Применение генеративно-состязательных сетей к задачам распознавания вторичных структур ДНК

ДНК – одна из важнейших макромолекул любого организма. Она состоит из последовательностей нуклеотидов и отвечает за хранение информации, передачи ее из поколения в поколение, а также за многие другие функции в клетках живых организмов. Активное изучение ДНК началось еще в конце 19 столетия [1] и по настоящее время проблема не теряет своей актуальности. Особый интерес для исследователей имеют вторичные структуры ДНК, которые представляют собой расположение молекулы ДНК в пространстве, определяющее и саму структуру ДНК и её функции. У структуры Z-ДНК, в отличие от самых распространённых структур А и В, спираль закручена влево. Точные закономерности построения данной структуры в настоящий момент неизвестны, а количество экспериментально полученных данных мало, что мешает корректно обучать некоторые модели машинного обучения. Именно поэтому распознавание и генерация Z-ДНК при помощи нейронных сетей является важной задачей в исследовании данной структуры. Работа посвящена применению генеративно-состязательных нейронных сетей к задачам распознавания вторичных структур ДНК, в частности Z-ДНК. Задача распознавания Z-ДНК это одна из важнейших задач, поскольку ее решение позволяет определять является ли данная последовательность нуклеотидов закрученной влево спиралью ДНК или нет. Задача генерации – создать последовательности нуклеотидов, при которых ДНК имело бы структуру Z-ДНК. Созданные последовательности можно использовать с целью улучшения качества других моделей, которые, например, требуют большой массив данных. В результате данной работы были протестированы и улучшены некоторые структуры нейронных сетей, которые в дальнейшем распознают Z-ДНК с точностью до 1.0, и генерируют последовательности, которые распознаются CNN с точностью до 1. Дополнительно, перед распознаванием и генерацией Z-ДНК разработанные нейронные сети были протестированы на промоторных областях ДНК человека. Данная работа является одной из первых работ по использованию нейронных сетей в задачах генерации и распознавания Z-ДНК.