Los científicos han creado un programa para encontrar relaciones familiares entre animales

Científicos rusos de la Universidad ITMO junto con colegas estadounidenses han creado un programa que permite encontrar rápida y eficazmente sitios similares en los genomas de diferentes animales. Esto es para entender lo cerca que están las dos especies entre sí y cuánto se han alejado de su ancestro común en el curso de la evolución. Trabajo Publicado en la revista GigaScience.

La genética moderna es un trabajo con una gran variedad de datos, que no pueden hacer frente sin la ayuda de complejos algoritmos matemáticos. Por lo tanto, el desarrollo de programas especiales para el procesamiento de la información no es tarea menos importante para la bioinformática que descifrar el genoma de un animal en particular.

Hay millones de especies en el planeta Tierra. Su enorme diversidad es inherente en el nivel genético - anatomía, tamaño, color, estilo de vida de los animales están determinados por sus genes.

Mientras tanto, la variabilidad de los genes en sí es notablemente menor - sus científicos contaron poco más de 20.000. Resulta que las dos especies difieren entre sí no sólo por un conjunto de genes, sino también por cómo están dispuestas en relación entre sí. En el lenguaje de la genómica comparativa, esto se llama sintetizador - el orden de la disposición de genes y elementos reguladores.

"Tomemos, por ejemplo, un gorila y un chimpancé", dijo Ksenia Krasheninnikova, ingeniera de investigación del Laboratorio de Tecnología Informática ITMO, en un comunicado de prensa de la universidad. "Estas dos especies tienen el mismo conjunto de genes, pero los elementos de su regulación y reestructuración del genoma crean un orden ligeramente diferente, lo que conduce a diferencias entre estos primates".

Por lo tanto, para entender cómo las dos especies están evolutivamente cerca unas de otras, los científicos necesitan saber no sólo cuáles son sus genes, sino también cómo se encuentran estos genes en el cromosoma, si los animales tienen muchos fragmentos comunes del genoma o bloques de sombra azul.

Pero los genomas de los mamíferos están formados por millones y miles de millones de pares de bases. Sin tecnologías de procesamiento de big data, es casi imposible dominar esta cantidad. Es por eso que los científicos crean programas para resolver problemas de este nivel.

El desarrollo de especialistas del Centro Científico y Educativo de Diversidad Genómica de la Universidad de ITMO se llamó halSynteny. Según sus creadores, logra encontrar bloques sintéticos más rápido y mejor que otros programas creados para este fin, mientras que utiliza datos en dos formatos estándar, conocidos.

"Nuestro objetivo era escribir un algoritmo que fuera fácil de aplicar a los datos disponibles", dice Krasheninnikova. "Algunos enfoques para encontrar secuencias sintéticas se basan en la pre-anotación de genes, y nuestro método funciona un poco diferente. No utilizamos una anotación adicional. Utilizamos el método de alineación, lo que significa que diferentes partes de un genoma se comparan por el grado de similitud con las de otro genoma. De esta manera, podemos identificar áreas homólodas que tienen el mismo origen".

El programa procesa datos dos veces más rápido que otros métodos populares SatsumaSynteny2. El alto rendimiento se logró mediante la implementación de un algoritmo matemáticamente eficaz en el lenguaje de C.

Para probar su desarrollo, los científicos compararon los genomas de gatos y perros usando halSynteny.

"Hemos demostrado que grandes fragmentos de cromosomas de gato y algunos fragmentos de cromosomas de perro se combinan en bloques sintéticos, es decir, se originaron a partir de los mismos cromosomas del ancestro común. Sobre esta base, ya es posible sacar conclusiones sobre cómo se llevó a cabo el proceso evolutivo. Por lo tanto, vimos que los gatos tienen un genoma menos reconstruido que los perros en comparación con el ancestro común de los depredadores", añade el investigador.

Los autores planean utilizar el nuevo algoritmo en otros estudios de genómica comparativa en la Universidad de ITMO.