В НИЯУ МИФИ разработали алгоритм поиска повторяющихся элементов в геномах
Ученые из НИЯУ МИФИ и ФИЦ Биотехнологии РАН разработали математический алгоритм, позволяющий с высокой точностью находить повторяющиеся элементы в геномах. Они протестировали новый подход на девяти видах бактерий, и в геномах каждого вида обнаружили ранее неизвестные повторы. По мнению исследователей, алгоритм поможет находить новые генетические мишени для увеличения продуктивности бактериальных штаммов или для получения новых антибиотиков.
Результаты исследования опубликованы в International Journal of Molecular Sciences. В геномах большинства многоклеточных организмов (от дрожжей до человека) встречаются повторяющиеся последовательности нуклеотидов, где те являются своего рода буквами, из которых состоит ДНК. Каждый такой повтор имеют длину в несколько сот нуклеотидов, и они раскиданы по всему геному, сообщила доцент кафедры кибернетики Института интеллектуальных кибернетических систем НИЯУ МИФИ Мария Короткова.
«Все вместе они образуют семейство, которое может иметь значительное число отдельных членов. Число таких семейств, а также расположение и количество повторов в каждом семействе различается у разных видов, а потому они могут рассказать об эволюции и происхождении различных видов живых организмов», — рассказала она.
По ее словам, для поиска в геномах дисперсных повторов существует множество математических алгоритмов, которые даже позволяют обнаружить «искаженные» копии, то есть те повторы, в которых произошли какие-либо мутации и последовательности которых отличаются. «Однако подобных изменений в процессе эволюции может накопиться так много, что найти в геноме недостаточно похожие друг на друга последовательности становится невозможно», — пояснила Мария Короткова.
Чтобы решить эту проблему, ученые ищут новые подходы для обнаружения дисперсных повторов, «разбросанных» в геномах различных организмов. Ранее такие семейства повторов встречались исследователям только в геномах многоклеточных организмов, тогда как в геномах бактерий они не были известны.
Ученые из НИЯУ МИФИ и Федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН (Москва) предложили новый метод поиска повторяющихся последовательностей.
«Принцип его работы можно сравнить с поиском математической матрицы, состоящих из столбцов и строк, которая наилучшим образом описывает семейство повторов. Предложенный алгоритм является оптимальным по точности нахождения «разбросанных» повторов в полном геноме, так как учитывает возможность замен нуклеотидов и их мутаций», — рассказал профессор кафедры прикладной математики НИЯУ МИФИ Евгений Коротков.
Схематическое изображение бактериальной клетки / © Пресс-служба НИЯУ МИФИИсследователи протестировали алгоритм на искусственно сгенерированных последовательностях, содержащих по тысяче повторов, часть из которых содержала мутации. Сравнение с широко применяемыми в биоинформатике системами поиска показало, что новый метод позволяет точнее выявлять повторы одного семейства с большим числом мутаций между ними (вплоть до замены половины нуклеотидов в последовательности).
Затем авторы применили алгоритм для поиска повторов в геномах девяти видов бактерий. Им удалось впервые выявить у кишечной палочки три семейства повторов длиной 400–600 пар нуклеотидов, которые суммарно занимают практически 50 процентов всего генома бактерии. Ранее у этого микроорганизма были известны подобные элементы только меньшей длины — до 300 пар нуклеотидов — и в значительно меньшем количестве.
В генетических последовательностях других бактерий удалось обнаружить 1–2 семейства столь же крупных (400–600 пар нуклеотидов) повторов. Найденные семейства повторов обнаружены в генах и представляют собой определенный код, наложенный на гены поверх триплетного кода, обеспечивающего кодировку генами аминокислотных последовательностей.
«Можно сказать, что существует определенная разметка в геномах бактерий, похожая на километровые столбы на дороге. Причем совершенно неважно, на какой нити ДНК находятся гены. Обнаруженный код может служить основой для сворачивания ДНК в нуклеоид, который в значительной степени определяет экспрессию генов бактерий. Можно сказать, что в бактериальной ДНК присутствует код, обеспечивающий ее свертку в нуклеотид, и мы получили возможность управлять им. Это открывает большие возможности в создании новых полезных для человека микроорганизмов», — подчеркнула Мария Короткова.
Новый подход, по мнению ученых, поможет анализировать не только бактериальные геномы, но также генетические последовательности многоклеточных организмов, например, животных и растений. Это поможет лучше понять эволюцию геномов и отдельных их элементов, а также, в случае бактерий, найти мишени для создания новых антибиотиков или повышения продуктивности ценных для биотехнологии штаммов.
Telegram 
Дзен 
VK Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Плавящийся асфальт в США, многие тысячи погибших в Западной Европе, своеобразное лето в России — все это списывают на вредоносный феномен рекордного Эль-Ниньо. И конечно же, на него спихивают и ожидаемый рост цен на кофе и основные сельхозтовары. Правда, есть в этой картине и белые пятна: в прошлые Эль-Ниньо мировые урожаи росли. Что скорее всего случится в 2026 году и отчего роль этого события может быть куда больше, чем мы думаем?
Ученые МИЭМ ВШЭ предложили математическую модель, которая позволяет понять, как взаимодействие между сообществами влияет на их устойчивость. Работа основана на классической теории эволюционных игр и демонстрирует неожиданный эффект: даже небольшое информационное воздействие одного сообщества на другое может привести к тому, что одно из них сохранит внешнюю стабильность, а в другом начнутся хаотические изменения на уровне отдельных участников.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
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