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 Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Биологи нашли особый тип стволовых клеток, которые просыпаются в среднем возрасте и активно производят новый жир на животе. Открытие сделали благодаря масштабным экспериментам на мышах и анализу человеческих тканей. Результат объяснил природу возрастного ожирения и дал новую цель для будущих лекарств.
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.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
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