Новую систему уже успешно «обкатывают» несколько групп исследователей. В частности, с её помощью оценили «эволюционный возраст» болезней, связанных с теми или иными генными сетями (таких известно более семидесяти).

Долгое время в системной биологии при изучении живых систем преобладал редукционистский подход: строились отдельные модели биохимических реакций, взаимной регуляции работы генов и так далее. То есть система рассматривалась на обособленных уровнях биологической организации. Однако еще в прошлом веке была сформирована концепция описания клеток в виде молекулярно-генетических систем. 

В ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН ещё в 1960—70-х годах прошлого века профессором Вадимом Александровичем Ратнером была предложена расширенная концепция «молекулярно-генетических систем управления», развитая затем научной школой академика Николая Александровича Колчанова до теории «генных сетей». Эта концепция подразумевает, что гены очень тесно взаимодействуют между собой, образуя сети, причём именно генные сети, а не отдельные гены контролируют фенотипические признаки организмов и их метаболические системы, реализуя информацию, закодированную в геноме. Поэтому все уровни биологической организации — отдельные «слои» процессов, происходящих внутри клетки, — надо рассматривать взаимосвязано, что и является предметом исследований современной системной биологии и биоинформатики, работы по которым ведутся и в ИЦиГ СО РАН.

 — Такой подход позволяет извлекать новую информацию даже из ранее изученных по отдельности данных, — отмечает ведущий научный сотрудник сектора компьютерного анализа и моделирования биологических систем кандидат биологических наук Сергей Александрович Лашин. — Когда мы связываем эти данные послойно на едином «остове» генной сети, взаимосвязь различных процессов в клетке, которые часто изучали независимые группы ученых, становится заметной и доступной для дальнейшего анализа. 

Естественно, что для такой исследовательской работы требуется специфический инструментарий (программное обеспечение), его созданием и занимаются новосибирские ученые. За основу взяли бурно развивающуюся и популярную у биологов систему по анализу биологических сетей Cytoscape, которая считается стандартом для работы с различными биологическими сетями.

 — Мы создали компьютерную программу для анализа генных сетей на основе эволюционных характеристик генов, и когда просмотрели Cytoscape-приложения, предназначенные для эволюционного анализа генных сетей, то с удивлением обнаружили, что наша работа оказалась первой, —  рассказал аспирант сектора компьютерного анализа и моделирования биологических систем ИЦиГ СО РАН Захар Мустафин.

Сравнивая геномы различных организмов, ученые отслеживают родственные гены, схожие по строению, но с возможными различиями по функциям, и сопоставляют их роль в генных сетях, что позволяет отследить момент в эволюционной истории живых организмов, когда этот ген возник, то есть определить его возраст. 

 — Такой анализ в масштабе генных сетей первыми применили мы, — подчеркнул Сергей Лашин. — Причем использовали его для изучения как макроэволюционных (возраст гена), так и микроэволюционных (индекс отбора или интенсивность мутаций у современных организмов) характеристик генов.

Возраст гена показывает, на какой стадии эволюции («ветви таксономического дерева») возник тот или иной ген: одни гены-гомологи встречаются лишь у высших приматов, другие — у всех млекопитающих, третьи — вообще у всех клеточных организмов. Для изучения индекса отбора берут гены только близкородственных видов (например, человека и человекообразных обезьян) и смотрят, как именно в ходе эволюции изменились одни и те же гены, их функции и роль в генных сетях.

В ходе работы выяснилось, что, например, в развитии алкоголизма и никотиновой зависимости участвуют довольно древние гены, которые появились около 410 млн лет назад (что соответствует времени возникновения насекомых). А вот в патогенезе астмы и ряда других аутоиммунных заболеваний задействованы гены, большая часть из которых появились либо около 160 млн лет назад, одновременно с возникновением плацентарных млекопитающих, либо ещё позже, около 55 млн лет назад, с возникновением приматов. В другом исследовании разработанная программа используется для создания более полной картины генетических механизмов, «запускающих» болезнь Паркинсона. 

