Ученые используют математическое моделирование для предсказания неизвестного биологического механизма регуляции

Группа ученых под руководством биомедицинского инженера из Техасского университета в Остине впервые продемонстрировала, что математические модели, созданные на основе данных ДНК-микрочипов, могут использоваться для корректного предсказания ранее неизвестных клеточных механизмов.

В статье 2004 года, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences, Орли Альтер (Orly Alter) использовала математические методы, вдохновленные квантовой механикой, чтобы предсказать неизвестный механизм регуляции. Этот механизм коррелирует начало репликации ДНК с процессом транскрипции РНК (перенос информации с ДНК на РНК). Это первый механизм, предсказанный с помощью математического моделирования данных микрочипов.

В течение последующих четырех лет Альтер и ее студенты совместно с лабораторией Джона Ф. Х. Диффли (John F. X. Diffley) в Лондонском исследовательском институте Cancer Research UK проводили эксперименты для проверки этого предсказания. Результаты, опубликованные онлайн в журнале Nature Molecular Systems Biology 13 октября 2009 года, подтвердили предсказанный с помощью вычислений механизм.

ДНК-микрочип — это стеклянная пластина с массивом тысяч специфических последовательностей ДНК, которые служат зондами для разных генов, что позволяет одновременно регистрировать активность тысяч генов. В своей лаборатории Genomic Signal Processing Lab Альтер создает математические модели, организуя данные в многомерные таблицы, известные как тензоры. Затем она разрабатывает алгоритмы для выявления закономерностей в этих структурах данных и связывает эти закономерности с механизмами, управляющими активностью ДНК и РНК в клетке.

Как отметила Альтер, благодаря проекту «Геном человека» биология и медицина сегодня находятся на этапе, схожем с этапом физики после изобретения телескопа. Математическое моделирование крупномасштабных молекулярно-биологических данных открывает путь к будущим открытиям.