Числа имеют забавную природу. Студентов-математиков учат различным стратегиям, чтобы облегчить решение задач. Сравниваете дроби? Найдите общий знаменатель или переведите в десятичную дробь. Стратегии усложняются, когда речь идет о математике, используемой для описания работы ДНК, РНК или белковых последовательностей.
В науке, когда вы создаете модель, ее параметры определяют прогнозы. Но что делать, если разные наборы параметров приводят к одинаковым прогнозам? Назовите одну половину 2/4 или 3/6 — в любом случае результат будет одинаковым. В физике такие наборы параметров называются калибровочными свободами. Они играют ключевую роль в понимании электромагнетизма и квантовой механики. Удивительно, но свобода калибровки возникает и в вычислительной биологии, когда мы пытаемся смоделировать взаимодействие различных мутаций.
Теперь биологи из Лаборатории Колд-Спринг-Харбор (CSHL) разработали единую теорию для калибровочных свобод в моделях биологических последовательностей. Их решение может найти бесчисленное множество применений — от селекции растений до разработки лекарств. Работа опубликована в журнале PLOS Computational Biology.
Конечно, большинство людей никогда не слышали о калибровочных свободах. Так насколько они распространены? «Когда речь идет о компьютерных моделях, используемых для описания огромных генетических массивов данных, они встречаются практически повсеместно», — говорит доцент CSHL Джастин Кинни, руководитель исследования.
«Свободы калибровки можно увидеть в вычислительных моделях работы биологических последовательностей», — говорит Кинни. «Исторически сложилось так, что с ними обращались как с досадными формальностями. Мы первыми изучаем их напрямую, чтобы глубже понять, откуда они берутся и как с ними обращаться».
До сих пор вычислительные биологи учитывали свободу измерений, используя различные специальные подходы. Кинни и его коллеги искали лучший способ. Вместе они разработали единый подход. Новая математическая теория дает эффективные формулы, которые ученые могут использовать для всевозможных биологических вычислений. Эти формулы позволят ученым интерпретировать результаты исследований гораздо быстрее и с большей уверенностью.
Исследователи также опубликовали сопутствующую работу, в которой раскрывают, откуда в конечном итоге берутся калибровочные свободы. Оказывается, они нужны для того, чтобы модели отражали симметрии в реальных биологических последовательностях. Возможно, нелогично, что для того, чтобы биологические модели вели себя просто и интуитивно понятно, они должны быть больше и сложнее. «Мы доказываем, что свобода калибровки необходима для интерпретации вклада конкретных генетических последовательностей», — добавляет МакКэндлиш, соавтор статьи.
В совокупности эти исследования свидетельствуют о том, что единый подход Кинни — не просто новая стратегия решения теоретических проблем. Он может оказаться основополагающим для будущих усилий в сельском хозяйстве, открытии лекарств и других областях.
[Фото: ru.123rf.com]
