Учёные совершают прорыв в расшифровке геномов человека

Учёные совершают прорыв в расшифровке геномов человека

В 2001-ом году «Human Genome Project» и «Celera Genomics» объявили, что после 10-ти летней работы они завершили проект последовательности генома человека, бюджет которого составил примерно $ 400 миллионов. Сегодня же, всего за пару недель секвенирование генома человека может произвести один исследователь и менее, чем за $ 10000, сообщает «LightNews».

С 2002-го года скорость, с которой могут быть последовательно удваивается геномы составляет каждые 4 месяца, в то время как вычислительная мощность удваивается только каждые 18 месяцев. Без появления новых аналитических инструментов, возможность биологов по созданию геномных данных скоро превзойдут их способности совершать что-либо полезное с ними.

В последнем номере журнала «Nature Biotechnology», исследователи из «Массачусетского технологического института» (Massachusetts Institute of Technology, MIT) и «Гарвардского университета» (Harvard University), описывают новый алгоритм, который значительно сокращает время, необходимое для поиска определённой последовательности генов в базе данных геномов. Более того, чем больше геномов, участвующих в поиске, тем больше скорость, так что их преимущество будет только на пользу при больших объёмах создаваемых данных.

В некотором смысле это алгоритм сжатия данных, как тот, который позволяет пользователям компьютеров сжимать файлы с данными в файлы наименьшего размера. «Вы имеете большое количество различных данных и понимаете, чтобы их сохранить их нужно максимально сжать», — говорит Бонни Бергер, профессор прикладной математики и компьютерных наук в «Массачусетском технологическом институте» и ведущий автор статьи. «Но, тут появляется небольшая проблема, чтобы увидеть все эти данные, их нужно распаковать. Далее вы понимаете, что если желаете сжимать данные в правильном направлении, то нужно проделать свой анализ непосредственно по их сжатию. Это увеличит скорость сжатия, при этом сохраняя точность анализа».

Исследовательская схема сжатия использует тот факт, что эволюция скупа на хорошие проекты. Всем известно, что в геномах тесно связанных разновидностей существует много общего, но также некоторые общие черты встречаются и в геномах дальних родственных разновидностей: именно поэтому эксперименты на дрожжевых клетках могут рассказать нам кое-что о человеческой реакции на препарат.

Бергер, его бывший студент, теперь уже доктор философии Михаил Бейм, в настоящее время получивший приглашение в «Массачусетский технологический институт» и являющийся постдоком системной биологии в «Гарвардской медицинской школе», а также её нынешний аспирант По-Ру Ло, разработали способ, который математически представляет геномы различных видов или разных особей в пределах вида таким образом, что повторяющиеся данные хранится только единожды. Поиск нескольких геномов может сконцентрироваться на их различиях, тем самым значительно экономя время.

«Если я хочу расшифровать свой геном, то это займёт определённое количество времени», — объясняет Бейм. «Если я захочу расшифровать чужой, похожий на мой геном, то это означает, что большую часть работы я уже выполнил».

В экспериментах на базе данных, состоящей из 36-ти геномов дрожжей, исследователи сравнили свой новый алгоритм с «Basic Local Alignment Search Tool» (BLAST) — один из наиболее часто используемых геномно-поисковых алгоритмов в биологии.

«В поисках определённой генетической последовательности состоящей из 10-ти дрожжевых геномов, новый алгоритм оказался в 2 раза быстрее «BLAST», а в поисках генетической последовательности состоящей из 36-ти геномов, он был быстрее уже в 4 раза. И эта последовательность будет только возрастать, при росте геномной базы данных», — объясняет Бергер.

«Новый алгоритм будет полезен в любых направлениях», — говорит Бейм. Идентификация микробов является одним из примеров. Новый алгоритм может помочь врачам определить причины инфекции, или помочь биологам охарактеризовать «микробиомы», коллекции микроорганизмов обнаруженных в тканях животных и особенности микросреды. Также, алгоритм может быть использован для характеристики микробов в частности для определения плодородной или бесплодной почвы, может быть использована в криминалистике, чтобы определить географическое происхождение вещественных доказательств по их микробным подписям.

«Проблема состоит в том, что смотря на геном, многие исследователи учитывают последовательность и пытаются сразу же определить, какие известные последовательности схожи с ним — это, пожалуй, самая старейшая проблема и наиболее часто задаваемый вопрос в области вычислительной биологии», — говорит Мона Сингх, профессор компьютерных наук в «Принстонском университете» (Princeton University) и преподаватель в «Princeton’s Lewis-Sigler Institute for Integrative Genomics». «Именно по этой причине данная проблема имеет главное значение».

В настоящее время группа Бергера работает над усовершенствованием техники, благодаря которой можно получить информацию о белках и РНК последовательности. Теперь, когда человеческий геном был сопоставлен, основными вопросами в биологии являются: в какой момент и какие гены являются активными, и как они кодируют белки для взаимодействия. Поиски в больших базах данных биологической информации имеют решающее значение для ответа на оба этих вопроса.

