Lab.6 IITP RAS logo
15/10/18
16:19:49

Лаборатория математических методов и моделей в биоинформатике
Института проблем передачи информации им. А.А. Харкевича
Российской академии наук

« back

Основные достижения

  1. На основе разработанной суперкомпьютерной модели эволюции хордовых предсказан ген ENSXETG00000033176 как ответственный за утрату регенеративной потенции и развитие конечного мозга у теплокровных позвоночных по сравнению с холоднокровными. Экспериментальное исследование гена в лаборатории ИБХ РАН подтвердило предсказание.
  2. На основе той же модели, применённой к грызунам и приматам, обнаружены гены, отсутствующие у долгоживущих видов и присутствующие у короткоживущих. Предположено: эти гены связаны с продолжительностью жизни, что хорошо согласуется с их физиологическими, анатомическими, онкорезистентными и другими особенностями.
  3. На больших данных статистически обосновано: в эволюции приспособление к условиям окружающей среды (к её температуре) у бактерий, архей и в пластидах водорослей сопряжено со специфическим изменением расстояний между генами. Например, высокая температура соответствует относительно малым межгенным расстояниям, а низкая – большим межгенным расстояниям.
  4. Получена кластеризация белков, кодируемых в пластидах родофитной ветви, что привело к тонкой классификации внутри семейств белков. Отсюда найдены гены, специфичные для пластид багрянок. Предсказана регуляция транскрипции гена moeB транскрипционным фактором Ycf28, кодируемым в пластидах красных водорослей.
  5. Разработаны эффективный алгоритм и программная реализация для предсказания предковых хромосомных структур и сценариев их эволюции. Программа применена для построения эволюции хромосомных структур пластид, митохондрий и ядерных генов эукариот.
  6. Получена классификация и найдены новые типы аттенюаторной регуляции на уровнях транскрипции и инициации трансляции, в частности, у актинобактерий и альфа-протеобактерий. Впервые предсказана регуляция инициации трансляции посредством Т-бокса. Предсказан новый тип аттенюаторной регуляции, характеризуемый малым расстоянием (10-11-12-13 п.н.) между структурным и лидерным генами, который по нашей гипотезе связан с реинициализацией рибосомы, транслирующей лидерный пептид. Выполнен массовый поиск всех типов регуляторных систем у актинобактерий и альфа-протеобактерий. Например, предсказана регуляция генов, кодирующих белки с доменами PF00480 или PF14340, и обоснована гипотеза о важной роли этих белков в метаболизме серы.
  7. Развита модель аттенюаторной регуляции, в которой учтена динамика вторичных структур ДНК и РНК, РНК-триплексов, температуры среды обитания бактерии, G-квадруплексов. Модель реализована эффективной параллельной компьютерной программой. Модель подтверждена экспериментальными данными.
  8. Предсказана совместная регуляция экспрессии всех генов, кодируемых в апикопластах Toxoplasma gondii. Выполнен сравнительный анализ удлинений кодируемых в ядре белков апикопластов, что обеспечивает их транслокацию в апикопласт и регуляцию: например, дополнительный N-конец у Toxoplasma gondii в среднем в полтора раза длиннее, чем у Neospora caninum, и в два раза длиннее, чем у Plasmodium falciparum. Предложена гипотеза о регуляции активности апикопластов кокцидий, которая основана на посттрансляционной модификации избыточно длинного N-конца белка, направляющегося в апикопласт, что играет ключевую роль в регуляции реактивации кокцидий через реактивацию апикопластов в целом. Недавно эта гипотеза подтверждена экспериментально.
  9. Выполнен анализ полного митохондриального генома ортонектиды Intoshia linei. Он показал, что I. linei расположена внутри кроны дерева анелид. Положение ортонектид в анелидах также подтверждено присутствием синапоморфий общих для I. linei и кроны анелид в митохондриальных белках cox1, cytb, nad6, atp6 и соседством trnN-cox2 в порядке митохондриальных генов. Ортонектиды ранее рассматривались как отдельный тип. Обоснована наша гипотеза – ортонектиды есть дивиантные анелиды. Изучено филогенетическое положение Dicyema sp.
  10. Разработана математическая модель и эффективный алгоритм построения совместной эволюции геномных элементов и видов с учётом широкого набора эволюционных событий. Модель составлена из трёх модулей: согласование филогенетических деревьев генов/белков и видов, реконструкция эволюции хромосомных перестроек, совместный сценарий эволюции регуляторных систем, генов и видов. Модель реализована программой для суперкомпьютерных вычислений.
  11. Построены эволюционные деревья эубактерий, пластид и цианобактерий (последние сопоставлены с деревьями видов, что позволило выделить группы видов, чьи пластиды имеют общее происхождение), деревья хромосомных структур митохондрий споровиков и пластид родофитной ветви, дерево пластид семенных растений с незначительной политомией.
  12. Предсказаны регулоны NtcA и NtcB у цианобактерий. Изучены вставки прямых повторов в микроэволюции митохондрий и пластид семенных растений.
  13. Разработана компьютерная модель конкуренции РНК-полимераз в пластидах и митохондриях. Модель подтверждена известными экспериментами о конкуренции РНК-полимераз в пластидах ячменя и арабидопсиса. Предсказана транскрипционная регуляция экспрессии генов пластид, вовлечённых в транспорт сульфатов у Viridiplantae. На основе модели, применённой к хордовых животным, предложен механизм МELAS-синдрома и влияния на фенотип недостатка тиреоидного гормона.
  14. Найден эффективный алгоритм сведения NP-полной задачи о разбиении множества с весами на две равные по суммарному весу части к задаче поиска особой точки на гиперповерхности, заданной кубической формой малого ранга, что приводит к эффективному эвристическому алгоритму решения исходной задачи.
  15. Найдена пара параллельных гиперплоскостей в 30-мерном пространстве, однозначно определяемых лежащими на каждой из них вершинами единичного куба, строго между которыми не лежат вершины куба, но лежат целые точки. Найдена тройка аналогичных гиперплоскостей в 37-мерном пространстве, строго между которыми не лежат вершины куба, но лежат целые точки.
  16. Получены рекурсивные решения ряда проблем дескриптивной теории множеств. Например, явно описано простое несчётное множество чисел, не содержащее ни одного числа, которое можно явно описать, эффективно определить.
  17. Разработан эффективный вероятностный алгоритм сведения системы линейных уравнений к одному линейному уравнению с относительно маленькими целыми коэффициентами, имеющему те же булевы решения, что и исходная система при условии, что первое уравнение имеет мало избыточных булевых решений, которые не являются решениями всей системы. « back