Ученица СУНЦ НГУ провела биоинформатическое исследование генных сетей новых дрожжевых штаммов
05.06.2025
Исследования природных штаммов дрожжей сегодня особенно актуальны для пищевой и биотехнологической промышленности, заинтересованной в новых, более продуктивных и устойчивых микроорганизмах. Ученица 10-6 класса Алиса Степанова и ее научный руководитель, преподаватель кафедры химии СУНЦ НГУ Никита Басов в рамках проекта «Реконструкция и анализ генных сетей новых дрожжевых штаммов на основе данных метаболомного скрининга» использовали данные метаболомного скрининга, чтобы идентифицировать ключевые регуляторные белки, связанные с метаболизмом и адаптацией дрожжевых клеток. Это позволило определить белки, на которые потенциально можно воздействовать для изменения свойств продукта, в составе которого используются дрожжи.
.jpg "photo_2025-05-24_14-18-11 (1).jpg")
Метаболиты — это низкомолекулярные соединения, участвующие в регуляции ключевых клеточных процессов: от энергетического обмена до антиоксидантной защиты и передачи сигнала. Такой анализ дает целостное представление о метаболических особенностях клеток и, в применении к этой работе, позволяет выявить различия между природными и лабораторными штаммами дрожжей.
Интеграция метаболомного анализа с построением генных сетей открывает новые возможности для изучения регуляторных механизмов экспрессии генов (исследование того, как клетки контролируют, когда и какие гены активировать или выключить), в том числе в рамках адаптационных ответов — реакций организма, когда он приспосабливается к новым условиям.
Проект реализуется совместно с коллегами из Новосибирского госуниверситета, Алтайского госуниверситета, Института органической химии им. Н. Н. Ворожцова СО РАН, Института цитологии и генетики СО РАН.
— Я выступал соруководителем проекта совместно с младшим научным сотрудником Анной Адамовской из Института цитологии и генетики СО РАН. С моей стороны ключевой задачей была концептуализация исследования — формулировка задач, выбор методов, постановка гипотез и определение границ реализуемости проекта с учетом имеющихся ресурсов. Я подключился также на этапе интерпретации данных: обсуждали биохимический смысл полученных результатов, проверяли внутреннюю логику выводов. Моя коллега курировала биоинформатическую часть работы, в том числе вопросы, связанные с обработкой данных, построением и анализом генных сетей. Благодаря этому проект получился по-настоящему междисциплинарным, — делится научный руководитель Никита Басов.
Биоинформатическая часть исследования стала основой проекта Алисы Степановой. Ученица СУНЦ НГУ занималась сбором и предварительным анализом экспериментальных данных, построением сетей белок-белковых взаимодействий и подготовкой визуализаций. По результатам работы Алисы были выявлены белки, которые, предположительно, влияют на большую устойчивость природных штаммов к сложным и нестабильным условиям по сравнению с лабораторным штаммом Kluyveromyces lactis — дрожжами, которые используют в пищевой промышленности для производства молочных продуктов. Программный комплекс, с помощью которого был реализован проект Алисы, — собственная разработка Института цитологии и генетики СО РАН.
— В начале мы проводили практический этап: подготавливали пробы, а также анализировали образцы с помощью масс-спектрометрии. Далее был этап обработки данных. Мои коллеги провели статистический анализ, и я на основе этого построила сеть белок-белковых взаимодействий – сеть, которая показывает, как белки взаимодействуют друг с другом. Затем получила список регуляторных белков, воздействующих на синтез метаболитов, и выявила, в каких биологических процессах они участвуют. Я смогла проанализировать большое количество данных и научилась работать с разными программами, которые применяют в биоинформатике, — рассказывает Алиса Степанова.
Работа Алисы Степановой была высоко оценена на Международной студенческой конференции, где ученица СУНЦ НГУ получила диплом 1 степени в секции «Биоинженерия и биоинформатика». Не менее успешным стало выступление на Колмогоровских чтениях, где Алиса также получила диплом 1 степени в секции «Биология».
Алиса в составе команды вместе с Викторией Толкачевой (класс 10-5) и Александрой Лысенко (класс 10-5) исследовала новые штаммы дрожжей, выделенные из кумыса, и оценила их биотехнологический потенциал. В ходе исследования десятиклассницы применяли метаболомный скрининг — метод, позволяющий одновременно проанализировать сотни низкомолекулярных метаболитов, образующихся в клетке в процессе обмена веществ (метаболизма). Это можно сравнить с расширенным биохимическим анализом крови. Метаболомный скрининг — похожий процесс, но если в первом случае оценивают десятки параметров, то здесь — сотни соединений, отвечающих за самые разные клеточные функции.
Интеграция метаболомного анализа с построением генных сетей открывает новые возможности для изучения регуляторных механизмов экспрессии генов (исследование того, как клетки контролируют, когда и какие гены активировать или выключить), в том числе в рамках адаптационных ответов — реакций организма, когда он приспосабливается к новым условиям.
Проект реализуется совместно с коллегами из Новосибирского госуниверситета, Алтайского госуниверситета, Института органической химии им. Н. Н. Ворожцова СО РАН, Института цитологии и генетики СО РАН.
— Я выступал соруководителем проекта совместно с младшим научным сотрудником Анной Адамовской из Института цитологии и генетики СО РАН. С моей стороны ключевой задачей была концептуализация исследования — формулировка задач, выбор методов, постановка гипотез и определение границ реализуемости проекта с учетом имеющихся ресурсов. Я подключился также на этапе интерпретации данных: обсуждали биохимический смысл полученных результатов, проверяли внутреннюю логику выводов. Моя коллега курировала биоинформатическую часть работы, в том числе вопросы, связанные с обработкой данных, построением и анализом генных сетей. Благодаря этому проект получился по-настоящему междисциплинарным, — делится научный руководитель Никита Басов.
Биоинформатическая часть исследования стала основой проекта Алисы Степановой. Ученица СУНЦ НГУ занималась сбором и предварительным анализом экспериментальных данных, построением сетей белок-белковых взаимодействий и подготовкой визуализаций. По результатам работы Алисы были выявлены белки, которые, предположительно, влияют на большую устойчивость природных штаммов к сложным и нестабильным условиям по сравнению с лабораторным штаммом Kluyveromyces lactis — дрожжами, которые используют в пищевой промышленности для производства молочных продуктов. Программный комплекс, с помощью которого был реализован проект Алисы, — собственная разработка Института цитологии и генетики СО РАН.
— В начале мы проводили практический этап: подготавливали пробы, а также анализировали образцы с помощью масс-спектрометрии. Далее был этап обработки данных. Мои коллеги провели статистический анализ, и я на основе этого построила сеть белок-белковых взаимодействий – сеть, которая показывает, как белки взаимодействуют друг с другом. Затем получила список регуляторных белков, воздействующих на синтез метаболитов, и выявила, в каких биологических процессах они участвуют. Я смогла проанализировать большое количество данных и научилась работать с разными программами, которые применяют в биоинформатике, — рассказывает Алиса Степанова.
Работа Алисы Степановой была высоко оценена на Международной студенческой конференции, где ученица СУНЦ НГУ получила диплом 1 степени в секции «Биоинженерия и биоинформатика». Не менее успешным стало выступление на Колмогоровских чтениях, где Алиса также получила диплом 1 степени в секции «Биология».