В настоящий момент разработчики заняты не только усовершенствованием существующей программы, но и созданием новых ее модификаций, которые позволят осуществлять анализ генных сетей по другим параметрам. В перспективе это может привести к созданию самостоятельной многослойной платформы, приспособленной для работы именно с генными сетями.

Пресс-служба ФИЦ ИЦиГ СО РАН

Источники

Сибирские ученые разработали систему анализа эволюции генных сетей
Наука в Сибири (sbras.info), 17/11/2017
Новосибирские ученые изучили "эволюционный возраст" многих заболеваний
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 17/11/2017
Гены алкоголизма древнее генов астмы
СовОк (sovok.info), 18/11/2017
Новосибирские ученые нашли гены алкоголизма у насекомых
Официальный сайт г. Новосибирск (nsknews.info), 18/11/2017
Ученые из Новосибирска установили возраст генов алкоголизма
Sputnikbig.ru, 18/11/2017
Ученые Новосибирска выявили у насекомых ген алкоголизма
Newsib.ru, 19/11/2017
За алкоголизм и курение отвечают древнейшие гены времен появления насекомых - ученые
Krasnews.com, 19/11/2017
Гены алкоголизма появились у человека от насекомых
The Russian Times (therussiantimes.com), 18/11/2017
Новосибирские ученые сделали неожиданное открытие об алкоголизме
Новости@Rambler.ru, 18/11/2017
Новосибирские ученые сделали неожиданное открытие об алкоголизме
Аргументы и Факты (nsk.aif.ru), 18/11/2017
Новосибирские генетики выяснили возраст алкогольной и никотиновой зависимости
Vestisibiri.ru, 18/11/2017
Новосибирские ученые изучили "эволюционный возраст" многих заболеваний
Jjew.ru, 18/11/2017
Новосибирские ученые изучили "эволюционный возраст" многих заболеваний
Монависта (novosibirsk.monavista.ru), 18/11/2017
Ученые открыли причастность генов насекомых к развитию алкоголизма
Top100News (cmk1.ru), 18/11/2017
Люди курят и пьют из-за старинных генов, появившихся одновременно с насекомыми - Ученые
NewsforBreakfast.ru, 18/11/2017
Новосибирские генетики выяснили возраст алкогольной и никотиновой зависимости
Google Новости ТОП, 18/11/2017
Ученые: люди курят и пьют из-за старинных генов, появившихся одновременно с насекомыми
163gorod.ru, 20/11/2017
За алкоголизм и курение отвечают древнейшие гены времен появления насекомых - ученые
Navkolo.me, 19/11/2017
Алкоголизм и никотиновая зависимость появились около 410 млн. лет назад
Навигатор (navigato.ru), 20/11/2017
Систему анализа эволюции генных сетей разработали в ИЦиГ
Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук (bionet.nsc.ru), 20/11/2017
Сибирские ученые установили "эволюционный возраст" генов, участвующих в развитии алкогольной и никотиновой зависимости
Sibmeda.ru, 22/11/2017
Ген алкоголизма появился вместе с насекомыми
Реактор (reactor.space), 22/11/2017
Сибирские ученые разработали систему анализа эволюции генных сетей
Abercade (abercade.ru), 27/11/2017
Сибирские ученые разработали систему анализа эволюции генных сетей
Биотех 2030 (biotech2030.ru), 28/11/2017
В ИЦИГ РАН создали систему анализа эволюции генных сетей
Научная Россия (scientificrussia.ru), 04/12/2017
В ИЦИГ РАН создали систему анализа эволюции генных сетей
Nanonewsnet.ru, 05/12/2017

Похожие новости

  • 31/03/2017

    Академик Николай Колчанов рассказал о развитии Селекционного центра

    30 марта на территории новосибирского Академпарка прошло очередное заседание членов Совета «Сибирской биотехнологической инициативы» (СБИ). СБИ – это программа, объединяющая объекты инновационной инфраструктуры и органы власти Сибирского федерального округа, в целях развития биотехнологий, медицины и фармацевтики.
    572
  • 14/06/2017

    Институт цитологии и генетики СО РАН отметил свой юбилей!

