Исследователи из Колумбийского университета (США) разработали компьютерный алгоритм, который поможет расшифровать самые сложные участки генома. Благодаря ему ученые смогут лучше понять, как ДНК управляет всеми процессами в организме: от роста и формирования тела до старения и развития болезней.

Геном – это инструкция по «эксплуатации» тела. Он содержит необработанную информацию в форме ДНК, которая определяет все: на двух или на четырех лапах передвигается животное или насколько высок риск заболеть болезнью Паркинсона. Но это руководство написано на языке биологии, и даже специалисты не могут прочесть все.

Одна из тайн, которую пытаются разгадать генетики, – распространенный класс генов, известных как гены Hox (гомеозисные гены). Они являются главными архитекторами организма и отвечают за некоторые из самых ранних и наиболее важных аспектов роста и развития. Именно они определяют, где в развивающемся эмбрионе должна располагаться голова и где – конечности.

Гены Hox являются генами-«руководителями». Они кодируют белки – так называемые транскрипционные факторы, – которые регулируют активность других генов, «исполнителей», отвечающих за формирование частей тела эмбриона. Каждый из них должен выполнять свою конкретную функцию: один связывает Hox-гены с «генами головы», другой – с «генами ног» и так далее. Все кажется понятным и очевидным, если бы не одно «но». Десятилетия исследований выявили парадокс: все Hox-белки связываются не только с одним определенным геном, который является для него главной мишенью, но и с любым другим.

В 2015 году команда ученых под руководством доктора Манна, профессора биохимии и молекулярной биофизики в Медицинском центре Колумбийского университета Ирвинг, обнаружила, что транскрипционные факторы могут связываться и с другими участками ДНК – однако связь эта «слабее», чем с основными участками. Тем не менее эти взаимосвязи белка и ДНК влияют на изменение генетической активности.

Ученые пытались расшифровать эти связи и разработали метод генетического секвенирования SELEX, у которого, однако, были ограничения. Сейчас они разработали новый компьютерный алгоритм, который впервые смог объяснить поведение всех последовательностей ДНК, изученных ранее. Его назвали No Read Left Behind, или NRLB.

«Простыми словами, NRLB позволяет нам обнаружить весь спектр участков – связанных очень слабо и очень крепко – с гораздо большей степенью точности, чем любой существующий метод», – отметил доктор Буссемейкер, один из главных авторов исследования.

В частности, исследователи смогут изучить те участки ДНК, на которых «записаны» такие заболевания, как шизофрения, болезнь Паркинсона и аутизм. С помощью NRLB они могут выяснить, как факторы транскрипции связывают и активируют эти участки. «Это будет иметь решающее значение для того, чтобы понять, как можно манипулировать этим процессом, чтобы в один прекрасный день снизить риск заболевания», – подчеркнул доктор Манн.