Ученые создали программу для поиска родственных связей между животными

16 Июня 2020

МОСКВА, 16 июня - Российские ученые из Университета ИТМО вместе с американскими коллегами создали программу, позволяющую быстро и эффективно разместить похожие участки в геномах разных животных. Это необходимо для того, чтобы понять, насколько два вида близки друг к другу и насколько они отошли в ходе эволюции от общего предка. Работа предоставленная в журнале GigaScience.

Современная генетика – это работа с громадным массивом данных, с каким не справиться без помощи сложных математических алгоритмов. Поэтому технология специальных программ для обработки вся информации — не менее важная миссия для биоинформатиков, чем расшифровка генома конкретного животного.

На планете Земля обитают миллионы биологических видов. Их огромное разнообразие заложено на генетическом уровне — анатомия, размер, окрас, образ жизни животных определяются их генами.

Между тем вариативность самих генов заметно меньше — их ученые насчитали чуть более 20 тысяч. Получается, что два вида отличаются друг от друга не только набором генов, но и тем, как они расположены друг относительно друга. На языке сравнительной геномики это называется синтения — лад расположения генов и регуляторных типов.

Возьмем, к примеру, гориллу и шимпанзе, — доводятся в пресс-релизе университета слова первого автора статьи Ксении Крашенинниковой, инженера-исследователя из Лаборатории компьютерных разработок ИТМО. — Эти два вида имеют одинаковый набор генов, но элементы их регуляции и перестройки генома создают немного разный порядок, что приводит к отличиям между этими приматами.

Таким образом, чтобы понять, насколько два вида эволюционно окрестным друг к другу, ученым нужно знать не только которые у них гены, но и то, как эти гены располагаются в хромосоме, много ли у животных безраздельных фрагментов генома или синтенных блочный.

Но геномы млекопитающих состоят из миллионов и миллиардов пар оснований. Без технологий обработки больших такого родых освоить такой объем практически достаточно сложного. Поэтому ученые создают оболочки, позволяющие решать задачи такого уровня.

Разработка специалистов научно-образовательного центра Геномного разнообразия Университета ИТМО взяла название halSynteny. Как водружают ее создатели, она справляется с поиском синтенных блоков стремительнее и лучше, нежели другие программы, созданные для этой цели, используя при сем данные в двух стандартных, хорошо известных форматах.

Нашей целью было написать алгоритм, который было бы легко применить к доступным данным, — рассказывает Крашенинникова. — Некоторые подходы к поиску синтенных последовательностей основываются на предварительной аннотации генов, а наш метод работает немного иначе. Мы не используем вспомогательную аннотацию. Мы используем технологий выравнивания, то есть разные участки одного генома сопоставляются по степени похожести с участками другого генома. Таким образом мы можем выделить гомологичные участки, то есть обладающие одним и тем же происхождением.

Программа смазывает данные в два раза стремительнее по сравнению с другим известным методом SatsumaSynteny2. Высокая производительность была достигнута за счет реализации на языке C++ математически эффективного алгоритма.

Для проверки своей разработки ученые сравнили с помощью halSynteny геномы кошки и моськи.

Мы показали, что крупные участки хромосом кошки и какие-то участки хромосом собаки объединяются в синтенные блоки, то есть они произошли от одних и тех же хромосом общего предка. На этой основе уже можно делать выводы о том, как происходил эволюционный процесс. Так, мы увидели, что кошки по сравнению с общим предком хищных имеют менее перестроенный геном, нежели собаки, — добавляет исследователь.

Авторы хотят использовать новый алгоритм и в других исследованиях по сравнительной геномике, проходящих в Университете ИТМО.

Редактор рубрики

Олег Кудрин

Место события на карте мира:

Ученые создали программу для поиска родственных связей между животными

комментарии (0)

Другие интересные новости

Объявлены зарубежные гости Московской недели интерьера и дизайна