Ключевые слова
алгоритмы, выравнивание, периоды, аннотация, временные ряды, повторы, последовательности, динамическое программирование, белки, ДНК

Направления исследований

• Разработка новых математических методов для множественного выравнивания аминокислотных и нуклеотидных последовательностей
• Разработка математических методов для поиска скрытой периодичности в символьных последовательностях
• Изучение присутствия дисперсных и тандемных повторов в геноме человека и других видов
• Разработка математических методов для поиска точек разладки в генах и в белках
• Разработка математических методов для биологической аннотации генов бактерий
• Создание оригинальных компьютерных баз данных
• Анализ временных рядов

Основные методы исследований

• Математическое моделирование
• Программирование на различных языках
• Расчетные работы на компьютерном кластере группы и компьютерном кластере суперкомпьютерного центра РАН
• Сопоставление биологических данных и результатов расчетов

Краткая история группы
Научная группа при дирекции Центра «Биоинженерия» РАН математических методов изучения последовательностей ДНК и белков была создана в 1996 году директором Центра «Биоинженерия» РАН акад. К.Г.Скрябиным. С 1996 года возглавляет группу профессор, д.б.н. Коротков Евгений Вадимович.

ОСНОВНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ

Научная группа занимается разработкой новых математических методов для изучения аминокислотных и нуклеотидных последовательностей. Расчеты проводятся на компьютерном кластере собственной сборки.

Основные научные достижения группы:

1. Разработан новый эвристический метод построения множественного выравнивания аминокислотных и нуклеотидных последовательностей. Метод позволяет находить множественное выравнивание для последовательностей со степью эволюционной дивергенции x<4.4 мутаций на нуклеотид или аминокислоту. Все известные программы и алгоритмы для построения множественного выравнивания позволяют это сделать до x<2.5 (250 замен на 100 аминокислот). Данный подход позволил получить множественное выравнивание для промоторных последовательностей из геномов A.thaliaha, D.melanogaster, H.sapiens.  Разработан сайт для построения множественных выравниваний, который находится по адресу: http://victoria.biengi.ac.ru/mahds/auth
2. Разработан математический алгоритм, создано программное обеспечение для регистрации сдвигов фазы триплетной периодичности в генах. Сдвиг фазы триплетной периодичности позволяет идентифицировать мутации типа сдвиг рамки считывания в генах. Показано, что примерно10 % всех известных генов из базы данных (миллионы генов) содержат сдвиги фазы триплетной периодичности. Это примерно в 20 раз больше чем удается зарегистрировать экспериментально или всеми ранее разработанными математическими методами. Это позволяет заключить, что мутации типа сдвиг рамки считывания были широко использованы эволюцией и они далеко не всегда фатальны для генов. Созданное программное обеспечение находится по адресу: http://victoria.biengi.ac.ru/fsfinder/
3. Разработан математический алгоритм, создано программное обеспечение для поиска точек разладки триплетной периодичности в ДНК. Точки разладки позволяют находить потенциальные места склеек генов и вставок фрагмента одного гена в другой ген. Анализ генов, содержащихся в базе данных «Kegg» показал, что примерно 20% генов содержат точки разладки. Это показывает, что процессы склеек генов и вставок протекают примерно в 10 раз чаще, чем это позволяют предположить экспериментальные данные или все разработанные ранее математические методы. Данный результат может быть использован для создания новых генов, так как точки разладки представляют собой естественные места разрезов в генах, которые используют природные процессы.
4. Разработан новый математические метод, создано программное обеспечение и разработан Web-сервер для аннотации генов из геномов бактерий. На примере 104 бактериальных геномов показано, что данный метод позволяет аннотировать на том же статистическом уровне на ~ 19% чем это можно сделать всем разработанными ранее подходами. Это новый результат, так как позволяет использовать в биотехнологии миллионы генов, которые в настоящее время известны только в виде последовательности и функция их не определена. Создан сайт: http://genefunction.ru, где каждый пользователь может аннотировать последовательности генов.
5. Разработан математический подход для поиска скрытой периодичности символьных последовательностей с учетом возможности вставок или делеций в заранее неизвестных местах на основе нового решения задачи о множественном выравнивании последовательностей. Выявлено большое количество последовательностей ДНК из различных геномов, которые имеют скрытую периодичность со вставками и делециями символов. Это оригинальные результаты не имеющее в настоящее время аналогов. Программное обеспечение находится на сервере: http://victoria.biengi.ac.ru/splinter/login.php.
6. Разработана база данных последовательностей из разнообразных геномов с различными видами периодичности. База находится по адресу: http://victoria.biengi.ac.ru/cgi-bin/indelper/index.cgi
7. Разработана база данных cds с потенциальными мутациями типа сдвиг рамки считывания. http://victoria.biengi.ac.ru/cgi-bin/frameshift/index.cgi

СОСТАВ ГРУППЫ

ИННОВАЦИОННЫЕ РАЗРАБОТКИ

УНИКАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

1. Аннотирование (предсказание биологической функции) бактериальных генов
2. Поиск потенциальных мини и микросателлитов в последовательностях ДНК
3. Поиск потенциальных мутаций типа сдвиг рамки считывания в cds различных геномов
4. Расчет множественного выравнивания для сильно дивергировавших  аминокислотных или нуклеотидных последовательностей (более 2.5 мутации на аминокислоту или нуклеотид)
5. Поиск потенциальных промоторов и TSS в эукариотических геномах компьютерными методами