В России представили новую модель для прямой генерации регуляторов ДНК

Исследователи из Высшей школы экономики предложили метод, который позволяет проектировать регуляторные участки ДНК напрямую, минуя промежуточные преобразования. Этот подход в перспективе дает возможность управлять работой генов при лечении тяжелых заболеваний.

Исследователи НИУ ВШЭ разработали модель для генерации промоторов и энхансеров — участков ДНК, регулирующих работу генов

Источник: Unsplash

Как клетка кожи отличается от нейрона, если в них хранится один и тот же генетический материал? Ответ кроется в регуляции: в каждом типе клеток активны только определенные гены. Этот процесс контролируют особые участки ДНК — промоторы и энхансеры, которые запускают или усиливают считывание генетической информации. Ученые давно стремятся научиться проектировать эти участки искусственно, чтобы точечно вмешиваться в работу генома.

Современные генеративные модели хорошо справляются с этой задачей, обучаясь на природных последовательностях. Однако при работе с ДНК возникает техническая сложность: большинство алгоритмов созданы для непрерывных данных, поэтому буквы нуклеотидов приходится переводить в числа, а после генерации — преобразовывать обратно. На каждом таком шаге накапливаются ошибки.

Сотрудники Института ИИиЦН ФКН НИУ ВШЭ проверили, можно ли обойти это ограничение. Они применили метод дискретного сопоставления потоков, который работает напрямую с последовательностью нуклеотидов. Авторы обучили модель на трех выборках: 100 тысяч человеческих промоторов и энхансерах из клеток меланомы (89 тысяч) и мозга дрозофилы (105 тысяч).

Авторы связывают это с тем, что механизм, направляющий генерацию по заданному условию, пока недостаточно хорошо приспособлен к дискретным данным

Источник: ТПУ

В пресс-службе ВШУ уточнили, что согласно тестированию, при генерации промоторов новая модель работает на уровне ведущего метода Fisher Flow Matching. При создании энхансеров без условий она превзошла другие потоковые модели на данных меланомы и показала хорошие результаты на данных дрозофилы. В режиме с условием результаты оказались неоднозначными: для одной группы клеток модель оказалась лучше, для других уступила. Авторы связывают это с тем, что механизм управления генерацией пока требует доработки для работы с дискретными данными.

Руководитель Центра биомедицинских исследований и технологий Мария Попцова отмечает, что прямой подход к проектированию регуляторных участков позволяет избежать потери информации. В перспективе это откроет путь к созданию промоторов и энхансеров с точно заданными свойствами для синтетической биологии и генной терапии.

Ранее ученые МГУ описали паттерны связывания ДНК для белков-регуляторов.