Новый метод анализа ДНК выявил сотни неизвестных взаимодействий белков

Секвенирование генома становится дешевле, но интерпретация полученных данных остаётся сложной задачей. Исследователи нашли новый способ извлечения полезной информации из секвенированной ДНК.

Каталогизируя тонкие эволюционные сигналы, общие для пар генов у бактерий, команда обнаружила сотни ранее неизвестных белковых взаимодействий. Этот метод теперь применяется к геному человека и может дать новое понимание того, как взаимодействуют человеческие белки.

Проект — результат сотрудничества учёных из Медицинской школы Вашингтонского университета и Гарвардского университета. Их отчёт опубликован в выпуске журнала Science от 11 июля.

Как работает метод: ко-эволюция генов

Команда из четырёх специалистов по вычислительной биологии изучила феномен ко-эволюции, когда изменения в одном гене связаны с изменениями в другом. Это может указывать на важную функциональную связь между генами.

Например, если ген мутирует, и форма кодируемого им белка изменяется, второй ген может эволюционировать так, чтобы его белок имел комплементарную форму, сохраняя возможность их взаимодействия.

Применение к E. coli и Mycobacterium tuberculosis

Исследователи сравнили более 4000 генов E. coli с последовательностями ДНК из более чем 40 000 других бактериальных геномов. Используя специальную статистическую модель для оценки ко-эволюции, они выявили 1618 пар с наиболее сильными доказательствами связи. Точность метода оказалась значительно выше, чем у предыдущих экспериментальных методов скрининга.

Среди новых открытий:

• Взаимодействие между белковым токсином и его антитоксином, которое может объяснять, почему некоторые штаммы E. coli доминируют в своей микробной нише.
• Взаимодействие, предполагающее, что белок PstB, известный своей ролью в метаболизме, также может координировать синтез белка и транспорт минералов.

При анализе генома Mycobacterium tuberculosis было идентифицировано 911 белковых взаимодействий с высокой степенью достоверности. 95% из них ранее не описывались. Семьдесят взаимодействий затрагивают белки, которые могут способствовать вирулентности патогена, что открывает новые пути для разработки лекарств.

Перспективы

"Взаимодействия белков и белков фундаментальны для биологической функции. Удивительно, что их теперь можно предсказывать массово, используя огромные объёмы данных геномного секвенирования", — сказал старший автор Дэвид Бейкер.

"В биологии редко бывает, чтобы программный инструмент делал предсказания, достаточно многообещающие для проверки, но именно это здесь и происходит", — отметила ведущий автор Цянь Конг. — "Буквально сотни последующих экспериментов могут быть выполнены в лабораториях по всему миру".

Метод планируется применить к другим патогенам и геному человека. Успех будет зависеть от работы научного сообщества по аннотированию геномов.