3DGenBench – pierwsza porównywarka modeli na potrzeby genomiki trójwymiarowej

International Nucleome Consortium opracowało narzędzie, które pomoże w ocenie modeli genomiki trójwymiarowej. W pracach uczestniczyli naukowcy z Wydziału Matematyki i Nauk Informacyjnych PW.

Przestrzenna organizacja genomu jest przedmiotem badań wielu naukowców, których odkrycia dostarczają nowych informacji, ale i rodzą kolejne pytania. Jednym z utrudnień dla badaczy jest brak jednolitych metod do porównywania modeli opracowanych na podstawie doświadczeń trójwymiarowej genomiki.

Tajemnice genomiki

Informacja genetyczna określająca cały organizm jest zakodowana w kwasie deoksyrybonukleinowym (DNA) i przechowywana w jądrze komórkowym razem z białkami w postaci chromatyny. Bardzo mała przestrzeń jądra komórkowego (rzędu ok. 10 mikrometrów) w stosunku do długości łańcucha podwójnej helisy (w przypadku człowieka są to aż 2 metry) wymusza niezwykle wysoki stopień upakowania DNA i konieczność specyficznej, wieloskalowej struktury trójwymiarowej. Układ przestrzenny chromatyny wpływa na zmiany w ekspresji genów, warunkując prawidłowy rozwój organizmu i odpowiedź na zmieniające się warunki środowiskowe.

Zrozumienie mechanizmów kierujących zwijaniem się chromatyny jest jednym z najtrudniejszych pytań we współczesnej genomice, czyli dziedzinie nauki zajmującej się analizą genomu organizmów.

Efekty pracy trzeba porównać

Dzięki eksperymentom genomiki trójwymiarowej badacze mogą uzyskać różne zbiory danych opisujące organizację i dynamikę chromatyny pod kątem ilościowym. Aktywnie rozwijane są metody statystyczne, wykorzystuje się także modelowanie biofizyczne. Ich celem jest przewidywanie struktury trójwymiarowej chromatyny na podstawie danych doświadczalnych.

Jednym z podstawowych problemów pozostaje nadal efektywne porównanie przygotowanych modeli komputerowych. Wynika to m.in. z różnic między metodami symulacji polimerowych, metod statystycznych, ale też specyfiki różnych zbiorów danych. Brakuje ustandaryzowanych modeli referencyjnych, danych doświadczalnych, które mogą być użyte w badaniach porównawczych. Potrzeba również statystycznie racjonalnych metryk do oceny i porównania modeli 3D, a także do ilościowego określenia podobieństw między przewidywaniami komputerowymi oraz eksperymentami.

3DGenBench pomoże naukowcom z całego świata

Narzędzie do jednolitej oceny modeli obliczeniowych na potrzeby genomiki 3D opracowało międzynarodowe konsorcjum International Nucleome Consortium. W pracach uczestniczyli prof. Dariusz Plewczyński oraz mgr inż. Mateusz Chiliński z Wydziału Matematyki i Nauk Informacyjnych PW. Ich badania były finansowane w ramach prowadzonego w PW programu „Inicjatywa doskonałości - uczelnia badawcza” (grant w konkursie BEYOND POB) oraz konkursu PRELUDIUM BIS organizowanego przez Narodowe Centrum Nauki.

– 3DGenBench to pierwsza platforma internetowa, która oferuje porównania między modelami pochodzącymi z różnych metod symulacji biofizycznych. Stanowi unikalne narzędzie dla naukowców z całego świata służące do porównywania swoich wyników przy pomocy rzetelnych metryk – mówi prof. Dariusz Plewczyński.

Obecnie platforma pozwala na dwa rodzaje analiz, ale można ją łatwo rozszerzyć o dodatkowe gatunki, typy komórek i testy porównawcze.