CC BY
11166 Секция 11
талкивается от необходимости выхода на определенный уровень эмболизации патологии и в то же время старается не достигать максимальной нагрузки, возникающей при этом в сосудистой сети.
Наша работа нацелена на численное моделирование процесса эмболизации модельной конфигурации: Т-образного микроканала, представляющего собой часть рацимозной части артерио-венозной мальформации. Множество параметров, влияющих на процесс эмболизации: соотношение фаз, высокий температурный градиент на границе раздела фаз и другие - делают описание этого процесса чрезвычайно трудным.
Работа выполнена при финансовой поддержке Правительственного гранта № 14.W03.31.0002 и гранта Российского фонда фундаментальных исследований 17-08-01736.
Performance comparison of a sensitivity operator based and derivative-free algorithms on the parameter identification problem for the antioxidant system of a plant cell
A. V. Penenko1,2, Z. S. Mukatova1,2, A. V. Bobrovskikh3 U. S. Zubairova3, V. S. Konopleva1,2, A. V. Doroshkov3
1 Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics SB RAS
2Novosibirsk State University
3Institute of Cytology and Genetics SB RAS
Email: aleks@ommgp.sscc.ru
DOI: 10.24411/9999-017A-2020-10383
Various meta-heuristic algorithms are widely used in biological sciences to identify parameters of the mathematical models. Usually, these algorithms take only direct problem solution and can be easily applied to various problems without serious modifications. The trade-off for this universal character is the use of a limited number of inverse problem properties. The objective of this paper is to compare the performance of the sensitivity operator-based algorithm [1] and standard implementations of local derivative-free algorithms [2] on a realistic scenario of parameter identification problem for the model of the antioxidant system of a plant cell [3].
The work was supported by Russian Foundation for Basic Research grant 19-07-01135 in part of the development of algorithms and Russian Foundation for Basic Research grant 19-44-543021 in part of the development and analysis of the biological model.
References
1. Penenko, A. V.; Mukatova, Z. S. & Salimova, A. B. Numerical study of the coefficient identification algorithm based on ensembles of adjoint problem solutions for a production-destruction model // International Journal of Nonlinear Sciences and Numerical Simulation, Walter de Gruyter GmbH, 2020, 0, doi: 10.1515/ijnsns-2019-0088.
2. Johnson, S. G. The NLopt nonlinear-optimization package http://github.com/stevengj/nlopt.
3. Bobrovskikh, A.; Zubairova, U.; Kolodkin, A. & Doroshkov, A. Subcellular compartmentalization of the plant antioxidant system: an integrated overview. // PeerJ, 2020, 8, e9451, doi: 10.7717/peerj.9451.
Компьютерное моделирование влияния циркадных часов на воспалительную реакцию на бактериальную инфекцию
Н. Л. Подколодный1,2, Н. Н. Твердохлеб2, О. А. Подколодная2
хИнститут вычислительной математики и математической геофизики СО РАН
2Новосибирский государственный университет
Email: pnl@bionet.nsc.ru
DOI: 10.24411/9999-017A-2020-10366
Автономный циркадный молекулярно-генетический осциллятор функционирует почти в каждой клетке тела. Нарушение циркадных ритмов в организме вызывает множество хронических заболеваний.
Нами была разработана и верифицирована на экспериментальных данных компьютерная модель, объединяющая циркадный осциллятор с системой NAMPT / NAD + / SIRT1 и системой иммунного и воспалительного ответа через фактор транскрипции NF-kB.
Моделирование воспалительной реакции на бактериальную инфекцию показало, что активация NF-kB, индуцированная LPS, имеет ярко выраженный циркадный характер с максимумом на ZT6 (ZT0, свет; ZT12, темнота), что совпадает с экспериментальными наблюдениями.
Компьютерная биология, медицина и биотехнология 167
Моделирование также показало, что снижение активности Sirti с возрастом приводит к нарушению функционирования циркадного осциллятора и к увеличению активности NF-kB, что может способствовать обострению воспалительного ответа на бактериальную инфекцию с возрастом.
