Российские ученые собирают библиотеку геномов микроорганизмов

Исследования в области биоинформатики составляют существенную часть научной работы, проводимой в рамках Курчатовского геномного центра мирового уровня, в число организаторов которого входит ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН». Один из ключевых проектов - создание библиотеки моделей геномов на основе коллекций микроорганизмов, которыми располагают научные институты России.

Подробнее о научной работе рассказывает пресс-служба ФИЦ ИЦиГ СО РАН на портале «Наука в Сибири».

- Как отмечают участники проекта, речь не идет только о секвенировании генома, что в последние годы стало уже рутинной научной процедурой. «Секвенирование дает нам последовательность генов в ДНК организма, но это лишь первый шаг, - говорит ведущий научный сотрудник отделения «Курчатовский геномный центр ИЦиГ СО РАН» кандидат биологических наук Сергей Александрович Лашин. - Следующий этап заключается в построении на основе геномной информации метаболической карты организма, где видно, какие биохимические реакции могут в нем протекать, а также карты генетической регуляции, с помощью которой мы показываем, как взаимодействуют между собой гены. Затем на основе этих карт мы уже строим математические модели, где описываем, как происходит синтез определенного целевого продукта этим микроорганизмом.

В итоге ученые получают не только достоверные данные о потенциале конкретной бактерии для производства тех или иных необходимых промышленности продуктов, но и понимание, как с помощью современных генетических технологий можно менять параметры этого процесса (например, повысить интенсивность синтеза вещества или изменить какие-то его характеристики).

Одновременно с фундаментальными научными задачами, решаются и вполне прикладные: идет отбор микроорганизмов, потенциально пригодных для синтеза некоторых органических кислот, востребованных в производстве кормов для нужд сельского хозяйства. Проанализировав геномы двухсот с лишним микроорганизмов из коллекций, новосибирские биоинформатики отобрали 17 перспективных бактерий, которые теперь будут изучены более детально.

При этом, подчеркивают исследователи, работа с остальными геномами была не напрасной, поскольку выявленные характеристики описаны и могут быть использованы для решения других задач.

Список возможного применения микроорганизмов в биотехнологической промышленности постоянно расширяется: одни бактерии используют в синтезе сырья для фармакологических производств, другие – нефтедеструкторы - для ликвидации загрязнения окружающей среды нефтепродуктами (такими, как недавний разлив дизельного топлива в Норильске), третьи - в процессах переработки мусора, позволяющих превращать отходы в полезный продукт (биотопливо и т.п.).

Глобальная цель проекта, реализуемого подразделениями Курчатовского геномного центра, — создать библиотеку моделей всех микроорганизмов, входящих в коллекции институтов, а их порядка десяти тысяч. Такая библиотека станет мощным ресурсом для развития отечественной биотехнологической промышленности.

Одна из главных задач на этом пути - оптимизация самого процесса. Опыт подобного анализа и моделирования генома есть и у наших, и у зарубежных ученых, но обычно работа с одним геномом бактерии требует у исследователей от полугода до года работы. Теперь же требуется обработать тысячи геномов за пять лет. Очевидно, что это возможно лишь при максимальной автоматизации всех процессов.

- На сегодня хорошо автоматизирован лишь процесс самого секвенирования, есть решения в области построения «рамочных» полногеномных моделей, а вот уточненные математические модели обычно по-прежнему требуют доводки в «ручном режиме», на что уходит много времени, - говорит Сергей Лашин. - Сейчас мы, параллельно с анализом геномов из коллекций, работаем и над автоматизацией этой части работы.

Новосибирские ученые рассчитывают, что уже к концу года смогут создать готовую программную платформу, которая максимально сократит срок работы с отдельным геномом микроорганизма.

Первые результаты работы над ней планируется обсудить на заседаниях специального симпозиума в рамках XII международной мультиконференции «Биоинформатика и системная биология» (BGRS/SB-2020), которая пройдет в Новосибирске.

Организаторы симпозиума рассчитывают не только на обмен опытом с российскими и зарубежными коллегами, но и на возможное сотрудничество в развитии этой платформы. На сегодня ее аналогов в открытом доступе просто нет, а вот запрос на появление такого программного продукта очень высок.

(Источник: www.sbras.info).