор Георгиевич Левицкий.

Качество работы программы исследователи проверили, проанализировав уже имеющиеся в открытом доступе данные 164 ChIP-seq экспериментов.

«Новый программный комплекс может использоваться и теми специалистами, которые исследуют белок-белковые взаимодействия на молекуле ДНК. Транскрипционные факторы — это белки: они взаимодействуют, если находятся рядом, что и происходит, когда они "cадятся" на близко расположенные мотивы. Изучение белок-белковых взаимодействий активно развивается, эксперименты в этой области дорогостоящие, поэтому наш алгоритм, обеспечивающий получение предварительных сведений о том, на какие белки стоит обратить внимание, будет востребован», — отмечает заведующая лабораторией регуляции экспрессии генов и лабораторией эпигенетики стресса ФИЦ ИЦиГ СО РАН доктор биологических наук Татьяна Ивановна Меркулова.

Новосибирские ученые получили патент на свою программу, она готова к практическому применению. В последние несколько лет появились и продолжают пополняться открытые базы, насчитывающие уже несколько десятков тысяч ChIP-seq экспериментов для разнообразных типов тканей, клеток и для разных белков-регуляторов. Алгоритм сибирских ученых может использоваться для поиска новых партнеров уже известных белков-регуляторов, ключевых для выполнения важных физиологических функций организма, например, иммунного ответа.

Работа выполнялась при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, проект № 18-29-13040.

 

Лаборатория компьютерной транскриптомики и эволюционной биоинформатики НГУ,

Пресс-служба ФИЦ ИЦиГ СО РАН


Источники

Новосибирские биоинформатики разработали уникальный программный комплекс
Наука в Сибири (sbras.info), 23/10/2019
Новосибирские ученые получили патент на свой уникальный программный комплекс
ЧС Инфо (4s-info.ru), 23/10/2019
Новая программа удешевила анализ генетических экспериментов
ТАСС, 23/10/2019
Новосибирские ученые разработали уникальный комплекс генетических экспериментов
ИА REX, 23/10/2019
В России разработан комплекс для считывания закодированной в ДНК информации - "Европа"
Новости дня (novosti-dny.ru), 24/10/2019
В России разработан комплекс для считывания закодированной в ДНК информации
Novosti-dny.com, 24/10/2019
В России разработан комплекс для считывания закодированной в ДНК информации
Eadaily.com, 24/10/2019
В России разработан комплекс для считывания закодированной в ДНК информации
Seldon.News (news.myseldon.com), 24/10/2019
Новосибирские ученые разработали уникальный комплекс генетических экспериментов
Око планеты (oko-planet.su), 23/10/2019
Новосибирские ученые разработали уникальный комплекс генетических экспериментов
SMIonline (so-l.ru), 23/10/2019
Новосибирские ученые создали уникальный расшифровщик ДНК
Ndn.info, 24/10/2019
Новосибирские биоинформатики разработали уникальный программный комплекс
Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук (bionet.nsc.ru), 24/10/2019
Найти пару для гена
Академгородок (academcity.org), 24/10/2019
В России разработан комплекс для считывания закодированной в ДНК информации
News2 (news2.ru), 24/10/2019
В России разработан комплекс для считывания закодированной в ДНК информации
News.stfw.ru, 24/10/2019
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук"
ФСМНО (sciencemon.ru), 25/10/2019
Новосибирские ученые разработали уникальный программный комплекс для генетиков
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 25/10/2019
Новосибирские и немецкие биоинформатики разработали уникальный программный комплекс
Сибирское отделение Российской академии наук (sbras.ru), 25/10/2019
Биоинформатики из ИЦиГ СО РАН, НГУ и их коллеги из ФРГ разработали уникальный программный комплекс
Научная Россия (scientificrussia.ru), 31/10/2019
Биоинформатики из ИЦиГ СО РАН, НГУ и их коллеги из ФРГ разработали уникальный программный комплекс
1k.com.ua, 31/10/2019
Новосибирские биоинформатики разработали уникальный программный комплекс
Nanonewsnet.ru, 04/11/2019
Новосибирские ученые знают, как повысить эффективность анализа геномных экспериментов
НИА Новосибирск (54rus.org), 06/11/2019
В Новосибирске придумали как повысить эффективность геномных исследований
Babybynature.ru, 06/11/2019
В Новосибирске придумали как повысить эффективность геномных исследований
Новостной робот (ru.newsbot.press), 06/11/2019
В Новосибирске придумали как повысить эффективность геномных исследований
Medik Forum (medikforum.ru), 06/11/2019
В Новосибирске придумали как повысить эффективность геномных исследований
Новости России (news-life.ru), 06/11/2019