Исследования выполнены в рамках проектов №0324-2019-0040-С-01и №0315-2019-0005.
Disruptive natural selection by male reproductive potential prevents underexpression of protein-coding genes on the human Y chromosome as a self-domestication syndrome
M. Ponomarenko, I. Chadaeva, D. Oshchepkov Institute of Cytology and Genetics, SB RAS Email: pon@bionet.nsc.ru DOI: 10.24411/9999-017A-2020-10294
In population ecology, the concept of reproductive potential denotes the most vital indicator of chances to produce and sustain a healthy descendant until his/her reproductive maturity under the best conditions. This concept links quality of life and longevity of an individual with disease susceptibilities encoded by his/ her genome. Female reproductive potential has been investigated deeply, widely, and comprehensively in the past, but the male one has not received an equal amount of attention. Therefore, here we focused on the human Y chromosome and found candidate single-nucleotide polymorphism (SNP) markers of male reproductive potential. Examining in silico (i.e., using our earlier created Web-service SNP_TATA_Z-tester) all 1206 unannotated SNPs within 70 bp proximal promoters of all 63 Y-linked genes, we found 261 possible male-reproductive-potential SNP markers that can significantly alter the binding affinity of TATA-binding protein (TBP) for these promoters. Among them, there are candidate SNP markers of spermatogenesis disorders (e.g., rs1402972626), pediatric cancer (e.g., rs1483581212) as well as male anxiety damaging family relationships and mother's and children's health (e.g., rs187456378). First of all, we selectively verified in vitro both absolute and relative values of the analyzed TBP-promoter affinity, whose Pearson's coefficients of correlation between predicted and measured values were r = 0.84 (significance p < 0.025) and r = 0.98 (p < 0.025), respectively. Next, we found that there are twofold fewer candidate SNP markers decreasing TBP-promoter affinity relative to those increasing it, whereas in the genome-wide norm, SNP-induced damage to TBP-promoter complexes is fourfold more frequent than SNP-induced improvement (p < 0.05, binomial distribution). This means natural selection against underexpression of these genes. Meanwhile, the numbers of candidate SNP markers of an increase and decrease in male reproductive potential were indistinguishably equal to each other (p < 0.05) as if male self-domestication could have happened, with its experimentally known disruptive natural selection. Because there is still not enough scientific evidence that this could have happened, we discuss the human diseases associated with candidate SNP markers of male reproductive potential that may correspond to domestication-related disorders in pets. Overall, our findings seem to support a self-domestication syndrome with disruptive natural selection by male reproductive potential preventing Y-linked underexpression of a protein.
The study was supported by projects № 19-15-00075 from the Russian Science Foundation and №18-34-00496 from Russian Foundation for Basic Research.
Сложность текста и структура повторов генома на примере коронавируса
А. М. Принглаева1, А. И. Дергилев1, А. Д. Панова2, Ю. Л. Орлов1,2,3
1Новосибирский государственный университет
2Первый МГМУ им.И. М. Сеченова Минздрава России
3Институт цитологии и генетики СО РАН
Email: orlov@d-health.institute
DOI: 10.24411/9999-017A-2020-10295
Исследование структуры повторов геномов прокариот позволяет найти эволюционные взаимоотношения между различными видами, в том числе для коронавирусов. Межгеномное расстояние по числу перестроек позволяет оценить вирулентность различных штаммов. Оценки сложности текста в целом важны как для компрессии объемных геномных данных, так и для анализа структуры генетического текста, выявления повторов, эволюционного происхождения и сравнения полных геномов. Был использован модифицированный алгоритм Лемпеля - Зива сжатия текста. Представлен обзор применения оценки сложности к анализу однонуклеотидных полиморфизмов, исследования структуры аминокислотных последовательностей. Определены участки низкой сложности текста в геноме коронавируса.
Работа выполнена при поддержке бюджетного проекта ИЦиГ СО РАН (0324-2019-0040-С-01).
