Ученые из НИЯУ МИФИ и ФИЦ Биотехнологии РАН разработали математический алгоритм, который может точно находить повторяющиеся элементы в геномах. Они протестировали этот алгоритм на девяти видах бактерий и обнаружили в них ранее неизвестные повторы, которые создают особую структуру в геноме бактерий. Исследование опубликовано в International Journal of Molecular Sciences.
Повторяющиеся последовательности нуклеотидов, которые можно рассматривать как «буквы» ДНК, встречаются в геномах большинства организмов, от дрожжей до людей. Эти повторы состоят из нескольких сотен нуклеотидов и распространены по всему геному.
Существует много математических алгоритмов для поиска дисперсных повторов в геномах. Эти алгоритмы даже могут обнаруживать измененные копии повторов, где последовательности отличаются из-за мутаций или других изменений. Однако подобных изменений в процессе эволюции может накопиться так много, что найти в геноме недостаточно похожие друг на друга последовательности становится нереально.
Чтобы решить эту проблему, современные исследователи активно ищут новые подходы для обнаружения дисперсных повторов в геномах различных организмов. Ранее такие повторы были известны только в геномах многоклеточных организмов, а у бактерий они не исследовались.
Российские ученые предложили новый метод поиска повторяющихся последовательностей. Разработанный алгоритм можно сравнить с поиском математической матрицы, состоящей из столбцов и строк, которая наилучшим образом описывает семейство повторов. Метод основывается на высокой точности обнаружения «разбросанных» повторов в полном геноме, учитывая возможные замены нуклеотидов и мутации.
Ученые использовали алгоритм, чтобы найти повторяющиеся участки в геномах девяти различных бактерий. В результате своего исследования они впервые обнаружили три семейства повторов в кишечной палочке, каждое из которых состоит из 400-600 нуклеотидов и в сумме занимает около половины всего генома этой бактерии. Ранее ученые знали только о повторах меньшей длины, до 300 нуклеотидов, и их было гораздо меньше.
В генетических последовательностях других бактерий удалось найти 1–2 семейства таких же крупных (400–600 пар нуклеотидов) повторов.
Исследование показало, что в геномах бактерий есть определенная разметка, похожая на километровые столбы на дороге. Этот код может играть ключевую роль в сворачивании ДНК в нуклеоид, что влияет на экспрессию генов бактерий.
Новый подход может быть применен для генетических последовательностей других организмов, например, растений или животных. Это поможет лучше понять, как геномы этих организмов эволюционируют и какие элементы в них играют ключевую роль. В случае бактерий, это может помочь найти новые цели для создания антибиотиков или улучшения продуктивности полезных бактерий, что важно для биотехнологии.
Ранее в образцах отложений из глубин океана ученые нашли загадочный новый вид бактерий.
Зомби-гриб и детеныш гадрозавра: показываем лучшие научные фото 2023 года:
