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

  • 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.
    2259
  • 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.
    1341
  • 19/12/2018

    Академпарк, Медтехнопарк и «Сколково» договорились о сотрудничестве

    ​В рамках соглашения фонд «Сколково» открывает медицинским инновационным компаниям Новосибирской области пакет своих сервисов, направленных на развитие стартапов. Медицинский технопарк будет формировать перечень компаний, претендующих на статус квалифицированного резидента «Сколково», задействовать свои возможности для проведения мероприятий и реализации проектов в рамках сотрудничества.
    614
  • 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.
    685
  • 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.
    168
  • 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.
    423
  • 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.
    1473
  • 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.
    767
  • 19/11/2018

    В Новосибирской области возобновят работу по созданию агробиотехнопарка

    ​Разработка проекта по созданию в Новосибирской области агробиотехнопарка для новых технологий в сельском хозяйстве возобновится с 2019 года. Проект был приостановлен из-за реорганизации Министерства образования и науки РФ, сообщил в пресс-центре ТАСС в Новосибирске заместитель директора по инновационной деятельности Института цитологии и генетики СО РАН Петр Куценогий.
    281
  • 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.
    1112