Новая упрощённая модель ДНК для продвинутого компьютерного моделирования
ДНК содержит всю генетическую информацию, необходимую для развития и функционирования живых организмов. Она организована в структуру под названием хроматин, находящуюся в ядре клеток. Форма хроматина напрямую влияет на активность генов, поэтому важно детально понимать структуру ДНК и уметь предсказывать её изменения.
В журнале Nucleic Acids Research представлена упрощённая модель ДНК под названием CGeNArate, которая позволяет проводить быстрые и точные компьютерные симуляции.
Исследование возглавил Модесто Ороско, профессор химического факультета Университета Барселоны и руководитель лаборатории молекулярного моделирования и биоинформатики в Институте биомедицинских исследований (IRB Barcelona).
Метод использует подход грубого гранулирования (coarse-graining), упрощая сложную систему за счёт сокращения степеней свободы и группировки атомов. Кроме того, он применяет алгоритмы машинного обучения для восстановления атомарного разрешения смоделированных траекторий. Это позволяет изучать структуру и поведение ДНК без сложных и долгих моделей, облегчая и ускоряя исследования.
«Эта новая модель может быть полезна для проектов, требующих детального и быстрого изучения структуры ДНК. Хотя модель уже функциональна, мы работаем над её улучшением и применением к другим компонентам клеточного ядра, что может открыть новые возможности в биомедицинских исследованиях», — отмечает Модесто Ороско.
Детальная геномная информация
Исследовательская группа протестировала новый инструмент и подтвердила его потенциал для получения высокоскоростных симуляций хроматина. Модель позволила:
- Наблюдать поведение определённого участка ДНК в гене дрожжей.
- Смоделировать структуру ДНК в митохондриях.
- Воспроизвести гибкость различных структур ДНК в разных контекстах.
«Она также смоделировала образование небольших кольцевых структур ДНК, известных как миникольца», — говорит Давид Фарре-Гил, первый автор исследования и аспирант той же лаборатории.
Эти результаты демонстрируют эффективность метода для детального анализа ДНК и хроматина.