В России впервые расшифровали геном вируса с помощью квантовых алгоритмов

Ученые Российского квантового центра и исследователей компании Genotek разработали новый способ сборки генома с помощью квантовых алгоритмов. Результаты первого экспериментального исследования, посвященного реконструкции ДНК вируса бактериофага квантовыми методами, опубликованы в журнале Scientific Reports. Об это сообщается в пресс-релизе, поступившем в редакцию «Ленты.ру».

Секвенированием геномов называется процесс расшифровки нуклеотидной последовательности ДНК, то есть первичной структуры нуклеиновой кислоты. В общем случае ДНК сначала расщепляют на фрагменты, называемые олигонуклеотидами. Ученые определяют последовательность нуклеотидов фрагментов, после чего с помощью алгоритмов выявляются места перекрытий между олигонуклеотидами. По перекрытиям реконструируются более крупные последовательности ДНК и геном, в целом. Чаще всего для сборки генома используются шаблоны, то есть референсные (уже известные) геномы. Реконструкция генома с нуля (de novo) до сих пор представляет собой задачу высокой вычислительной сложности.

Ученые продемонстрировали новый метод решения задачи по ускоренной сборке генома с использованием квантовых и квантово-ориентированных методов оптимизации. Для этой цели исследователи применили метод квантового отжига, который заключается в нахождении глобального минимума некоторой заданной функции и используется для моделирования поведения квантовых систем. Они приспособили этот подход для реконструкции как реального генома бактериофага φX 174, так и смоделированных данных.

По словам авторов работы, новое поколение квантовых компьютеров — так называемые устройства квантового отжига — должно превзойти существующие методы сборки генома de novo без референсного генома. Сборки de novo позволяют обнаружить новые изоформы существующих аннотированных генов, альтернативные события сплайсинга и новые транскрибируемые гены.