Российские биоинформатики создали нейросеть «Химера», которая по одной лишь последовательности ДНК предсказывает, как она уложена в пространстве внутри клетки. Обучившись на геномах 22 видов — от человека и мыши до дрожжей и растений, — сеть повторила известные науке правила упаковки генома и обнаружила новые, пока не имеющие биологического объяснения. Об этом «Газете.Ru» рассказал соавтор разработки, биоинформатик Михаил Гельфанд, профессор Сколтеха, доктор биологических наук, член Европейской академии.
Как объяснил ученый, если молекулу ДНК из каждой нашей клетки растянуть, в длину получится примерно два метра — и вся она упакована в ядро диаметром всего несколько микрометров. Эта упаковка не случайна: она воспроизводится из клетки в клетку и от ткани к ткани. «Геномы у нас во всех клетках более-менее одинаковые, а клетки разные — и ткани, и органы разные. И разные они ровно потому, что в них работает разный набор генов. А работа генов как раз от упаковки и зависит», — рассказал Гельфанд.
По словам ученого, понимать упаковку геному полезно и с прикладной точки зрения. «Есть примеры, когда от упаковки зависят те или иные генетические состояния, — их не очень много, потому что на работу генов влияет многое. Но если мы хотим думать про медицину и про то, как развивается организм, упаковку полезно понимать», — отметил он.
На вход «Химера» получает просто последовательность «букв» ДНК, а на выходе выдает карту контактов — снимок того, какие участки генома лежат рядом. В применении искусственного интеллекта к биологии есть два подхода: в одном важен лишь результат предсказаний, в другом — то, чему сеть научилась в процессе. «Нейросети используются просто как механизм познания. «Химера» — как раз пример второго подхода», — отметил биоинформатик. Сеть обучили предсказывать упаковку ДНК у разных организмов — правила упаковки у них не обязаны совпадать, поскольку у видов различаются и варианты упаковки, и набор белков, взаимодействующих с ДНК.
У дрозофилы сеть обнаружила ранее неизвестную сигнальную последовательность — новый «изолятор», разграничивающий участки генома: с ним, судя по данным, связаны один или несколько белков, но какие именно, неясно – это задача для экспериментаторов. У одноклеточной амебы диктиостелиума на укладку ДНК, по предсказаниям сети, влияет то, в какую сторону «читаются» соседние гены. Более того, сравнение предсказанных структур 22 геномов воспроизводит «эволюционное дерево» — от растений до млекопитающих.
Ранее сообщалось, что в России создали клетки человека-комара.