«Солнечные зайчики» помогут ученым из России быстро находить различия в ДНК
Биологи из России научились расшифровывать и быстро сравнивать структуру ДНК разных клеток, просвечивая их молекулы лазером и наблюдая за тем, как его луч «рассыпается» на множество светлых и темных пятен. Описание этой методики было опубликовано в журнале Laser Physics Letters.
Образ нуклеотидной последовательности хламидии при моделировании работы оптического процессора (РНФ).
«Принцип работы нашего оптического процессора был описан достаточно давно, но подход, основанный на распознавании образов нуклеотидных последовательностей, уникален и отличается принципиальной новизной. Ранее он никогда не использовался в биоинформатике», – рассказывает профессор Сергей Ульянов из Саратовского государственного университета, чьи слова приводит пресс-служба Российского научного фонда.
Изначально технологии секвенирования ДНК были дорогим удовольствием, доступным лишь крупным лабораториям и большим коллективам ученых. По текущим оценкам экономистов, первая полная расшифровка человеческого генома обошлась налогоплательщикам США в 2,7 миллиарда долларов.
Рост мощностей компьютеров и новые технологии расшифровки ДНК, появившиеся в последние годы, снизили стоимость секвенирования до нескольких тысяч долларов, что позволило геномным технологиям проникнуть во все сферы медицины и науки.
Ульянов и его команда, как и многие другие зарубежные и отечественные ученые, пытаются сделать следующий шаг в развитии молекулярной биологии – они создают методы, позволяющие находить следы конкретных обрывков ДНК или геномов конкретных организмов в фактически любом месте без предварительной подготовки образца и знания того, что они там должны присутствовать.
Разработка подобных технологий крайне важна для медиков, так как они позволят им диагностировать опасные заболевания на самых ранних стадиях их развития, и находить следы инфекций, раковых клеток и прочих «нарушителей режима» еще до того, как они успеют укорениться в организме. Российские ученые сделали первый шаг к созданию таких систем, «приручив» своеобразных солнечных зайчиков.
Как заметили Ульянов и его коллеги, столкновение луча лазера с длинной молекулой ДНК приведет к тому, что он распадется на множество темных и светлых пятен. Их число, размеры и другие свойства будут очень сильно зависеть от того, как устроена та преграда, с которой сталкивается их прародитель.
Благодаря этому изменение даже одной «буквы» в ДНК сильно изменит число и расположение «солнечных зайчиков». Анализируя эти различия, можно понять, что именно поменялось в структуре генома микроба или клетки, а сами наборы светлых и темных пятен можно использовать для сравнения большого числа геномов разных клеток или штаммов бактерий.
Эту же методику анализа, по словам авторов статьи, можно использовать и для быстрого анализа и сравнения «обычных» геномов, расшифрованных при помощи классических методов молекулярной биологии. Для этого достаточно преобразовать их в подобную картинку при помощи специальной программы, так называемого «оптического процессора», и затем использовать ее для их сравнения между собой.
Российские ученые создали первую программу такого рода, обратив внимание на то, что именно происходит при взаимодействии луча лазера с разными «буквами» ДНК, и составив набор формул, позволяющий легко вычислять число, положение и другие свойства «солнечных зайчиков», которые возникали бы в ходе реального эксперимента.
Работу этой методики анализа и сравнения ДНК они проверили на фрагментах гена omp1, отвечающего за работу клеточной мембраны в клетках хламидий (Chlamydia), микроба-возбудителя одной из самых распространенных половых лекций.
Этот ген, как объясняют ученые, используется сегодня для поиска следов инфекции на ранних этапах заражения, и мелкие мутации внутри него могут сделать микроба «невидимым» для медиков. Оптические процессоры, как показали опыты Ульянова и его коллег, могут находить даже одиночные мутации в omp1, что ускорит обнаружение инфекции и поможет врачам корректно подобрать лекарство для борьбы с ней.
РИА Новости
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
