В ИТМО разработали сервис для анализа биохимических реакций в клетках на уровне атомов
Биоинформатики ИТМО разработали сервис для анализа клеточного метаболизма — биохимических реакций, отвечающих за жизнедеятельность клеток, — Shiny GATOM. В отличие от аналогов предложенный инструмент рассматривает клеточные процессы на самом глубоком уровне — не только на уровне веществ и генов, но и на уровне атомов. Это облегчает интерпретацию результатов. Сервис будет полезен для решения задач в биологии и медицине — например, он может помочь в разработке лекарств против аутоиммунных заболеваний и рака.
Статья по проекту опубликована в журнале Nucleic Acids Research. Метаболизм в клетках играет важную роль в регуляции многих биологических процессов, в том числе работы иммунной системы. Глубинное изучение метаболизма помогает лучше понять, как в живых организмах протекают аутоиммунные заболевания или развивается рак, а также создавать новые методы лечения этих болезней.
Однако существующие решения позволяют разобрать лишь ограниченный набор стандартных химических реакций. Для нетривиальных задач — например, для анализа сбоев и «поломок» в клеточном метаболизме — нужны более сложные программные продукты. Кроме того, необходимы инструменты, которые смогут представлять детальную информацию не только о метаболическом пути в целом, но и об его отдельно взятых участках.
Работа над новым решением началась еще в 2016 году — тогда ученым из ИТМО совместно с зарубежными коллегами удалось разработать веб-сервис, который обнаруживает связи между изменениями в метаболизме и генах. Сейчас это уже полноценная программа, которую можно установить на компьютер.
«Принцип работы с программой достаточно простой. Исследователь загружает в нее таблицу с данными по метаболитам (простые низкомолекулярные вещества, вовлеченные в обмен веществ) и активности генов, например, раковой клетки. Программа сравнивает эти данные с базами KEGG и Rhea, в которых описаны большинство биологических процессов в стандартном состоянии. Результат выдается в виде некой карты, графа, где наглядно представлен путь превращения веществ и видны связи между ними.
Вершины этого графа — вещества, линии между ними (“ребра”) — реакции. Причем алгоритм сам выделяет цветом те метаболиты и кодирующие их гены, на которые нужно обратить внимание. На это все уходит около минуты», — рассказывает Алексей Сергушичев, директор научно-образовательного центра геномного разнообразия и руководитель фронтирной лаборатории «Вычислительные методы для системной биологии» в ИТМО.
За последние несколько лет функционал сервиса расширился — он теперь умеет анализировать биохимические реакции не только на уровне веществ, но и на уровне атомов. Это позволяет лучше структурировать граф и облегчает интерпретацию результатов. Однако в графе с превращениями отдельных атомов усложняется поиск подграфов с наиболее выраженными изменениями, ведь атомы могут встречаться сразу в нескольких веществах, а, значит, количество рассматриваемых реакций увеличивается в несколько раз. Ученым удалось решить и эту проблему — сервис сам убирает ненужные повторы и оставляет лишь «ребра» и вершины с положительным весом, то есть высоким показателем значимости.
«Еще одно важное обновление — возможность работать с липидомными данными (информацией о жирах и их производных). Изучая их, можно, например, узнать, как устроены разные отделы головного мозга, где разнообразие жирового состава играет большую роль. Липидомика — относительно новое, но активно развивающееся направление, и программ, которые умеют анализировать метаболические липидные процессы, практически нет. Однако реакции с липидами уже хорошо описаны в базе Rhea — теперь она также является частью алгоритма GATOM», — объяснила Мария Емельянова, первый автор статьи, программист научно-образовательного центра геномного разнообразия ИТМО.
Благодаря разработанному вычислительному методу авторы уже смогли связать развитие болезни Альцгеймера с «поломкой» в гене TREM2 и показали, что снизить темпы роста опухоли можно за счет замедления определенных процессов метаболизма в раковых клетках. В дальнейших планах ученых — добавить новые базы данных с реакциями, а также повысить эффективность и скорость работы с алгоритмами. Исследование реализовано в рамках программы «Приоритет 2030» Минобрнауки России.
Telegram 
Дзен 
VK Сам факт того, что после распада Западной Римской империи возникали новые государства, историкам известен давно. Нет сомнений в существовании королевств готов, франков, лангобардов и других постримских политических образований. Авторы нового исследования сосредоточились на более сложном вопросе. Они попытались выяснить, как именно происходило формирование таких обществ на уровне отдельных людей, семей и общин. Впервые благодаря сочетанию генетических и археологических данных исследователи смогли реконструировать развитие одного постримского политического общества, которое располагалось на территории Паннонии.
Физикам долго не удавалось применить фазовый контраст в электронной микроскопии. Оказалось, что нужно было прекратить искать подходящее вещество для фазовой пластины и обратить внимание на лазеры.
Ученые с высокой точностью измерили ключевые параметры нейтринных осцилляций — угол смешивания θ₁₂ и разность квадратов масс нейтрино. Результаты верифицировали несколькими методами.
Сам факт того, что после распада Западной Римской империи возникали новые государства, историкам известен давно. Нет сомнений в существовании королевств готов, франков, лангобардов и других постримских политических образований. Авторы нового исследования сосредоточились на более сложном вопросе. Они попытались выяснить, как именно происходило формирование таких обществ на уровне отдельных людей, семей и общин. Впервые благодаря сочетанию генетических и археологических данных исследователи смогли реконструировать развитие одного постримского политического общества, которое располагалось на территории Паннонии.
Физикам долго не удавалось применить фазовый контраст в электронной микроскопии. Оказалось, что нужно было прекратить искать подходящее вещество для фазовой пластины и обратить внимание на лазеры.
Ученые с высокой точностью измерили ключевые параметры нейтринных осцилляций — угол смешивания θ₁₂ и разность квадратов масс нейтрино. Результаты верифицировали несколькими методами.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно