Экспериментальный образец программного комплекса анализа символьных последовательностей геномики (ЭОПК АСПГ) ICGenomics предназначен для хранения, передачи, обработки и анализа данных о символьных последовательностях, полученных в рамках теоретической и прикладной геномики с целью повышения качества вычислительной обработки биологических данных, используемых в биомедицине и биотехнологии. В комплексе реализованы новые оригинальные методы обработки первичных данных высокопроизводительного секвенирования, в том числе данных ChIP-seq, предсказания регуляторных участков генов в нуклеотидных последовательностях, модели расположения нуклеосом, структурно-функциональной аннотации белков, включая их аллергенные свойства и особенности эволюции. Рассмотрено применение комплекса к анализу последовательностей паразитического червя O. felineus, данным ChIP-seq по профилям связывания транскрипционных факторов в геномах мыши и человека.

Комплекс доступен по адресу: http://www-bionet.sscc.ru/icgenomics.

В настоящее время накоплен колоссальный объем данных в области регуляции транскрипции генов эукариот, которая контролируется при участии большого количества белков, выполняющих различные функции в зависимости от стадии процесса транскрипции, что создает возможность реализации большого разнообразия механизмов регуляции. В данной работе представлены подходы к построению онтологии предметной области, формализации описания механизмов регуляции транскрипции и разработке на этой основе методов интеграции гетерогенной информации об особенностях регуляции экспрессии генов эукариот и базы знаний по механизмам регуляции транскрипции. Описана пилотная версия базы знаний по регуляции транскрипции генов эукариот, которая включает понятия, связанные с процессом регуляции транскрипции; иерархическую классификацию регуляторов транскрипции; классификацию этапов и стадий транскрипции, а также базу данных транскрипционных регуляторов трех видов млекопитающих (человека, мыши, крысы) и словари по молекулярным процессам, обеспечивающим регуляцию транскрипции. База знаний предназначена для информационной поддержки исследования механизмов тканеспецифичной регуляции транскрипции генов. Рассмотрены подходы к построению гипотез о механизмах регуляции транскрипции генов эукариот с использованием информации из базы знаний.

Целью создания базы данных является разработка новых экспериментально-технологических подходов для фундаментальных молекулярно-биологических исследований возрастных заболеваний человека на лабораторных животных (крысах) с использованием микрочиповых технологий оценки экспрессии генов. Несмотря на очевидную связь продолжительности жизни с наследственностью и огромное количество биомедицинских исследований процесса старения, сведения о генетических факторах детерминации процессов преждевременного старения крайне ограниченны. Было установлено, что характерные для старения структурно-функциональные изменения сетчатки аналогичны тем, что происходят на ранних стадиях ВМД и лежат в основе патогенеза этого заболевания, но не всегда приводят к его развитию. В базе данных RatDNA собрана информация о генах, ассоциированных с заболеваниями старения, в частности ВМД, и экспериментальные данные об их экспрессии в различных тканях модельной линии крыс. База доступна по адресу: http://pixie.bionet.nsc.ru/ratdna/rat/index.php.

Разработана база данных для подбора трансляционных энхансеров, обеспечивающих дополнительный контроль экспрессии чужеродного гена в растениях на уровне трансляции мРНК. База данных содержит структурированную информацию о локализованных в мРНК трансляционных энхансерах, которые контролируют экспрессию генов на посттранскрипционном уровне. Эта информация полезна для планирования генно-инженерных экспериментов. Использование платформы и интерфейса Sequence Retrieval System позволяет проводить быстрый поиск трансляционных энхансеров с определенными характеристиками и получать нуклеотидные последовательности выбранных энхансеров. База данных доступна по адресу http://wwwmgs.bionet.nsc.ru/mgs/dbases/trsig/.

Проведена классификация существующих теоретических подходов к исследованию термостабильности белков. Методы компьютерного моделирования динамики белков позволяют наиболее полно оценить микро- и макропараметры исследуемых молекул, но без уточнений (например, в части учета распределения заряда) они ограничены в точности получаемых результатов. Перспективными ввиду низкой требовательности к вычислительным ресурсам являются также методы выделения жестких фрагментов белков. Они позволяют напрямую определить изменения в гибкости структуры при совершении аминокислотных замен. Но их недостатком является сложность оценки влияния окружающего растворителя и его термодинамических параметров.

В течение 20-го столетия наблюдался стремительный рост числа аллергических заболеваний. На данный момент в индустриальных странах от аллергии страдает значительная часть населения, что делает анализ аллергенных свойств белков важной задачей. Ранее выдвигались предположения, что аллергенность белков зависит от их размера, ферментативных свойств, гомологии с белками человека и т. д. Однако анализ взаимосвязи аллергенности белков и среды обитания организма, к которому принадлежат данные белки, до сих пор не проводился. Нами были предсказаны белки-аллергены из протеомов более 500 видов микроорганизмов. Показано, что количество белков-аллергенов в протеомах микроорганизмов статистически значимо связано с патогенностью, ареалом, температурными условиями среды обитания и потребностью в кислороде этих микроорганизмов.

