Изучать пространственную структуру укладки ДНК внутри ядер клеток не используя микроскоп - еще десяток лет назад это казалось фантастикой. Разрешающая способность световой микроскопии ограничена половиной длины волны света (~200 нм). Другие технологии (например, STED-микроскопия) позволяют сдвинуть этот предел, но полученное с их помощью изображение имеет свои недостатки. Впрочем, довольно долгое время пространственная «архитектура» генома не считалась значимой характеристикой, ученые сосредоточились на расшифровке последовательностей ДНК (секвенировании).
В последние годы в генетике сформировался иной подход к геному: это трехмерная сеть, архитектура которой играет важную роль в реализации информации, заложенной в ДНК. Это произошло благодаря появлению метода под названием Hi-C - разрезание и сшивание ДНК, фиксацию ее в пространстве за счет химических реакций и взаимодействия с окружающими белками — плюс массовое параллельное секвенирование.
В ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» такими исследованиями занимаются сотрудники сектора геномных механизмов онтогенеза под руководством к.б.н. Вениамина Фишмана. Цель – смоделировать, как уложен геном в известных случаях хромосомных перестроек и, следующий шаг, понять, как это влияет на работу генов и синтез белка.
– Есть целый ряд заболеваний, в первую очередь – наследственные и онкологические патологии, которые вызваны мутациями, никак не затрагивающими сами гены, но нарушающими структуру петель, - рассказал он.
В своей работе они используют тип моделей, построенных методом «черного ящика». В его основе лежит машинное обучение: в эксперименте измеряют определенные свойства ДНК и загружают их в компьютер. Дальше машина сама находит взаимосвязи между известными параметрами и разными вариантами укладки ДНК, которых тоже известно немало.
Такой подход обычно не дает понять, как именно последовательности на разных участках генома связаны с физическими свойствами ДНК (в среднем на тестирование одной такой взаимосвязь уходит года три, а их существует множество). То есть, это работа на века, по крайней мере, при нынешних темпах развития науки.
– Поэтому пока мы просто ищем такие взаимосвязи, фиксируем результат, пусть даже не понимая до конца, почему он получился именно таким, - отметил Вениамин Фишман. – Для этого метод «черного ящика» очень хорошо подходит, потому что он выдает очень точные ответы с точки зрения практики.
Сергей Исаев
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии