Почему ДНК человека и дрожжей сворачивается по-разному? Российские биоинформатики создали нейросеть Chimaera, которая не только предсказывает трёхмерную структуру генома, но и выявляет законы его пространственной организации у разных видов — от дрожжей и водорослей до человека.
ДНК внутри клетки не лежит хаотично: она формирует сложную 3D-архитектуру, которая влияет на активность генов. Учёные знают о существовании петель, полос, «фонтанов» и зон изоляции, но до сих пор было неясно, одинаковы ли механизмы их формирования у разных видов.
Российская команда проанализировала данные 22 организмов, включая человека, мышь, лягушку, рыбку данио-рерио, моллюсков, пчелу, муравья, дрозофилу, комаров, шелкопряда, нематоду, кораллового динофлагеллята, дрожжи и растение резуховидку Таля. Нейросеть обучили на последовательностях ДНК и картах пространственной организации генома, после чего она научилась предсказывать структуру генома по одной лишь последовательности ДНК, сообщает Hi-Tech Mail
Механизмы 3D-организации генома оказались видоспецифичными. Похожие структуры у разных организмов могут возникать по совершенно разным биологическим причинам и принимать разные формы. Нейросеть также обнаружила, что изолированные участки генома чаще содержат GC-пары (сочетания нуклеотидов гуанина и цитозина), а на упаковку влияет не только расположение генов, но и направление их считывания. На основе этих закономерностей учёные построили эволюционное дерево трёхмерной организации генома — от растений до млекопитающих.
Российские исследователи подчёркивают, что их нейросеть является интерпретируемой, то есть позволяет понять, почему модель приняла то или иное решение. Это особенно важно в свете развития «прозрачного ИИ» и растущего применения нейросетей в биологии — например, для предсказания структуры белков (Нобелевская премия по химии 2024 года) или изучения влияния сворачивания ДНК на работу генов.
