Олер, ученый-компьютерщик, во время учебы сосредоточился на программах распознавания речи. Он использовал статистические процедуры, чтобы отфильтровать релевантную информацию из фонового «шумового загрязнения», окружающего данные, и таким образом точно идентифицировать слова.
Используемые для этой цели математические методы, включая преобразование Фурье, в течение некоторого времени были незаменимы в современной обработке данных. Астрофизики, исследующие спектры в свете далеких звезд, или разработчики, работающие над распознаванием речи для мобильных телефонов, сталкиваются с той же проблемой: «зашумленные» сигналы необходимо интерпретировать как можно точнее. Теперь Олер применяет эти методы фильтрации к молекулярной биологии. Вместе со своими коллегами из Берлинского института медицинской системной биологии (BIMSB) в MDC он разработал и протестировал RiboTaper.
Программа фильтрует соответствующую информацию из определенных данных секвенирования, чтобы определить, действительно ли одна из фабрик клеточных белков — рибосомы — активна на РНК.RiboTaper основан на лабораторной методике, разработанной несколько лет назад в США. Он называется Ribo-seq и используется для идентификации части гена, кодирующей белок.
Это важно, поскольку теория о том, что все гены, закодированные в ДНК, содержат «руководство по построению» белка, не совсем точна. Тысячи генов, которые были нанесены на карту в геноме в последние годы, действительно транскрибируются в РНК, но неизвестно, содержат ли они небольшие участки, кодирующие белок. В целом, только небольшая часть генома отвечает за производство белков. Львиная доля ДНК выполняет регулирующие функции.
Более того, от клетки к клетке разные гены иногда активируются, а иногда и отключаются. Как мы можем узнать, какие гены в каких клетках действительно производят белок, а какие нет?Ответ можно найти, посмотрев на рибосомы и руководство по сборке, по которому они работают.
Ribo-seq помогает в этом, потому что эта влажная лабораторная процедура фактически «замораживает» рибосомы на их месте на цепи РНК. РНК — это руководство по построению, передаваемое от генов.
Все, кроме рибосомы и связанной с ней РНК, переваривается с помощью биохимических инструментов. Это позволяет молекулярным биологам определить, с какими инструкциями работают рибосомы.
Проблема в том, что данные, полученные с помощью Ribo-seq, «зашумлены». Есть крошечные остатки ДНК, РНК и белков, которые встречаются в природе и разбираются в каждой клетке. Более того, никогда нельзя точно знать, действительно ли рибосомы активны и продуцируют белки в идентифицированной точке РНК, или же они, по сути, просто ждут другого сигнала. Сухой лабораторный метод RiboTaper должен помочь восполнить этот информационный пробел.
Его можно использовать для более точного разъяснения роли ДНК, РНК и рибосом.«Мы знаем, например, что определенная рибосома обычно покрывает около 29 строительных блоков или нуклеотидов РНК», — говорит Олер. «И мы также знаем, что рибосома движется по РНК с интервалом в три нуклеотида».
Это создает периодический шаблон, который биоинформатики могут искать во всех данных. «Это показывает нам точки на РНК, где происходит что-то важное», — говорит Олер. Вы можете представить себе, на что это похоже, если подумаете о кухне, потрошенной огнем. Криминалисты исследуют кухню и находят листы с рецептами, сахар, яйца и муку.
Но был ли торт готов, когда кухня была в огне? Или были готовы только ингредиенты для теста?
Что собирался испечь повар? Используя Ribo-seq в сочетании с RiboTaper, криминалистика молекулярной биологии намного ближе к раскрытию секрета клеточной кухни.Олер объясняет: «С помощью RiboTaper мы можем найти более мелкие белки в ранее плохо изученных генах и помочь прояснить противоречивые интерпретации данных».
Олер также видит еще одно преимущество: «Устройства для секвенирования сейчас доступны во многих лабораториях, но только несколько центров имеют доступ к хорошему масс-спектрометру. С помощью RiboTaper мы можем сделать выводы о том, какие транскрипты активно транслируются в белки».
Чтобы проверить новую процедуру, Олер испытал свои образцы, а данные RiboTaper проверил его коллега из MDC Матиас Сельбах с помощью масс-спектрометрии. Поскольку ряд групп в MDC уже используют Ribo-seq, RiboTaper может помочь им в их интерпретации новыми захватывающими способами.