» » Искусственный интеллект ищет «левую» ДНК

Искусственный интеллект ищет «левую» ДНК

Вероятность превращения человеческой ДНК в левозакрученную форму оценили с помощью нейросетей.

ДНК – это двуцепочечная спираль. Две цепи, которые состоят из множества нуклеотидов, соединены между собой водородными связями. Сами нуклеотиды – тоже сложные молекулы, в состав которых входят азотистые основания аденин, гуанин, тимин и цитозин , те самые четыре буквы генетического кода А, Т, Г и Ц. Именно водородные связи между ними держат обе цепи вместе, причём водородные связи образуются по принципу комплементарности, то есть напротив А в одной цепи будет стоять Т, а напротив Г – Ц.

Искусственный интеллект ищет «левую» ДНК
(Иллюстрация: phonlamai / Depositphotos) Открыть в полном размере ‹ ›

Пространственная структура ДНК зависит от физико-химических взаимодействий атомов и групп атомов внутри самой молекулы и от их взаимодействий со средой – ведь ДНК существует не в вакууме, вокруг неё вода, ионы, и пр. Взаимодействия эти не жёсткие, условия среды могут быть разные, и поэтому у ДНК есть несколько пространственных форм. Обычно говорят о В-ДНК – закрученной вправо спирали двух цепочек нуклеотидов с определёнными параметрами; ДНК в форме В встречается чаще всего. При этом она может превращаться в Z-ДНК, главная особенность которой в том, что она – левозакрученная.

ДНК – огромная молекулы, и её разные участки могут существовать в разных пространственных формах. То есть, например, форма Z может возникать там и сям посреди формы В. С ДНК постоянно работают разнообразные белки, которые синтезируют новые цепи ДНК или же считывают информацию из генов в молекулы РНК, чтобы те потом послужили инструкцией для сборки белковых молекул. Свойства пространственной структуры влияют на её биологию: переход из В-формы в Z-форму влияет на активность генов, то есть на количество РНК, но также это влияет на вероятность мутаций – Z-DNA химически менее стабильна и более подвержена мутациям.

Чтобы лучше понимать, что происходит в клетке, желательно уметь предсказывать, какие зоны ДНК более всего склонны становиться «левыми». Свойства того или иного участка ДНК зависят от последовательности нуклеотидов, от того, какого рода генетический текст в них записан. Анализируя последовательности ДНК, можно с определённой точностью угадать, где ДНК с большей охотой переходит в Z-форму.

Но так можно обнаружить далеко не все зоны, склонные к Z-форме. Чтобы лучше их распознать, нужно ещё учитывать и активность генов, и ряд других параметров. Сотрудники Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики» (НИУ ВШЭ) попробовали решить эту задачу с помощью искусственного интеллекта; результаты эксперимента описаны в Scientific Reports. Нейронные сети трёх типов – свёрточная (которую обычно используют для распознавания образов), рекуррентная (которая используют для распознавания текста) и их гибрид – учили видеть Z-ДНК на большом массиве биологических данных.

Всего в эксперименте была 151 модель нейросетей, из них одна, относящаяся к рекуррентному типу, показала наилучший результат. И дальше этой нейросетью прочесали уже весь человеческий геном – для каждого отдельного нуклеотида или группы нуклеотидов нейросеть показывала, с какой вероятностью он может оказаться в Z-форме.

В перспективе новые данные должны сильно помочь всем, чьи исследования в той или иной мере касаются молекулярной биологии – поскольку, как было сказано, превращения ДНК из одной формы в другую и обратно влияют на активность генов, а от активности генов у нас зависит вся жизнь.

По материалам пресс-службы НИУ ВШЭ.

04 январь 2021 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

Стволовые клетки превратили в яйца

Восемь белков нужно для того, чтобы превратить эмбриональную стволовую клетку в предшественника яйцеклетки.

Зрительным клеткам омолодили ДНК

Взрослые мыши стали лучше видеть после эпигенетической перезагрузки клеток сетчатки.

Кишечные бактерии влияют на сон

Без кишечных бактерий мозгу начинает не хватать нейромедиаторов, управляющих сном.

Память связали с нейронными хромосомами

Нейроны запоминают информацию в несколько этапов, постепенно изменяя структуру своих хромосом.

«Гормон любви» против коронавируса

Окситоцин и его синтетические аналоги могут помочь в борьбе с COVID-19.

Раскрыт секрет работы ятакемицина — мощного токсина, действующего на ДНК

Исследователи из Университета Вандербильта установили молекулярный механизм, с помощью которого ятакемицин — токсин, вырабатываемый рядом почвенных бактерий, — препятствует репликации ДНК и делению
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Шедевр нашего кино: «Антон Иванович сердится». Почему он считается гениальным творениемРоссийский бомбардировщик будет незаметен для вражеской техники. Что о нем еще известно?Из-за чего румынская пещера Мовиле считается ядовитой?5 самых умных животных на ЗемлеНадежда стратегической авиации РоссииКак встречали Новый год в России. 1917-1941Самые популярные электромобили в разных странах мира7 самых странных экспериментов в космосе