• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Ученые разработали новый метод анализа генетического перемешивания популяций

Ученые разработали новый метод анализа генетического перемешивания популяций

© iStock

Исследователи Международной лаборатории статистической и вычислительной геномики НИУ ВШЭ совместно с иностранными коллегами предложили новый статистический метод анализа перемешивания популяций. Он позволяет точнее определять время и количество волн миграций. Так, в истории колумбийцев и мексиканцев (потомков коренных американцев, испанцев и африканцев) по два эпизода перемешивания, которые произошли около 350 и 200 лет назад для мексиканцев и 400 и 100 лет назад для колумбийцев. Результаты опубликованы в журнале Plos Genetics.

Когда в 1953 году Ф. Крик и Дж. Уотсон расшифровали структуру ДНК, они заявили, что «разгадали тайну жизни». Действительно, вся жизнь на Земле воспроизводится за счет постоянного деления клеток и копирования их генетического материала. ДНК передается потомкам из поколения в поколение, а геном человека представляет собой мозаику из генетических фрагментов наших предков, живших в разные эпохи. Чтобы понимать истоки генетического разнообразия современных людей, необходимо исследовать историю популяций: где жили наши предки, когда и куда они мигрировали, когда и с кем перемешивались. 

Историю перемешивания популяций можно восстановить, если проанализировать связи между генетическими вариантами человека. В нашем геноме присутствует генетический материал отца и матери; далее своим потомкам мы передаем уже новые сочетания генетических вариантов, мозаику, составленную из геномов наших родителей. Это явление называется рекомбинацией. 

Например, если мать — испанка, а отец — коренной американец, то у ребенка будет один испанский и один американский набор хромосом. Но своему ребенку он передаст уже набор хромосом, состоящий из сочетания участков испанского и американского происхождения (второй набор хромосом достанется ребенку от другого родителя). Происхождение этих участков можно определить по последовательностям генетических вариантов, характерным для той или иной популяции. В каждом новом поколении рекомбинации будут перемешивать участки разного происхождения все сильнее и сильнее, разбивая эти характерные генетические последовательности. Со временем они распадаются, окончательно перемешиваясь между собой. 

Таким образом, вычислив корреляцию между генетическими вариантами на разных участках хромосом и проанализировав силу их связей, можно сказать, сколько поколений назад произошло перемешивание популяций. 

Более ранние методы анализа генетического перемешивания популяций позволяли оценить время последнего события перемешивания. Алгоритм был основан на анализе силы связи между парами генетических вариантов. Ученые из Международной лаборатории статистической и вычислительной геномики НИУ ВШЭ совместно с иностранными коллегами предложили анализировать тройки вариантов. Такой статистический метод позволяет моделировать более сложные сценарии перемешивания популяций: например, выделить два случая перемешивания и определить, сколько поколений сменилось с тех пор. 

«Представим, что к берегам Америки впервые пристают корабли с европейскими переселенцами. Европейцы начинают осваивать новые территории и перемешиваются с коренным населением Америки. Однако через несколько поколений в Америку приплывают еще корабли с европейцами. Вот как раз наш метод и позволяет увидеть, что было две волны переселения, два эпизода перемешивания в разные временные периоды», — объясняет один из авторов статьи, стажер-исследователь лаборатории, студент МИЭМ ВШЭ Михаил Шишкин.

В качестве примера в работе были проанализированы генетические образцы популяции колумбийцев и мексиканцев, собранные в рамках проекта по созданию генетической базы данных 1000 Genomes. Обе эти популяции появились в результате перемешивания коренных американцев, испанцев и африканцев. Результаты расчетов показали, что в истории обеих популяций было по две волны перемешивания, которые произошли 13 и 8 поколений (350 и 200 лет) назад для мексиканцев и 15 и 4 поколения (400 и 100 лет) назад для колумбийцев. 

Владимир Щур

«Наш метод требует больших объемов данных для работы: если для более ранних алгоритмов требовались десятки образцов, то нам нужны сотни. И сегодня есть возможность их получить. В нашем случае мы воспользовались генетической базой данных проекта 1000 Genomes. За последние 10 лет возможности расшифровки генома и обработки данных значительно расширились, так что  количество доступных образцов больше не является ограничением», — рассказывает заведующий Международной лабораторией статистической и вычислительной геномики НИУ ВШЭ Владимир Щур.

Вам также может быть интересно:

«Удалось собрать на одной площадке специалистов по ИИ, чистой математике и нейробиологии»

В начале сентября на факультете компьютерных наук Вышки прошла международная конференция Computer Methods of Cognitome Analysis. Событие, посвященное методам анализа когнитома, было организовано Международной лабораторией алгебраической топологии и ее приложений ФКН ВШЭ.

