Сегодня - 14.12.2017

Сибирские ученые разработали систему анализа эволюции генных сетей

17 ноября 2017
 
Новую систему уже успешно «обкатывают» несколько групп исследователей. В частности, с её помощью оценили «эволюционный возраст» болезней, связанных с теми или иными генными сетями (таких известно более семидесяти).
 
Долгое время в системной биологии при изучении живых систем преобладал редукционистский подход: строились отдельные модели биохимических реакций, взаимной регуляции работы генов и так далее. То есть система рассматривалась на обособленных уровнях биологической организации. Однако еще в прошлом веке была сформирована концепция описания клеток в виде молекулярно-генетических систем. 
 
В ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН ещё в 1960—70-х годах прошлого века профессором Вадимом Александровичем Ратнером была предложена расширенная концепция «молекулярно-генетических систем управления», развитая затем научной школой академика Николая Александровича Колчанова до теории «генных сетей». Эта концепция подразумевает, что гены очень тесно взаимодействуют между собой, образуя сети, причём именно генные сети, а не отдельные гены контролируют фенотипические признаки организмов и их метаболические системы, реализуя информацию, закодированную в геноме. Поэтому все уровни биологической организации — отдельные «слои» процессов, происходящих внутри клетки, — надо рассматривать взаимосвязано, что и является предметом исследований современной системной биологии и биоинформатики, работы по которым ведутся и в ИЦиГ СО РАН.
 
 — Такой подход позволяет извлекать новую информацию даже из ранее изученных по отдельности данных, — отмечает ведущий научный сотрудник сектора компьютерного анализа и моделирования биологических систем кандидат биологических наук Сергей Александрович Лашин. — Когда мы связываем эти данные послойно на едином «остове» генной сети, взаимосвязь различных процессов в клетке, которые часто изучали независимые группы ученых, становится заметной и доступной для дальнейшего анализа. 
 
Естественно, что для такой исследовательской работы требуется специфический инструментарий (программное обеспечение), его созданием и занимаются новосибирские ученые. За основу взяли бурно развивающуюся и популярную у биологов систему по анализу биологических сетей Cytoscape, которая считается стандартом для работы с различными биологическими сетями.
 
 — Мы создали компьютерную программу для анализа генных сетей на основе эволюционных характеристик генов, и когда просмотрели Cytoscape-приложения, предназначенные для эволюционного анализа генных сетей, то с удивлением обнаружили, что наша работа оказалась первой, —  рассказал аспирант сектора компьютерного анализа и моделирования биологических систем ИЦиГ СО РАН Захар Мустафин.
 
Сравнивая геномы различных организмов, ученые отслеживают родственные гены, схожие по строению, но с возможными различиями по функциям, и сопоставляют их роль в генных сетях, что позволяет отследить момент в эволюционной истории живых организмов, когда этот ген возник, то есть определить его возраст. 
 
 — Такой анализ в масштабе генных сетей первыми применили мы, — подчеркнул Сергей Лашин. — Причем использовали его для изучения как макроэволюционных (возраст гена), так и микроэволюционных (индекс отбора или интенсивность мутаций у современных организмов) характеристик генов.
 
Возраст гена показывает, на какой стадии эволюции («ветви таксономического дерева») возник тот или иной ген: одни гены-гомологи встречаются лишь у высших приматов, другие — у всех млекопитающих, третьи — вообще у всех клеточных организмов. Для изучения индекса отбора берут гены только близкородственных видов (например, человека и человекообразных обезьян) и смотрят, как именно в ходе эволюции изменились одни и те же гены, их функции и роль в генных сетях.
 
В ходе работы выяснилось, что, например, в развитии алкоголизма и никотиновой зависимости участвуют довольно древние гены, которые появились около 410 млн лет назад (что соответствует времени возникновения насекомых). А вот в патогенезе астмы и ряда других аутоиммунных заболеваний задействованы гены, большая часть из которых появились либо около 160 млн лет назад, одновременно с возникновением плацентарных млекопитающих, либо ещё позже, около 55 млн лет назад, с возникновением приматов. В другом исследовании разработанная программа используется для создания более полной картины генетических механизмов, «запускающих» болезнь Паркинсона. 
 
В настоящий момент разработчики заняты не только усовершенствованием существующей программы, но и созданием новых ее модификаций, которые позволят осуществлять анализ генных сетей по другим параметрам. В перспективе это может привести к созданию самостоятельной многослойной платформы, приспособленной для работы именно с генными сетями.
 
Пресс-служба ФИЦ ИЦиГ СО РАН
 
Поделись с друзьями: 
 

comments powered by HyperComments

Система Orphus