Уявіть собі гігантське, гіллясте дерево життя, де кожна гілочка, кожен листок — це окремий вигляд, а коріння сягає глибокого минулого, до спільних предків. Розуміння того, як саме ці гілки пов’язані, хто кому доводиться «родичем» у цьому грандіозному дереві, — одне із фундаментальних завдань біології. Це не просто академічний інтерес. Знання еволюційних зв’язків допомагає нам у різних областях: від пошуку нових ліків і боротьби з пандеміями до збереження зникаючих видів. Але ось невдача: розшифровка цих зв’язків — справа непроста, яка потребує глибоких знань та серйозних обчислювальних потужностей. Або принаймні так було донедавна. А що, як можна простіше? Вчені з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго, схоже, знайшли спосіб зробити це складне завдання доступнішим. Команда інженерів під керівництвом професора Ятіша Турахії розробила інструмент, який отримав трохи кумедну, але назва ROADIES. Ця система обіцяє справжній прорив, дозволяючи будувати філогенетичні дерева видів — ті самі «дерева життя» — прямо із «сирих» геномних даних. І що найприємніше, з набагато меншими витратами часу, сил та спеціалізованих знань. Давайте розберемося, чому так важливо. Традиційно, щоб збудувати таке дерево, вченим доводилося робити колосальну підготовчу роботу. Потрібно було не просто відсеквенувати геноми (тобто «прочитати» їхню ДНК), а й провести їхню ретельну анотацію — визначити, де знаходяться гени, які функції вони виконують. Потім слідував кропіткий пошук ортологів — генів, що мають загальне походження у різних видів. Це схоже на детективну роботу: знайти схожі «докази» в геномах десятків, а то й сотень організмів, і переконатися, що вони справді вказують на спорідненість, а не випадкову схожість. Все це вимагає не тільки часу, а й дуже високої кваліфікації, не кажучи вже про потужні комп’ютери для обробки величезних масивів даних. Секретна зброя ROADIES: простота та елегантність То в чому ж хитрість ROADIES? Розробники пішли трохи іншим, я б сказав, більш витонченим шляхом. По-перше, інструмент відмовляється від ідеї вибирати якісь «особливі» ділянки геному, на кшталт білок-кодуючих генів, на які зазвичай спираються при побудові філогенії. Натомість ROADIES працює з випадковою вибіркою локусів (ділянок ДНК) з геномів. Звучить трохи контрінтуїтивно, чи не так? Як отримати точний результат, спираючись на випадковість? Однак, як показали дослідження (а стаття про це опублікована в престижному PNAS — Proceedings of the National Academy of Sciences), такий підхід не тільки працює, а й, можливо, навіть краще відповідає реальним моделям еволюції послідовностей ДНК. Головний плюс такого підходу — відпадає потреба в інструкції геному. Уявляєте, скільки часу та сил це економить? Це якби для приготування складної страви вам більше не потрібно було б ретельно відбирати та зважувати кожен інгредієнт, а можна було б просто взяти по щіпці того й цього, і результат все одно був би чудовим. По-друге, ROADIES вміє працювати з генами, які представлені в геномі численними копіями. Це досить часто явище, коли той самий ген дублюється в процесі еволюції. Для багатьох старих методів це справжній головний біль, адже потрібно якось розібратися, яка копія відповідає у різних видів. ROADIES ж завдяки інтеграції з розробками лабораторії іншого професора з Сан-Дієго, Сіаваша Мірараба, елегантно обходить цю проблему. Це, своєю чергою, позбавляє необхідності визначати ортологію — ще один трудомісткий етап. У результаті, прибравши два таких «вузьких місця» — анотацію і пошук ортологів — розробники отримали не просто швидкий і точний інструмент, але і по-справжньому автоматизований конвеєр. просто слова: вчені вже протестували ROADIES на таких різних групах, як плацентарні ссавці (так-так, ми з вами теж тут), плодові мушки (улюблениці генетиків), птахи і навіть дріжджі, що ниркуються, І скрізь інструмент показав себе з кращого боку. Навіщо нам усім це потрібне? Добре, скажете ви, вченим полегшало, це зрозуміло. А нам що з цього? А ось що: Розуміння еволюції: Більш точні та доступні філогенетичні дерева поглиблюють наші знання про те, як розвивалося життя на Землі, як з’являлися і зникали види, як вони пристосовувалися до змін середовища. Це фундаментальні знання, основа основ сучасної біології. Медицина: Порівнюючи геноми близькоспоріднених видів, можна виявляти ділянки, які відповідають ті чи інші захворювання, чи, навпаки, за стійкість до них. Це прямий шлях до розробки нових ліків та методів лікування. Наприклад, розуміння еволюції вірусів є ключем до боротьби з пандеміями. Сільське господарство: Вивчення родинних зв’язків культурних рослин та їх диких родичів допомагає виводити більш урожайні та стійкі сорти. Охорона природи: Точне знання філогенії допомагає правильно розставляти пріоритети у збереженні біорізноманіття, адже деякі види можуть бути унікальними носіями давніх еволюційних ліній. І це лише кілька прикладів. Доступність таких інструментів як ROADIES по суті демократизує науку. Тепер дослідники, які не є вузькими фахівцями з біоінформатики, зможуть самостійно проводити складний філогенетичний аналіз, що, безсумнівно, прискорить науковий прогрес у багатьох сферах. Що далі? Тільки вперед! Команда Ятіша Турахії не збирається зупинятися на досягнутому. У планах – подальше вдосконалення ROADIES. Наприклад, вони хочуть навчити систему «вбудовувати» нові види на вже існуючі дерева, а також задіяти потужності графічних процесорів (GPU), щоб обробляти дані не сотень, а десятків тисяч геномів! А це вже зовсім інший масштаб. Враховуючи, що зараз у світі реалізуються амбітні проекти із секвенування геномів тисяч, а в перспективі — і всіх еукаріотичних (тобто мають ядро ​​в клітинах) видів на Землі, такий інструмент буде просто незамінним. Так що, можливо, незабаром побудувати «генеалогічне дерево» для будь-якої групи організмів стане завданням, посильним для будь-якої добре оснащеної лабораторії, а не тільки для обраних гуру біоінформатики. І хто знає, які дивовижні відкриття чекають на нас за поворотом, коли ми зможемо подивитись на дерево життя з такою неймовірною деталізацією. Одне ясно: еволюція вивчення еволюції продовжується, і ROADIES — важлива віха на цьому шляху.