Ученые применили математический метод для очистки данных высокопроизводительного секвенирования ДНК от шума
Ученые из Института генома Сингапура (GIS) адаптировали известный в электротехнике метод — согласованный фильтр с предварительным обеливанием (pre-whitening matched filter) — для анализа данных высокопроизводительного секвенирования ДНК. Этот метод, используемый в сотовых телефонах и радарах, впервые применен в вычислительной геномике. Результаты опубликованы в журнале Nature Biotechnology.
Проблема: Высокопроизводительное секвенирование генерирует огромные массивы данных. Считалось, что для каждого типа данных (например, ChIP-Seq, DNASE-Seq, FAIRE-Seq) требуется уникальный метод анализа, что привело к созданию множества различных алгоритмов.
Решение: Группа под руководством доктора Шьяма Прабхакара обнаружила, что математическая основа для решения этих различных задач анализа одинакова. Применив согласованный фильтр с предварительным обеливанием, они смогли:
- Точно обнаруживать участки генома, выделяющиеся на фоне остальных данных секвенирования.
- Использовать вариант метода для точного предсказания экспрессии генов на основе эпигеномных данных (химических изменений в генетическом материале). Это особенно важно для клинических исследований, где измерение экспрессии в старых или деградировавших образцах тканей затруднено.
Результаты: Новый алгоритм, названный DFilter, показал равномерно лучшие результаты по сравнению с существующими алгоритмами в широком спектре задач анализа. Он является универсальным и математически оптимальным линейным дискриминатором.
Значение:
- Метод упрощает и ускоряет получение биологических выводов из данных секвенирования, особенно для клинических образцов пациентов.
- DFilter применим для анализа практически любого типа данных о связывании с ДНК (ChIP-Seq, DNASE-Seq, FAIRE-Seq).
- Работа демонстрирует эффективность применения инженерных решений к задачам анализа данных в биологии.
Цитаты:
- Др. Прабхакар: «Наша работа позволит ученым гораздо легче делать биологические выводы из данных высокопроизводительного секвенирования ДНК».
- Др. Роб Митра (Университет Вашингтона): «DFilter представляет собой значительный прогресс, поскольку он широко применим и точнее существующих алгоритмов».
- Др. Олли Или-Харья (Таммерский технологический университет): «Исследование демонстрирует большую пользу системного тестирования в оценке сигнала и анализе разнородных выборок для данных нового поколения секвенирования».