Новое ПО помогает выяснить, почему активируются "прыгающие гены"

Геном — не фиксированный код, а гибкая система, допускающая изменения генов. Однако транспозоны, так называемые "прыгающие гены", интерпретируют эту гибкость гораздо свободнее, чем "нормальные" гены. Они самовоспроизводятся в геноме и самостоятельно выбирают свою позицию. Транспозоны могут также встраиваться в ген и делать его неработоспособным, что делает их важным отличительным признаком для развития разных организмов.

Неясно, что запускает активность транспозонов

До сих пор неясно, как развивались прыгающие гены и что влияет на их активность. "Чтобы выяснить, как, например, климатические зоны влияют на активность, мы должны иметь возможность сравнивать частоту транспозонов в разных популяциях — в разных группах особей", — объясняет биоинформатик Роберт Кофлер из Института генетики популяций Венского университета ветеринарной медицины. Но эта частота до сих пор не была определена точно.

Новое ПО для недорогого метода

Транспозоны обнаруживаются с помощью секвенирования ДНК. Но такое обнаружение нельзя провести для каждой отдельной особи в популяции. "В данный момент это выходит за рамки доступных ресурсов с точки зрения финансов и объема работ. Единственный — и гораздо более дешевый — вариант — это проанализировать всю популяцию в одной реакции", — пояснил последний автор статьи Кристиан Шлёттерер. Этот метод, который он внедрил на примере плодовых мушек, называется Pool-Seq. Он также рутинно применяется для обнаружения транспозонов. Однако существующие программы анализа не могли дать точный результат в этом случае. До сих пор каждый анализ был смещен разными факторами, такими как глубина секвенирования и расстояние между парными ридами.

Для решения этой проблемы Кофлер разработал новое программное обеспечение PoPoolationTE2. "Если мы секвенируем целые популяции, каждая реакция дает разный результат. Количество смешанных особей всегда одинаково, но отдельные особи различаются", — объяснил Кофлер. Кроме того, на анализ до сих пор влияли, среди прочего, технические различия в обработке образцов. PoPoolationTE2 не подвержен влиянию этих факторов. Таким образом, вопросы об активности транспозонов можно точно решать для реакций Pool-Seq.

Интерес для онкологических исследований

"Несмещенное определение количества транспозонов позволяет проводить недорогое сравнение популяций из, например, разных климатических зон. На следующем этапе мы можем выяснить, активен ли транспозон в определенной климатической зоне", — сказал Кофлер. В принципе, биоинформатик разработал это новое ПО для Pool-Seq. Но поскольку этот метод также применяется в медицинских исследованиях и диагностике, программа интересна и для онкологических исследований, или для обнаружения неврологических изменений, поскольку транспозоны встречаются и в мозге.

Лабораторные эксперименты подтверждают факторы влияния

Лабораторные эксперименты могут указывать на факторы, влияющие на транспозоны. Шлёттерер пояснил эти факторы на примере эксперимента с плодовыми мушками: "Мы разводим по сто поколений на популяцию и подвергаем их разным стимулам. Мы секвенируем каждое десятое поколение и определяем, повлиял ли стимул на активность транспозонов. Таким образом, мы можем описать активность транспозонов, так сказать, в ускоренной съемке". Если количество транспозонов низкое, ученые предполагают, что они только начинают становиться более частыми. Если транспозон очень быстро размножается в определенной популяции, это называется инвазией. Если прыгающий ген обнаружен во всей популяции и отсутствует в другой, возможно, он был положительно отобран.