Новый метод поиска ДНК-последовательностей сокращает время с дней до минут
Исследователи из Университета Карнеги-Меллон разработали метод поиска, который позволяет находить ДНК-последовательности в базах данных за минуты вместо дней, которые требовались ранее.
Метод, созданный Карлом Кингсфордом и Брэдом Соломоном, предназначен для поиска "коротких прочтений" (short reads) — последовательностей ДНК и РНК, генерируемых методами высокопроизводительного секвенирования. В его основе лежит новая структура данных для индексирования — Sequence Bloom Trees (SBT).
Проблема масштаба
Национальные институты здоровья (NIH) поддерживают огромный архив Sequence Read Archive, содержащий около 3 петабаз (3 квадриллиона пар оснований). Поиск в этой базе, используемой для фундаментальных и медицинских исследований (включая изучение рака), крайне затруднён из-за её объёма.
Как работает SBT
- Метод представляет каждое короткое прочтение как набор подпоследовательностей фиксированной длины.
- Для хранения информации используются Bloom filters — структуры данных, эффективно хранящие информацию в малом объёме.
- Поиск происходит по принципу бинарного дерева: сначала определяется, есть ли искомая последовательность в базе, затем поиск сужается до определённой половины данных и так далее, пока не будут идентифицированы нужные эксперименты.
Результаты тестирования
Метод протестировали на базе из 2 652 экспериментов с РНК из человеческой крови, тканей груди и мозга. Результаты:
Среднее время поиска новым методом: ~20 минут.
Расчётное время поиска существующими методами:
- SRA-BLAST: ~2.2 дня.
- STAR: ~921 день.
Дополнительное ускорение возможно при пакетной обработке более 200 000 запросов одновременно.
