Ученые из Колумбийского университета (США) разработали революционный компьютерный алгоритм, способный расшифровать наиболее загадочные участки генома. Эта технология откроет глубокое понимание того, как ДНК управляет жизнью – от развития организма до старения и возникновения заболеваний.
Геном – это базисная инструкция к телу, записанная языком ДНК. Он определяет фундаментальные характеристики, будь то способ передвижения животного или предрасположенность к болезни Паркинсона. Однако ученые до сих пор не научились читать это руководство полностью.
Особый интерес представляют гены Hox (гомеозисные гены) – главные архитекторы тела. Эти ключевые управляющие элементы определяют базовый план строения эмбриона: где формируется голова, а где конечности.
Функционирование генов Hox
Гены Hox кодируют транскрипционные факторы – белковые "руководители", регулирующие активность "генов-исполнителей", ответственных за создание частей тела. Долгое время считалось, что каждый Hox-белок точно взаимодействует только со своим целевым геном. Но десятилетия исследований выявили парадокс: эти белки могут связываться и с множеством других участков ДНК.
Проблему обозначил доктор Ричард Манн (профессор биохимии и молекулярной биофизики в Медицинском центре Колумбийского университета Ирвинг). В 2015 году его группа обнаружила, что дополнительные связи между транскрипционными факторами и ДНК хотя и слабее основных, но критически влияют на генетическую активность.
Ответ в виде алгоритма NRLB
Попытки расшифровать эти взаимодействия с помощью метода SELEX имели ограничения. Прорывной компьютерный алгоритм, созданный исследователями под руководством доктора Манна, кардинально меняет картину. Он, названный No Read Left Behind (NRLB), впервые предоставил объяснение поведению всех изученных ДНК-последовательностей.
«По существу, NRLB позволяет изучать весь спектр участков связывания – от самых слабых до наиболее прочных – с беспрецедентной точностью», – подчеркнул один из ведущих авторов работы, доктор Хармэн Буссемейкер.
Теперь ученые получают инструмент для анализа участков генома, связанных с тяжелыми заболеваниями: шизофренией, аутизмом и болезнью Паркинсона. «Понимание механизмов связывания факторов транскрипции с ДНК благодаря NRLB – это ключ к возможному снижению рисков таких болезней», – обосновал важность открытия доктор Манн.