Ученые рассказали, как РНК влияют на развитие онкологии

Международная группа ученых и медиков с участием исследователей из НИУ ВШЭ изучила влияние микроРНК и длинных некодирующих РНК на развитие рака яичников у женщин. Ученые рассмотрели более сотни образцов опухолей и выяснили, что определенные микроРНК препятствуют мутации клеток, а длинные некодирующие РНК, связывающие их, наоборот, ее стимулируют. Полученные результаты могут помочь в разработке нового типа фармацевтических препаратов, регулирующих концентрации микроРНК у пациентов. Исследование опубликовано в International Journal of Molecular Sciences.

Ученые ВШЭ адаптировали на русский язык Шкалу эмоционального заражения

Ученые из Института когнитивных нейронаук ВШЭ перевели опросник эмоционального заражения на русский язык и проверили его действие на русскоязычных испытуемых. Это первое исследование того, как люди бессознательно подражают чужим эмоциям, проведенное на российской выборке. Результат опроса более 500 респондентов показал, что женщины больше склонны к заражению чужими чувствами, чем мужчины. Исследование опубликовано в журнале Frontiers in Psychology.

В пандемию преподаватели вузов стали еще больше работать

Рабочая неделя ученых стала еще длиннее в период пандемии. Этот эффект коснулся исследователей из разных стран вне зависимости от их пола и специализации, выяснила международная команда с участием ученых из НИУ ВШЭ. Продолжительность рабочего времени в пандемию составила около 51 часа в неделю против обычных 40. Увеличение количества рабочих часов в неделю, по-видимому, часть новой нормы академической среды. Результаты исследования опубликованы в журнале Plos One.

Российские ученые рассчитали, как лучше всего распределять награды в командных турнирах

Исследователи из Международной лаборатории экономики нематериальных активов ВШЭ вывели функцию расчета вознаграждений для победителей и призеров командных соревнований. В работе использовалась статистика турниров по киберспорту. Полученный принцип позволит выстроить оптимальную структуру призов в групповых турнирах в любой сфере, в том числе в бизнесе или битве патентов. Результаты исследования опубликованы в Journal of Economic Behavior & Organization.

Ученые предложили новый способ борьбы с раком

Коллаборация исследователей при участии специалистов Международной лаборатории биоинформатики факультета компьютерных наук НИУ ВШЭ представила новый способ борьбы с трудноизлечимой меланомой. Ученые обнаружили, что одна из форм молекулы ДНК, попадая в раковые клетки, способна вызвать иммунный ответ, аналогичный реакции организма на вирус. В результате погибают клетки, поддерживающие рост опухоли, а пациент снова начинает реагировать на противораковую терапию. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Ученые из Москвы и Владивостока вместе изучают институты и предпочтения в экономическом поведении

До 20 мая продолжается прием заявок от подразделений НИУ ВШЭ на открытый конкурс проектов «Зеркальные лаборатории» 2022 года. Одна из зеркальных лабораторий, успешно работающих сегодня, была создана по итогам аналогичного конкурса в 2020 году учеными-экономистами из НИУ ВШЭ и Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) для изучения институтов и предпочтений в экономическом поведении. Как организовано сотрудничество коллег из Москвы и Владивостока, рассказывает заведующий Международной лабораторией экспериментальной и поведенческой экономики НИУ ВШЭ Алексей Белянин.

Пандемия спровоцировала рост стрессовых расстройств среди врачей

Психологи из НИУ ВШЭ совместно с коллегами из Екатеринбурга провели исследование о влиянии пандемии на психологическое здоровье российских врачей: оказалось, что медицинские работники чаще стали страдать от стресса, тревоги и депрессии. Результаты работы опубликованы в журнале International Journal of Environmental Research and Public Health.

Биологи выяснили, как стволовые клетки превращаются в клетки других типов на молекулярном уровне

Международная группа ученых с участием биологов Высшей школы экономики разработала метод, который позволяет получать информацию одновременно об изменении экспрессии и свойств белков при переходе клеток из одного состояния в другое. Благодаря новому методу и разработанному для визуализации изменений веб-инструменту ProteoTracker ученым удалось выяснить молекулярный механизм замедления скорости синтеза белка в стволовых клетках, а также предложить способ поддержания плюрипотентных свойств клеток в условиях in vitro (вне организма). Работа опубликована в журнале Nature Communications.

В НИУ ВШЭ начала работу Международная лаборатория ландшафтной экологии

Ее заведующим стал Роберт Сандлерский — специалист по изучению энергомассообмена и других свойств ландшафтов по данным космической съемки, старший научный сотрудник Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН. Чем будет заниматься лаборатория, он рассказал в интервью новостной службе портала.