是時(shí)候進(jìn)入你的DNA了
MRC Weatherall分子醫(yī)學(xué)研究所(MRC WIMM)的研究人員開發(fā)了一種技術(shù),使科學(xué)家能夠在虛擬現(xiàn)實(shí)中探索DNA的復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)。在新發(fā)布的預(yù)印本中,該團(tuán)隊(duì)描述了他們的工具,現(xiàn)在所有人都可以免費(fèi)使用。
制定構(gòu)成遺傳密碼的序列現(xiàn)在已成為醫(yī)學(xué)研究的常規(guī),但序列不是全部; 基因也通過DNA特定部分之間的物理相互作用打開和關(guān)閉??紤]染色體1,這只是我們所擁有的23對(duì)染色體中的一條:一條錯(cuò)綜復(fù)雜的折疊鏈,含有44,000個(gè)核苷酸,含有4,220個(gè)基因,它們?cè)谌齻€(gè)維度上相互物理相互作用。
這些相互作用的分子折紙需要非常精確,錯(cuò)誤實(shí)際上可能是生與死之間的差異。認(rèn)為DNA折疊的變化與一系列疾病有關(guān),包括癌癥。我們攜帶的所有22,000個(gè)基因都包含在距離DNA 2米的范圍內(nèi),它同樣被包裝成復(fù)雜的褶皺,并且在身體的37萬億個(gè)細(xì)胞的每個(gè)細(xì)胞核中都有螺旋狀。
在3D中可視化
計(jì)算構(gòu)成我們DNA中遺傳密碼的2-D核苷酸序列對(duì)于理解基因的工作原理至關(guān)重要,但理解DNA折疊之間的物理相互作用需要跨越一個(gè)新的維度。
這就是來自MRC WIMM計(jì)算生物學(xué)中心的Stephen Taylor和Jim Hughes進(jìn)來的地方。他們將他們?cè)谟?jì)算生物學(xué)和基因調(diào)控方面的專業(yè)知識(shí)與實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和人機(jī)交互方面的專家一起用于Goldsmiths大學(xué)。倫敦,生產(chǎn)CSynth。CSynth是一種交互式工具,它允許科學(xué)家在三維中可視化整個(gè)DNA染色體并跟蹤物理相互作用點(diǎn)。
與同類工具不同,CSynth將交互式建模與他們?cè)?-D模型中看到的能力與在線免費(fèi)提供的DNA序列信息相結(jié)合。用戶可以動(dòng)態(tài)更改參數(shù)并比較模型,以了解這可能如何影響DNA中的基因和其他元素,例如打開和關(guān)閉基因的開關(guān)。CSynth的另一個(gè)特點(diǎn)是它將最先進(jìn)的計(jì)算模型與虛擬現(xiàn)實(shí)相結(jié)合。這意味著研究人員可以虛擬地進(jìn)入DNA結(jié)構(gòu),以新的方式探索和操縱DNA分子。
學(xué)習(xí)工具
真正可視化DNA的潛力也使CSynth成為一個(gè)優(yōu)秀的學(xué)習(xí)和公共參與工具,特別是與虛擬現(xiàn)實(shí)相結(jié)合時(shí)。成千上萬的人在皇家學(xué)會(huì)夏季展覽會(huì),切爾滕納姆科學(xué)節(jié)以及許多學(xué)校和研究所體驗(yàn)過CSynth。
牛津團(tuán)隊(duì)已經(jīng)與MRC WIMM的其他研究人員合作,研究編碼部分血紅蛋白復(fù)合物(紅細(xì)胞中輸送氧氣的分子)的DNA如何在3-D中折疊,以及折疊如何在不同的情況下折疊細(xì)胞類型。
最新的是,任何有權(quán)訪問網(wǎng)絡(luò)瀏覽器的人都可以免費(fèi)使用該軟件?,F(xiàn)在,任何科學(xué)家都可以將自己的數(shù)據(jù)上傳到http://csynth.org/進(jìn)行建模和探索。它不需要軟件安裝,運(yùn)行速度極快。研究人員希望這個(gè)公共網(wǎng)絡(luò)界面使CSynth對(duì)教育和學(xué)習(xí)也有用,研究人員可以在線分享他們的模型。
但也許最重要的是,CSynth將幫助牛津大學(xué)及其他科學(xué)家識(shí)別與疾病相關(guān)的潛在結(jié)構(gòu)和遺傳因素,并了解DNA結(jié)構(gòu)對(duì)功能的影響。
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