25 лет изучения ДНК на компьютере
ДНК выполняет свои функции, находясь в "разбавленном" состоянии в ядре клетки. Несмотря на внешнее сходство с запутанным клубком нитей, её структура подчиняется точным правилам, важным для выполнения функций. Традиционно биологи изучали ДНК экспериментальными методами, которые лишь недавно дополнились исследованиями in silico — компьютерным моделированием.
Это новое, но уже внесшее значительный вклад направление. Теоретический физик Анджело Роза из Международной школы перспективных исследований (SISSA) в Триесте совместно с экспериментальным физиком Кристофом Циммером из Института Пастера в Париже оценили состояние дел в этой области в систематическом обзоре, опубликованном в журнале International Review of Cell and Molecular Biology.
«Мы рассмотрели практически все модели, разработанные на сегодняшний день, за редкими исключениями», — поясняет Роза. Обзор ориентирован в первую очередь на биологов и содержит минимум математических формул. По словам автора, это, вероятно, первый обзор такого рода, который также будет полезен физикам и математикам, только начинающим работу в этой области.
Учёные проанализировали 25 лет развития вычислительных моделей. За это относительно короткое время модели стали значительно сложнее, во многом благодаря развитию вычислительной техники. Сегодня возможно создание детальных и предсказательных симуляций, которые могут направлять работу экспериментаторов в новых, ранее не мыслимых направлениях.
Этот инструмент даёт биологам общее представление о типе исследований, которые всё больше дополняют традиционные подходы. Уже сейчас существуют программы, позволяющие на основе экспериментальных данных реконструировать структуру определённых участков хромосом. Если развитие компьютеров продолжится текущими темпами, в будущем станет возможной реконструкция целых хромосом.
По словам Розы, перспективы компьютерных исследований ядерной ДНК сегодня двояки:
- Детальное понимание динамики экспрессии генов (процесса синтеза белков).
- Точное определение положения хромосом в ядре, когда ДНК раскручивается.