ДНК и биоинформационные технологии.

Человечество накопило огромный массив данных, и теперь главная задача — заставить эту информацию работать. Справиться с современным «информационным взрывом» помогают IT-решения. Особенно ярко эта трансформация заметна в молекулярной биологии, где главная роль отведена изучению ДНК. Именно здесь на первый план выходят биоинформационные технологии. Они дают ученым специализированные инструменты для расшифровки сложнейших данных. Благодаря комплексному анализу генетической и клинической информации мы начинаем гораздо лучше понимать природу различных заболеваний, что в будущем позволит создавать абсолютно новые и точные методы лечения.

Пространственная структура ДНК была описана Фрэнсисом Криком и Джеймсом Уотсоном в фундаментальной работе, опубликованной 25 апреля 1953 года в журнале Nature.

Как известно, в молекуле ДНК заключена важнейшая информация, которая представлена в виде генов. Нам интересен геном человека. Исследуя его, мы можем открыть много нового. В будущем благодаря изучению генома, возможно, удастся понять причины возникновения некоторых заболеваний, связанных с изменениями в главной молекуле жизни.

«Но какое отношение к этому имеет информатика?» — спросите вы. Информационные технологии являются необходимой частью исследования некодирующей части ДНК, так как кодирующая наследственная информация заключена только в 1–2% ДНК. Поэтому эта молекула может нести провирусы или фрагменты вирусов, которые встраивались в ходе эволюционного развития или жизненного цикла клетки. И именно эти технологии позволяют узнать, какие изменения в ДНК привнесены в результате встраивания чужеродных нуклеотидных последовательностей в структуру этой молекулы.

Мир вирусов огромен, и нам известна лишь его малая часть.

Вирусы представляют собой неклеточную форму живой материи. Зрелые частицы вирусов называются вирионами. Вирион содержит только один тип нуклеиновой кислоты: либо ДНК, либо РНК.

При попадании в организм вирусы могут вызывать развитие заболеваний либо встраиваться в геном клетки. В последнем случае нуклеиновая кислота вируса при интегрировании в ДНК клетки-хозяина не приводит к немедленному образованию новых вирусных частиц.

Нам интересны вирусы, встраиваемые в ДНК человека. Например, провирусом может быть геном ретровируса, который изначально представлен РНК. За счет фермента обратной транскриптазы этот геном переводится в ДНК, а затем интегрируется в геном клетки-хозяина. Пассивная репликация вируса происходит вместе с ДНК хозяина, благодаря чему провирус передается всем потомкам инфицированной клетки. Согласно исследованиям, до 8% генома человека составляют последовательности, связанные с эндогенными ретровирусами. Предполагается, что такие эндогенные ретровирусы могут участвовать, например, в развитии рассеянного склероза.

В случае продуктивной инфекции происходит активная транскрипция в мРНК с последующим синтезом вирусных белков, что приводит к заражению новых клеток. При латентной же инфекции транскрипция провирусных генов не осуществляется.

Аденоассоциированный вирус, не являющийся ретровирусом, также способен встраиваться в хромосомы хозяина.

Исследуя ДНК человека, мы можем обнаружить и другие провирусы, встроенные в геном. Мы уделяем им столь пристальное внимание потому, что они, вероятно, играют еще не изученную роль в развитии целого ряда патологий.

Другим важным объектом исследования является промотор — определенная последовательность нуклеотидов ДНК, прилежащая к началу кодирующей области гена. Эта последовательность служит стартовой площадкой для начала транскрипции — процесса переноса генетической информации с ДНК на РНК.

В промоторной области большинства генов эукариот обнаружен элемент распознавания B (BRE). Он был открыт в 1998 году Ричардом Эбрайтом и его сотрудниками.

Промотор устроен сложно, но главное для нашего исследования — это то, что он представляет собой обычную нуклеотидную последовательность, состоящую из аденина, тимина, гуанина и цитозина, которая подчиняется общим физико-химическим законам.

Итак, каким же образом биоинформатика способна оказать неоценимую помощь в исследовании ДНК?

Сегодня мы знаем не только последовательность ДНК, но и постепенно раскрываем ее функциональные особенности, что создает базу для глубокого анализа. Обнаружив провирусы, необходимо определить их точную локализацию в ДНК и механизмы воздействия на молекулу.

Важно установить, насколько близко к гену расположены вирусные элементы, и оценить их потенциальное влияние на его активацию. Возможно, при определенных условиях преобладание конкретных пар оснований (таких как Г–Ц) способно приводить к локальному раскручиванию участков ДНК. Имея эти данные, можно будет сделать вывод о том, какое воздействие провирусы оказывают на возникновение и развитие патологических процессов.

Выводы:

1. Биоинформатика предоставляет инструменты для анализа генома человека, позволяя обнаружить провирусы в смысловой цепочке ДНК.

2. В процессе исследования можно определить месторасположение провируса в геноме и, возможно, установить его связь с определёнными участками ДНК, а именно с областью расположения промотора. Затем следует провести анализ последовательности нуклеотидов в промоторных областях генов, сопоставляя их с базой данных вирусов и выявляя наличие провируса в области промотора.

3. Зная расположение провируса в ДНК, в дальнейшем можно будет обнаружить его связь с тем или иным заболеванием.

4. Если провирус вступает в непосредственное взаимодействие с промотором гена, то, вероятно, он оказывает на него своё влияние, активируя его. Возможно, это ещё один неизвестный механизм функционирования гена.

Источники:

Дезоксирибонуклеиновая кислота. Википедия.

Проект «Геном человека». Википедия.

BRE. Википедия.

Биоинформатика. Википедия.

Провирус. Википедия.

Аденоассоциированный вирус. Википедия.

Промотор. Википедия.

Категория: Ричард Эбрайт. Wikinews.

Починка антисмысловой нити: учёные открыли механизм восстановления повреждений цепочки ДНК. Источник: РНФ. Сайт: Российская академия наук.

Значение слова ФАГ. Сайт: SANSTV.RU.

Эндогенные ретровирусы человека ассоциированы с неврологическими заболеваниями. Подготовила: Дарья Смолярова. Сайт: PCR News.

Биологи выяснили, что древняя вирусная ДНК защищает человека от современных вирусов. Анжелика Дун. Сайт: Газета.RU.

ДНК и РАК. Байгужина З. Сайт: ЛитРес.

Число RM в ДНК. Некодирующая ДНК. Байгужина З. Сайт: ЛитРес.

Крохотные курьеры: как аденоассоциированные вирусы спасают жизнь. Виктория Скопенкова, Анна Шмидт. Сайт: «Биомолекула»

«Приручённые вирусы», Кирилл Стасевич. Сайт: «Наука и жизнь».