​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

  • 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.
    577
  • 08/11/2019

    Вернуть утраченное: как клетки растений реагируют на повреждения

    Российская исследовательница вместе с сингапурским коллегой обобщили данные о регенерации тканей у растений на уровне отдельных клеток. Ученые отмечают, что благодаря современным технологиям появились наблюдения о том, что восстановление может происходить не только за счет стволовых клеток, но и благодаря ассиметричному (регенеративному) делению других типов клеток, находящихся вокруг поврежденной зоны.
    1016
  • 22/01/2020

    Академический час для школьников: лекция «Актуальные задачи на стыке нейробиологии, биофизики и компьютерного моделирования»

    ​22 января 2020 года в 15:00 в малом зале Дома ученых СО РАН состоится лекция директора Института систем информатики им. А.П. Ершова СО РАН Андрея Юрьевича Пальянова «Актуальные задачи на стыке нейробиологии, биофизики и компьютерного моделирования».
    648
  • 31/01/2018

    В Новосибирской области идет разработка проекта по созданию биофармацевтического научно-инжинирингового центра

    ​Новосибирская область может стать одним из ведущих федеральных центров по развитию науки и инжиниринга в области биотехнологий — территорией, привлекательной для инвестиций в биотехнологическую индустрию.
    1720
  • 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».
    3084
  • 13/07/2018

    Новосибирские ученые предложили создать Национальный центр генетических технологий

    ​ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» выступил с инициативой создания Национального центра генетических технологий. Как рассказал избранный директор ФИЦ ИЦиГ СО РАН член-корреспондент РАН Алексей Владимирович Кочетов, проект ЦГТ нацелен на решение сразу нескольких стратегических задач: «Прежде всего, мы хотим на одной площадке получить полный набор современных исследовательских технологий, обеспечивающий возможность фундаментального изучения генетических систем и процессов человека, животных, растений и микроорганизмов на базовых иерархических уровнях организации живых систем: молекулярно-генетическом, клеточном, тканевом, организменном, популяционном, экосистемном».
    2028
  • 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.
    1200
  • 15/05/2019

    Сибирские ученые придумали, как быстро и просто анализировать форму клеток эпидермиса листьев у растений

    ​Сотрудники ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» совместно с коллегами из Института систем информатики им. А. П. Ершова СО РАН и Новосибирского государственного университета разработали программу LSM-W2, которая позволяет извлекать данные о морфологии поверхности листа из изображений, полученных с применением лазерного сканирующего микроскопа.
    744
  • 10/08/2018

    Ученые установили, что боли в спине связаны с генами и депрессией

    Коллектив ученых из России (Институт цитологии и генетики СО РАН и Новосибирский государственный университет), Великобритании, США и Нидерландов провел масштабное полногеномное исследование ассоциаций болей в пояснице и различных других состояний.
    1166
  • 06/09/2016

    Бельгийский ученый выступит в Новосибирске с лекцией о вкладе геномных технологий в селекцию животных

    ​Приглашаем на лекцию ученого мирового уровня, профессора генетики и геномики факультета ветеринарной медицины университета г. Льеж, Бельгия, Мишеля Жоржа The impact of genomics in animal breeding (Вклад геномных технологий в селекцию животных).
    2404