Биологи из России научились расшифровывать и быстро сравнивать структуру ДНК разных клеток, просвечивая их молекулы лазером и наблюдая за тем, как его луч "рассыпается" на множество светлых и темных пятен. Описание этой методики было опубликовано в журнале Laser Physics Letters.  

"Принцип работы нашего оптического процессора был описан достаточно давно, но подход, основанный на распознавании образов нуклеотидных последовательностей, уникален и отличается принципиальной новизной. Ранее он никогда не использовался в биоинформатике", - рассказывает профессор Сергей Ульянов из Саратовского государственного университета, чьи слова приводит пресс-служба Российского научного фонда.


Изначально технологии секвенирования ДНК были дорогим удовольствием, доступным лишь крупным лабораториям и большим коллективам ученых. По текущим оценкам экономистов, первая полная расшифровка человеческого генома обошлась налогоплательщикам США в 2,7 миллиарда долларов.

Рост мощностей компьютеров и новые технологии расшифровки ДНК, появившиеся в последние годы, снизили стоимость секвенирования до нескольких тысяч долларов, что позволило геномным технологиям проникнуть во все сферы медицины и науки.

Ульянов и его команда, как и многие другие зарубежные и отечественные ученые, пытаются сделать следующий шаг в развитии молекулярной биологии - они создают методы, позволяющие находить следы конкретных обрывков ДНК или геномов конкретных организмов в фактически любом месте без предварительной подготовки образца и знания того, что они там должны присутствовать.

Разработка подобных технологий крайне важна для медиков, так как они позволят им диагностировать опасные заболевания на самых ранних стадиях их развития, и находить следы инфекций, раковых клеток и прочих "нарушителей режима" еще до того, как они успеют укорениться в организме. Российские ученые сделали первый шаг к созданию таких систем, "приручив" своеобразных солнечных зайчиков.

Как заметили Ульянов и его коллеги, столкновение луча лазера с длинной молекулой ДНК приведет к тому, что он распадется на множество темных и светлых пятен. Их число, размеры и другие свойства будут очень сильно зависеть от того, как устроена та преграда, с которой сталкивается их прародитель.

Благодаря этому изменение даже одной "буквы" в ДНК сильно изменит число и расположение "солнечных зайчиков". Анализируя эти различия, можно понять, что именно поменялось в структуре генома микроба или клетки, а сами наборы светлых и темных пятен можно использовать для сравнения большого числа геномов разных клеток или штаммов бактерий.

Эту же методику анализа, по словам авторов статьи, можно использовать и для быстрого анализа и сравнения "обычных" геномов, расшифрованных при помощи классических методов молекулярной биологии. Для этого достаточно преобразовать их в подобную картинку при помощи специальной программы, так называемого "оптического процессора", и затем использовать ее для их сравнения между собой.

Российские ученые создали первую программу такого рода, обратив внимание на то, что именно происходит при взаимодействии луча лазера с разными "буквами" ДНК, и составив набор формул, позволяющий легко вычислять число, положение и другие свойства "солнечных зайчиков", которые возникали бы в ходе реального эксперимента.

Работу этой методики анализа и сравнения ДНК они проверили на фрагментах гена omp1, отвечающего за работу клеточной мембраны в клетках хламидий (Chlamydia), микроба-возбудителя одной из самых распространенных половых лекций.

Этот ген, как объясняют ученые, используется сегодня для поиска следов инфекции на ранних этапах заражения, и мелкие мутации внутри него могут сделать микроба "невидимым" для медиков. Оптические процессоры, как показали опыты Ульянова и его коллег, могут находить даже одиночные мутации в omp1, что ускорит обнаружение инфекции и поможет врачам корректно подобрать лекарство для борьбы с ней.

Похожие новости

  • 06/08/2018

    Российские ученые работают над созданием эффективных методов получения нуклеозидов

    Сотрудники лаборатории дизайна и синтеза биологически активных соединений Института молекулярной биологии имени В. А. Энгельгардта РАН работают над созданием новых эффективных методов получения нуклеозидов -- важной группы природных соединений.
    72
  • 13/04/2016

    В ИЦИГ СО РАН создают базу данных для обработки научной информации

    ​В Федеральном исследовательском центре «Институт цитологии и генетики СО РАН» разрабатывают универсальную систему для поддержки селекционно-генетических экспериментов, пока что тестируя ее на проектах, связанных с изучением пшеницы.
    1322
  • 15/12/2017

    Академик Андрей Дегерменджи: жизнь в астероиде позволит снять целый комплекс проблем

    ​Андрей Георгиевич Дегерменджи - советский и российский ученый-биофизик, академик РАН (2011). Директор Института биофизики СО РАН с 1996 года - об исследованиях красноярских ученых  и системе жизнеобеспечения в экстремальных условиях .
    397
  • 07/12/2017

    Инновационная разработка новосибирских ученых выходит в серийное производство

    Новосибирская компания ООО "Современные Системы Выращивания" получила областную субсидию на НИОКР и коммерциализацию комплекса удаленного автоматизированного управления гидропонной установкой - OverGrower.
    448
  • 12/08/2016

    Новосибирский ученый разработал новый метод генерации биспецифичных терапевтических антител

    ​Аспирант Новосибирского государственного университета Виктор Принц разработал новый метод генерации биспецифичных терапевтических иммуноглобулинов на основе процесса, который происходит в организме человека.
    1414
  • 09/08/2018

    Переобучение врачей и телемедицина позволят отказаться от лечения за рубежом

    ​Постоянное и непрерывное обучение российских онкологов, а также внедрение телемедицинских технологий для контроля исполнения протоколов лечения избавят россиян от необходимости искать варианты лечения за границей.
    108
  • 19/04/2017

    Ученые установили, что управляет термогенезом

    ​Ранее считалось, что в термогенезе - процессе выработки тепла - ключевую роль играют макрофаги, один из видов белых клеток крови. Однако ученые из Школы медицины Икан на горе Синай (Icahn School of Medicine at Mount Sinai) в США во главе с профессором медицины Кристофом Бюттнером (Christoph Buettner) доказали, что за термогенез отвечает мозг.
    810
  • 04/09/2017

    Томские ученые разработали новую программу «Медицина будущего»

    ​Ученые ТГУ и Института физики прочности и материаловедения СО РАН разработают новую комплексную программу для технологической платформы "Медицина будущего". Такое решение было принято на форуме "Армия-2017", в рамках которого прошел круглый стол об аддитивных технологиях в медицине.
    1000
  • 21/09/2016

    Томские ученые помогли создать анальгетик без побочных эффектов

    ​Над новым препаратом разработчики из ТГУ трудились вместе с коллегами бийского Института проблем химико-энергетических технологий СО РАН. Особенностью нового анальгетика является отсутствие побочных эффектов, характерных для стероидных и нестероидных противовоспалительных средств.
    1238
  • 05/09/2017

    ТОП-5 материалов августа на портале SIBMEDA

    Редакция SIBMEDA публикует рейтинг популярных, по мнению читателей, новостей и статей, размещенных на портале в августе.   1. Роспотребнадзор изымает из обращения два популярных анестетика из-за развития нежелательных реакций Роспотребнадзор сообщает о решении приостановить реализацию лекарственных препаратов «Лидокаин, раствор для инъекций 100 мг/мл 2 мл» и «Новокаин, раствор для инъекций 5 мг/мл 10 мл» в связи с развитием нежелательной реакции.
    468