Ученые нашли математический ключ к генетике

Исследователи из Лаборатории Колд-Спринг-Харбор в США разработали единую математическую теорию, объясняющую феномен «калибровочных свобод» в биологических моделях, что может радикально упростить и ускорить анализ ДНК, РНК и белковых последовательностей. Работа опубликована в журнале PLOS Computational Biology.

2/4 и 3/6 — это разные дроби, но дают одинаковый результат. В физике подобные ситуации называются калибровочными свободами — когда разные параметры в модели приводят к одинаковым итогам. Оказывается, в вычислительной биологии это встречается не реже, чем в квантовой физике.

До сих пор такие «свободы» воспринимались как раздражающие технические детали, которые ученые старались обойти с помощью хитрых ухищрений. Однако команда под руководством доцентов Джастина Кинни и Дэвида МакКэндлиша первой подошла к этой проблеме фундаментально — и разработала универсальную теорию, которая объясняет, откуда возникают эти симметрии и как с ними эффективно работать.

«Калибровочные свободы повсеместны в моделях, описывающих, как работают биологические последовательности», — объяснил Кинни. — «Мы впервые не просто учитываем их, а используем для более глубокого понимания самих моделей».

Разработанные формулы позволяют намного быстрее интерпретировать результаты, избегая путаницы, вызванной эквивалентными, но внешне разными параметрами. Это значит, что ученые смогут быстрее находить значимые мутации, лучше понимать, как различные гены взаимодействуют, и точнее предсказывать результат.

«Мы доказали, что без калибровочных свобод нельзя правильно интерпретировать вклад отдельных генетических последовательностей», — подчеркнул МакКэндлиш.

Новая теория открывает путь к созданию более надежных и интерпретируемых моделей в биоинформатике, особенно при работе с большими генетическими базами. Это позволит ученым точнее выбирать мутации для генной терапии, улучшать сорта сельхозкультур и разрабатывать персонализированные лекарства.