Похожие новости

  • 06/04/2021

    Новосибирские ученые разработали технологию для улучшения диагностики опухолей мозга с помощью искусственного интеллекта

    По результатам международного конкурса Brain Tumor Segmentation (BraTS) Challenge — 2020 (Сегментация опухоли головного мозга) мультидисциплинарная команда из новосибирских ученых, в состав которой вошли научные сотрудники лаборатории аналитики потоковых данных и машинного обучения Механико-математического факультета НГУ, практикующие врачи Федерального центра нейрохирургии и руководитель Научно-исследовательского института клинической и экспериментальной лимфологии — филиала ИЦиГ СО РАН, получила подтверждение и признание разрабатываемых методов и подходов анализа медицинских данных в виде публикации.
    707
  • 22/06/2020

    Институт генетических технологий появится в структуре НГУ

    ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» совместно с Новосибирским государственным университетом выступили организаторами Института генетических технологий НГУ. Его задачами станут подготовка кадров высшей квалификации по направлению «геномные исследования и генетические технологии», а также реализация совместных научно-исследовательских проектов.
    1498
  • 22/03/2019

    Новосибирские биологи совместно с иностранными коллегами изучили общего предка коровы и кита

    ​Ученые из Англии, США, Китая и России определили все основные перестройки хромосом и геномов китопарнокопытных во всех круциальных (подверженных эволюционной трансформации участках хромосом) точках их эволюции.
    1967
  • 03/07/2019

    Работа новосибирских ученых включена в учебник по криминалистике для американских студентов

    ​Опубликованное ранее открытие новосибирских нейробиологов и генетиков было включено в очередное, десятое издание классического американского учебника по криминалистике для студентов «Criminology: Explaining Crime and its Context».
    1348
  • 10/10/2018

    Генетики расшифруют молекулярные основы болезней сердца

    ​Ученые из новосибирского Академгородка и Эдинбурга (Великобритания) планируют найти новые биомаркеры и мишени для лекарств при сердечно-сосудистых заболеваниях, а также разработать методы прогнозирования риска болезни.
    1665
  • 29/07/2021

    Новосибирский карбоновый полигон станет выпускать углеродные кредиты

    Карбоновая ферма, которую планируют создать на базе карбонового полигона Новосибирского государственного университета (НГУ), будет выпускать углеродные кредиты - сертификаты, дающие право на выброс углекислого газа, сообщил 28 июля в пресс-центре ТАСС проректор по научно-исследовательской деятельности Новосибирского государственного университета Дмитрий Чуркин.
    931
  • 28/06/2021

    В Новосибирске обсудят этику применения искусственного интеллекта в медицине и здравоохранении

    ​​​1 июля 2021 года на базе Точки кипения НГТУ НЭТИ состоится круглый стол «Новая медицинская парадигма: изменение роли врача и пациента (Этические вопросы применения технологий АI и генной инженерии в сфере здравоохранения)».
    463
  • 10/10/2018

    Новосибирские ученые совместно с иностранными коллегами идентифицировали три новых генетических варианта, связанных с хронической болью в спине

    Боль в спине является одной из наиболее распространенных причин посещения медицинских учреждений в развитых странах, но, как ни удивительно, мало что известно о биологии, лежащей в основе этого симптома.
    999
  • 27/12/2019

    Новосибирская студентка освоила передовые методы генной инженерии на стажировке в чешском университете

    ​В 2019 году естественнонаучные факультеты Новосибирского государственного университета и Масарикова университета в Брно (Чехия) заключили соглашение об академическом обмене.  Одна из первых участниц с российской стороны — магистрантка Факультета естественных наук НГУ, сотрудница ФИЦ «Института цитологии и генетики СО РАН» Елена Убогоева — рассказала о своих впечатлениях после двухмесячной научной стажировки в чешском университете.
    635
  • 19/08/2016

    Из студентов НГУ - в преподаватели биоинформатики

    ​Школа довузовской подготовки факультета информационных технологий НГУ в новом учебном году расширяет работу со школьниками — появляются занятия со старшеклассниками в рамках создаваемой Научно-технической проектной лаборатории НГУ «Инжевика».
    3579