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

  • 03/07/2018

    Алтайские ученые разрабатывают компьютерную программу для прогнозов развития тромбоэмболии

    ​Ученые Алтайского государственного университета (АлтГУ) разрабатывают уникальную компьютерную программу для раннего прогнозирования развития тромбоэмболии легочной артерии. Программу планируется распространять через социальные сети, сообщили в пресс-службе вуза.
    230
  • 24/01/2018

    Российские и американские ученые разработали алгоритм для быстрого поиска новых антибиотиков

    ​Молодые сотрудники Центра алгоритмической биотехнологии СПбГУ под руководством Павла Певзнера вместе с ассистент-профессором Университета Карнеги — Меллон (США) Хосейном Мохимани разработали компьютерную программу, которая ускорит поиск новых антибиотиков.
    448
  • 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.
    958
  • 15/03/2016

    Алтайские ученые получили грант на создание химозина

    ​Ученые Алтайского государственного университета (АлтГУ) работают над созданием искусственного препарата - химозина. Их проект получил грант Российского фонда фундаментальных исследований.Химозин используется при изготовлении сычужных сыров.
    1247
  • 14/11/2018

    Алтайские ученые запатентовали рецептуру пшеничного хлеба с добавлением гриба Чага

    Группа ученых Алтайского государственного технического университета имени Ивана Ползунова предлагает включать древесный гриб Чага (трутовик скошенный) в качестве добавки при производстве пшеничного хлеба.
    58
  • 07/08/2018

    Алгоритм ALICE определит особенности иммунитета по одному анализу крови

    Коллектив исследователей из России и Франции разработал статистический метод для анализа репертуара Т-клеточных рецепторов (ТКР). Его главная особенность и преимущество в том, что он позволяет связать набор ТКР конкретного человека с ответом его иммунитета на вакцинацию, терапию злокачественных опухолей, инфекции и аутоиммунные заболевания.
    123
  • 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.
    1228
  • 08/06/2015

    Ученые получили новое вещество для борьбы с туберкулезом

    ​В Новосибирске ученые российско-американской лаборатории синтезировали вещество для борьбы с туберкулезом. Как сообщило агентство "Интерфакс-Сибирь" со ссылкой на директора Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН Валентина Власова, в лаборатории нобелевского лауреата Сиднея Альтмана, работающей в институте, синтезировали новое вещество.
    711
  • 29/06/2018

    Агрономы ТГУ помогут томичам решить проблему витаминного голода

    ​Здоровье населения во многом зависит от питания. В настоящее время многие горожане сталкиваются с тем, что называется голоданием второго типа: при употреблении достаточного количества пищи люди недополучают необходимые организму витамины и микроэлементы.
    272
  • 24/02/2016

    Алтайские и новосибирские ученые испытывают вакцину против ВИЧ

    ​В России разработкой вакцины против ВИЧ занимаются несколько групп ученых: в Москве, Петербурге и Новосибирске. В новосибирской группе свои усилия объединили сотрудники ГНЦ ВБ "Вектор" и молодые исследователи химического факультета АлтГУ.
    2110