В данной работе описывается распределенный программный комплекс на основе RESTful-Web-сервисов, который ориентирован на решение задач реконструкции генных сетей на основе интеграции данных из гетерогенных источников информации, включая базы данных о молекулярно-генетических взаимодействиях, метаболических и сигнальных путях, генных сетях и т. д.

Актуальной проблемой системной биологии является моделирование сложноорганизованных молекулярно-генетических систем и их анализ, что требует разработки специальных подходов, позволяющих рассматривать эти системы как совокупность динамически взаимодействующих подсистем с более простой структурой. В данной работе освещается подход, направленный на ускорение процесса реконструкции и комплексного анализа математических моделей молекулярно-генетических систем с использованием высокопроизводительного кластера.

Целью работы было изучение динамики формы (морфодинамики) на ранних стадиях развития зародыша Arabidopsis thaliana. В ходе работы была отработана последовательность использования информационных технологий – конвейер процедур – от получения стеков конфокальных снимков и реконструкции по ним трехмерных моделей зародыша до клонального анализа и расчетов механического поведения клеток растущего зародыша. В статье приведены описание конвейера и предварительные результаты.

Даны краткое описание динамических систем с динамической структурой и формализм L-систем для их представления. На примерах продемонстрировано применение L-систем для моделирования роста растительных тканей и регуляции паттернов распределения параметров, характеризующих состояние системы.

В работе приведены результаты разработки высокопроизводительной версии программного комплекса «Гаплоидный эволюционный конструктор» (http://evol-constructor.bionet.nsc.ru), предназначенного для моделирования функционирования и эволюции прокариотических сообществ. Разработана параллельная версия программы, предназначенная для работы на высокопроизводительных кластерах с поддержкой MPI. Оказалось, что общее ускорение параллельной версии программного комплекса почти линейно зависит от числа используемых процессоров, и время расчета сложных моделей сообществ на кластере ЦКП «Биоинформатика» СО РАН уменьшилось с десятков часов до нескольких минут.

В статье описаны методика моделирования функционирования и эволюции прокариотических сообществ и программный комплекс «Гаплоидный эволюционный конструктор» (http://evol-constructor.bionet.nsc.ru) для построения моделей с пространственным распределением по одной координате (1D). Приведено сравнение 0D (с полным перемешиванием) и 1D моделей прокариотического сообщества вида «отравитель–жертва». Показано влияние пространственного распределения субстратов и прокариотических клеток на стабильность сообщества.

Разработан Интернет-портал для информационной поддержки проведения НИР в области биотехнологии растений, содержащий специализированные модули (базы данных –БД) и программные компоненты), включая БД внешних информационных ресурсов, БД промоторов для трансгенеза растений, БД трансляционных энхансеров для трансгенеза растений, БД WheatPGE для поддержки экспериментов в области генной инженерии растений и селекционно-генетических экспериментов на пшенице. Модульная структура позволяет использовать этот ресурс в качестве платформы, к которой могут добавляться новые информационные и программные компоненты. Интернет-ресурс доступен на сайте ИЦиГ СО РАН (http://bioagrotech.bionet.nsc.ru/).

В настоящей работе представлена система BioInfoWF для автоматической генерации Web-интерфейсов и Web-сервисов для вычислительных модулей в области биоинформатики. Для каждого вычислительного модуля, используемого в этой системе, вводится метаописание на языке XML. На основе метаописаний BioInfoWF автоматически генерируют Web-интерфейсы и Web-сервисы, которые в дальнейшем могут использоваться как в различных биоинформационных системах, так и непосредственно в самой системе BioInfoWF. Вычислительные модули в нашей системе могут объединяться в конвейеры, для которых автоматически генерируется пользовательский Web-интерфейс. Разработанный нами инструмент существенно упрощает разработку и публикацию модулей анализа биоинформатических данных в сети, что обеспечивает их доступность для сообществ биологов и биоинформатиков. Система BioInfoWF распространяется под свободной лицензией GNU GPL. Дистрибутив и пользовательская документация системы BioInfoWF доступны на сайте http://bioinfowf.bionet.nsc.ru.

Разработана и создана система детекции для определения наличия антител/антигенов в биологических жидкостях. Система предназначена для регистрации кинетики свободной иммунодиффузии флюоресцентных нанокомплексов в каналах микрофлюидного модуля биоаналитического комплекса нового поколения. Система состоит из четырех параллельных каналов возбуждения, системы регистрации флюоресценции и программы обработки изображения. Система позволяет регистрировать наличие антител/антигенов в биологических жидкостях в концентрациях менее чем 0,1 мкг/мл.