Новосибирские биоинформатики разработали уникальный программный комплекс
824
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
Новосибирские ученые получили патент на свой уникальный программный комплекс
Новая программа удешевила анализ генетических экспериментов
Новосибирские ученые разработали уникальный комплекс генетических экспериментов
В России разработан комплекс для считывания закодированной в ДНК информации - "Европа"
В России разработан комплекс для считывания закодированной в ДНК информации
В России разработан комплекс для считывания закодированной в ДНК информации
В России разработан комплекс для считывания закодированной в ДНК информации
Новосибирские ученые разработали уникальный комплекс генетических экспериментов
Новосибирские ученые разработали уникальный комплекс генетических экспериментов
Новосибирские ученые создали уникальный расшифровщик ДНК
Новосибирские биоинформатики разработали уникальный программный комплекс
Найти пару для гена
В России разработан комплекс для считывания закодированной в ДНК информации
В России разработан комплекс для считывания закодированной в ДНК информации
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук"
Новосибирские ученые разработали уникальный программный комплекс для генетиков
Новосибирские и немецкие биоинформатики разработали уникальный программный комплекс
Биоинформатики из ИЦиГ СО РАН, НГУ и их коллеги из ФРГ разработали уникальный программный комплекс
Биоинформатики из ИЦиГ СО РАН, НГУ и их коллеги из ФРГ разработали уникальный программный комплекс
Новосибирские биоинформатики разработали уникальный программный комплекс
Новосибирские ученые знают, как повысить эффективность анализа геномных экспериментов
В Новосибирске придумали как повысить эффективность геномных исследований
В Новосибирске придумали как повысить эффективность геномных исследований
В Новосибирске придумали как повысить эффективность геномных исследований
В Новосибирске придумали как повысить эффективность геномных исследований
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