Источник: lightnews.net

Похожие новости:
Ученые расшифровали самый длинный геном
Внушительная последовательность генов ладанной сосны (Pinus taeda) была расшифрована интернациональной исследовательской группой, возглавляемой учёными из Калифорнийского университета в Дэвисе (UC Davis). Эта сосна является одним из наиболее коммерчески важных видов деревьев в США и источником сырья для американской бумажной ..
2014-03-20 1773 0 Научные открытия
0
Головной мозг человека начинает стареть уже в 45 лет
Как заявили учёные из Великобритании, головной мозг человека начинает терять интеллектуальные способности уже в возрасте 45 лет, а не 60, как считалось ранее.Команда лондонских исследователей провела десятилетний эксперимент, в ходе которого группы мужчин и женщин в возрасте от 45 до 75 лет регулярно проходили тестирование на определение способности ..
2012-03-16 2279 0 Научные открытия
0
Физики впервые увидели танцы электронов в молекуле
Впервые учёным удалось сфотографировать "танцы электронов" внутри молекулы. Разглядеть "объекты" на микроуровне исследователям помогла комбинация нескольких методов съёмки, пишет BBC News. Революционный прорыв совершили специалисты швейцарского исследовательского подразделения IBM (IBM Research Zurich), которые ранее ..
2012-02-27 2834 0 Научные открытия
0
Ученые раскрыли механизм старения человека
Один из самых больших секретов биологии - механизм старения человека - удалось раскрыть международной группе ученых в университете английского города Ньюкасл с помощью компьютерного моделирования, экспериментов с клетками и генетически модифицированной мышью.Совместно с коллегами из немецкого университета в Ульме англичане, ..
2012-11-15 3470 0 Научные открытия
1
Выявлено влияние физических упражнений на гены
Учёные сделали новый шаг на пути к пониманию влияния образа жизни человека на его гены. Благодаря новому открытию удалось установить связь между ДНК человека и физической нагрузкой, которую он испытывает. Поясним. Хотя генетический код одинаков для всего организма, каждая клетка обладает ..
2012-03-11 2807 0 Научные открытия
0
Ученые установили как ВИЧ попадает в организм человека
Как известно, СПИД основан на взаимодействии ВИЧ с Т-клетками (ТК) иммунной системы. Если иммунные клетки инфицированы-то они погибают быстрее, их становится значительно меньше и как только их количество достигает минимума- 200 клеток на 1 мл крови, этого перестаёт хватать для выполнения основной функции T-клеток ..
2012-06-17 2252 0 Научные открытия
0
В ледяной мумии учёные обнаружили самую древнюю кровь
Германо-итальянская группа учёных обнаружила в останках Этци, так называемого Тирольского ледяного человека, который жил приблизительно 5300 лет назад, красные кровяные тельца. Это самый древний биологический материал такого рода.Этци – ледяная мумия, обнаруженная в Альпах на территории Италии ..
2012-05-6 1714 0 Научные открытия
-1
На Земле существовал неизвестный вид первобытного человека
Исследования генома денисовского человека показали, что на Земле существовал ранее неизвестный вид первобытного человека, считает директор Института археологии и этнографии Сибирского отделения Российской академии наук Анатолий Деревянко. «У «денисовца» до 17% геномов от неандертальца, 4% - от генома неизвестного вида и подвида», ..
2013-06-14 1647 0 Научные открытия
1
Учёными совершён прорыв в изучении болезни Альцгеймера
Основные причины болезни Альцгеймера ещё не полностью изучены, но немало свидетельств указывает на накопление бета-амилоида — белок, являющийся токсичным для нервных клеток. Бета-амилоид образуется в результате деятельности ряда ферментов, один из них называется «BACE1». Большинство пациентов с болезнью Альцгеймера ..
2012-08-21 1421 0 Научные открытия
0
Ученые: стволовые клетки способны вызывать инфаркт
По данным Medical News Today,американские учёные обнаружили совершенно иной тип стволовых клеток, которые поражают сосуды, что приводит к инфарктам и инсультам, сообщает «WordScience.org». Исследование было проведено под чутким присмотром Суна Ли группой квалифицированных специалистов из университета Калифорнии в городи Беркли. ..
2012-06-12 1893 0 Научные открытия
0
Ученые: гены улиток помогут продлить жизнь
У улиток есть удивительная способность приостанавливать процесс старения на период спячки. Австралийские ученые хотят найти гены, ответственные за этот процесс, и надеются, что в будущем за счет этого можно будет продлить жизнь человека. Как пишет The Courier Mail, ученые ..
2013-01-29 2131 0 Научные открытия
0
Для телепортации человека потребуется 350 тысяч возрастов Вселенной
Термин "телепортация" был введён в 1931 году американским писателем Чарльзом Фортом и с тех пор используется чуть ли не ежедневно. Первая ассоциация с этим термином — мгновенное перемещение из одной точки пространства в другую, только вот, как выяснилось, если телепорт и изобретут, тот перемещать ..
2013-08-12 2649 0 Научные открытия
0
Корейская мумия: разгадан генетический код гепатита В
Новое открытие мумифицированного корейского ребёнка с относительно сохранёнными органами позволило израильско-южнокорейской научной команде провести генетический анализ печени, который показал наличие уникального вируса «Гепатита В», распространённого в Юго-Восточной Азии, сообщает «PC-News.info». Дополнительный анализ древних ..
2012-05-31 1389 0 Научные открытия
0
Science назвал знаменательные научные открытия 2011 года
Эксперты, которые работают в издании под названием Science, перечислили несколько наиболее существенных научных открытий, которые были сделаны в 2011 году. А специальные судьи выбирали из данного списка наиболее великое научное достижение, которое получило название «прорыв ..
2011-12-28 2085 0 Научные открытия
0
Немцы разработали сверхпроводник, работающий при –70°С
Сверхпроводимость впервые была замечена в металлах, охлажденных до температуры, близкой к абсолютному нулю. Далее стараниями учёных, перебиравших почти все подряд элементы таблицы Менделеева, были найдены такие сверхпроводники, которые работали в жидком азоте (это всё ещё слишком низкая ..
2015-08-24 5457 0 Научные открытия
3