    9 июня в конференц-зале ФИЦ ИЦиГ СО РАН состоялось праздничное заседание Ученого Совета, посвященное юбилею ИЦИГ. Открывая его, директор ФИЦ академик Николай Колчанов и его предшественник на этом посту – академик Владимир Шумный вспомнили, в каких условиях начиналась история Института.
    482
  • 18/10/2016

    ФИЦ ИЦиГ СО РАН расширяет структуру

    ​Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики СО РАН снова расширяет свою структуру - теперь за счет присоединения НИИ терапии и профилактической медицины (НИИТПМ) и НИИ клинической и экспериментальной лимфологии (НИИКЭЛ) бывшего Сибирского отделения Российской академии медицинских наук, а также управляющего учреждения "Сибирское отделение медицинских наук".
    1734
  • 10/01/2017

    Академику Николаю Колчанову исполнилось 70 лет

    ​Николай Александрович Колчанов родился 9 января 1947 года в с. Кондрашино Омской области. В 1971 году окончил Новосибирский государственный университет. С 1974 года работает в Институте цитологии и генетики СО РАН, а с 2008 года - директор этого института.
    757
  • 08/04/2017

    ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН и Алтайский государственный университет подписали соглашение о сотрудничестве

    Документ был подписан во время совместного совещания, прошедшего в ИЦИГ СО РАН, в котором приняла участие большая делегация из Барнаула во главе с ректором АлтГУ Сергеем Землюковым. Открывая совещание, директор ИЦИГ СО РАН академик Николай Колчанов отметил: — Барнаул является нашим ближайшим соседом среди областных центров.
    574
  • 15/09/2016

    ИЦиГ СО РАН будет присвоено имя Дмитрия Беляева

    ​Президиум Сибирского отделения РАН поддержал ходатайство коллектива Федерального исследовательского центра Институт цитологии и генетики СО РАН о присвоении ему имени знакового руководителя академика Дмитрия Константиновича Беляева.
    752
  • 01/09/2016

    Юбилейная мультиконференция по биоинформатике регуляции и структуры генома проходит в Новосибирске

    ​С 29 августа по 2 сентября в Академгородке проходит десятая юбилейная Международная мультиконференция по биоинформатике регуляции и структуры генома и системной биологии BGRS\SB'-2016.  В этом году программа получилась очень обширной и помимо основной части, состоящей из нескольких направлений - "геномика, транскриптомика и биоинформатика", "эволюционная биоинформатика", "компьютерная фармакология", "протеомика" и др.
    1073
  • 12/11/2015

    Как предугадать нобелевский результат

    ​Можно ли определять научные приоритеты страны на десятки лет вперед без относительно достоверного прогноза? И кто, если не сами ученые, способны решить эту задачу? Недавно состоялся конкурс прогностических проектов, одним из победителей которого стал Федеральный исследовательский центр "Институт цитологии и генетики СО РАН".
    1206
  • 27/10/2016

    Несколько институтов СО РАН объединятся

    ​К Федеральному исследовательскому центру Институт цитологии и генетики СО РАН присоединяются НИИ терапии и профилактической медицины и НИИ клинической и экспериментальной лимфологии бывшего СО РАМН, а также управляющее учреждение "Сибирское отделение медицинских наук".
    717
  • 08/02/2016

    Сибирские ученые создадут поисковые системы с аналитическим функционалом

    ​Проникновением компьютерного анализа в галактики Интернета сегодня никого не удивишь. Любой поисковик быстро отыщет имя, отчество, место работы и ученую степень кандидата биологических наук Владимира Александровича Иванисенко, заведующего лабораторией ФИЦ "Институт цитологии и генетики СО РАН".
    1299