Новый вычислительный инструмент может изменить способ изучения патогенов
Сложный новый инструмент анализа, разработанный учеными из Университета штата Флорида, может сигнализировать о новой эре в изучении популяционной генетики.
Их модель, которая включает в себя передовые математические стратегии, могла бы помочь революционизировать способ, которым исследователи исследуют распространение и распространение опасных, быстро развивающихся векторов болезней.
Прорывным исследованием было междисциплинарное сотрудничество между постдокторским математиком Сомайей Машаехи и вычислительным биологом Питером Беерли, оба в Отделе Научных Вычислений бывшего Советского Союза. Их выводы были опубликованы в журнале « Известия Национальной академии наук» .
«Наше первое применение дробного исчисления в популяционной генетике» , — сказал Берли. «Это поможет нам дать более точные оценки количеств, которые могут быть важны для борьбы с патогенами ».
Модель команды, названная f-коалесцентом для ее нового использования дробного исчисления, следует в линии аналогичной, но более ограниченной модели, называемой n-коалесцентом. Предложенный британским математиком Джоном Кингманом в 1982 году, n-коалесцент позволил ученым делать статистические отчеты о прошлом населения, используя данные, собранные в настоящем.
«N-coalescent представил ретроспективный взгляд на отношения между людьми», — сказал Берли.
Это позволило исследователям использовать геномные образцы из популяции, чтобы делать вероятностные заявления о происхождении различных вариантов генов в этой популяции. Это дало ученым беспрецедентно точное представление о сценариях и взаимодействиях, которые со временем помогли сформировать изменчивость вида.
Но при всех своих революционных теоретических преимуществах n-коалесцент имел одно главное препятствие: модель работала в предположении, что популяции однородны. То есть предполагалось, что каждый человек имел одинаковый опыт, с теми же бедствиями, которые угрожают его выживанию, и теми же преимуществами, которые дают ему конкурентную ногу.
Это то место, где новые достижения команды бывшего Советского Союза по сравнению с предшественником. Их модель учитывает повышенную неоднородность окружающей среды, особенно в местах и временных интервалах. Эти допуски помогают получить более четкое представление о том, когда появляются различные генетические вариации — информация, которая имеет решающее значение при анализе патогенов, которые быстро развиваются в ответ на различные среды.
В своем исследовании Берли и Машаехи применили f-коалесцент к трем реальным наборам данных: данные о последовательности митохондрий горбатых китов, данные о митохондриях паразита малярии и полные данные генома штамма вируса гриппа H1N1.
Они обнаружили, что, хотя неоднородность окружающей среды, по- видимому, слабо влияет на набор данных горбатых китов, данные по гриппу и малярии предполагают, что при оценке патогенных микроорганизмов, которые эволюционируют быстро из-за изменения давления отбора, следует учитывать гетерогенность.
«Неоднородность влияет на сроки в генеалогии», сказал Машаехи. «F-коалесцент приведет к лучшим оценкам этого времени, что приведет к важным изменениям в анализе патогенов».
В то время как f-коалесцент предлагает новый многообещающий метод для улучшения нашего понимания изменчивости и динамического развития этих патогенов, исследователи говорят, что модель должна быть расширена еще больше, чтобы учесть многие факторы, которые могут влиять на изменение численности населения.
«Мы должны расширить нашу теорию за пределы одной популяции и включить иммиграцию в модель», — сказал Берли. «Только тогда мы сможем атаковать такие проблемы, как изменения в распространении гриппа или других быстроразвивающихся патогенов».
