МОНОГРАФИЯ
"БИОХИМИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ
МУТАЦИОННОГО ДАВЛЕНИЯ
В МЕТОДОЛОГИИ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ БИОЛОГИИ"
В. В. ХРУСТАЛЁВ
Под редакцией д.б.н., проф. Е. В. Барковского
Книга продаётся в киоске Белорусского государственного медицинского университета,
Минск, пр-т Дзержинского, 83.
ВВЕДЕНИЕ
Данная монография посвящена изучению биохимических процессов, вызывающих мутационное давление в генах и геномах вирусов (вирусов иммунодефицита человека 1-го и 2-го типа, вирусов простого герпеса человека 1-го и 2-го типа, варицелло-зостер-вируса и др.) и бактерий (золотистого стрептококка), и тех многочисленных последствий (биологических, иммунологических и собственно биохимических), к которым они приводят. Актуальность издания обусловлена также и тем, что методы исследования в области биоинформатики и вычислительной биологии, созданные автором, впервые представлены в систематизированном и расширенном виде. До момента издания монографии о большинстве этих оригинальных методов можно было узнать исключительно из научных статей, опубликованных в англоязычных международных рецензируемых журналах.
Исследования в области молекулярной эволюции, эволюционной биохимии и биоинформатики на кафедре общей химии Белорусского государственного медицинского университета были начаты в 2000 г. по инициативе и под научным руководством доктора биологических наук, профессора Барковского Евгения Викторовича, лауреата Государственной премии Республики Беларусь. За это время по данной теме было опубликовано свыше 200 научных работ, в том числе в таких журналах как IUBMB Life (Impact factor 2008: 2.9), Computational Biology and Chemistry (Impact factor 2008: 1.8), Immunological Investigations (Impact factor 2008: 1.8). Кроме этого, под редакцией проф. Е. В. Барковского были изданы 4 монографии.
На кафедре общей химии БГМУ ведется разработка оригинальных методов исследования, основанных на теориях нейтральной эволюции М. Кимуры и мутационного давления Н. Суеоки. В 2008 г. автор данной монографии совместно с Е. В. Барковским опубликовал в журнале IUBMB Life статью, внесшую существенный вклад в развитие теории мутационного давления: было введено новое биологическое понятие о силе мутационного давления. В 2009 г. В. В. Хрусталёв и Е. В. Барковский опубликовали статью в журнале Computational Biology and Chemistry, в которой были введены критерии определения силы мутационного давления в полном вирусном геноме, использован оригинальный метод выявления лидирующего биохимического механизма (причины) мутационного давления. Первая в истории молекулярной биологии статья о влиянии мутационного давления на иммуногенность белков (написанная автором данной монографии) вышла в 2009 г. в журнале Immunological Investigations.
Автор впервые применил теорию мутационного давления для изучения жизненных циклов и патогенеза возбудителей, вызывающих серьезные заболевания (СПИД, герпетическую инфекцию, опоясывающий лишай, аутоиммунные осложнения стрептококковой инфекции). Однако изложенные в данной монографии оригинальные методы могут быть с успехом применены и к изучению других возбудителей и вызываемых ими заболеваний. В кратко описанных выше статьях, так же как и в других научных публикациях автора данной монографии, содержатся основы нового направления в развитии методологии вычислительной биологии.
Монография представляет интерес не только для научных работников, но и для практикующих врачей-инфекционистов, эпидемиологов, которые смогут найти на страницах издания новейшие сведения о патогенезе ВИЧ, герпетической инфекции, о развитии аутоиммунных осложнений стрептококковой инфекции.
В первой части монографии изложены основы теорий нейтральности М. Кимуры и мутационного давления Н. Суеоки. Кроме того, в гл. 3 описаны основные направления научной критики данных теорий, приведены собственные взгляды автора на многие вопросы молекулярной эволюции.
Во второй части описаны оригинальные методы определения направления, силы и ведущего механизма мутационного давления как в отдельных генах, так и в полных геномах на примере альфа-герпесвирусов и вирусов иммунодефицита человека 1-го и 2-го типов.
В третьей части изложены основы методов определения степени мутабельности кодирующих участков в полных геномах, а также конкретных генов и отдельных участков генов, базирующиеся на результатах применения методов, описанных в первой части. В качестве примера были выбраны гены env ВИЧ1 и ВИЧ2, гены, кодирующие М-белок различных штаммов стрептококка группы А.
Четвертая часть посвящена методам изучения степени нейтральности и консервативности аминокислотных замен, вызываемых мутационным давлением (как в целом по протеому, так и в отдельных белках), опять же, основанным на результатах применения методов, описанных в первой части. В четвертой части описаны исследования не только вирусных белков и протеомов, но и препроинсулина хордовых животных (в том числе и человека). Это еще раз подчеркивает, что методы биоинформатического анализа, созданные автором в процессе изучения вирусных и бактериальных генов, могут быть успешно применены и для изучения генов человека.
Пятая часть посвящена методологии исследования, позволяющего подтвердить результаты применения методов, описанных в трех предыдущих частях монографии.
Шестая часть содержит краткое описание и инструкции к применению шести оригинальных компьютерных алгоритмов, которые были созданы автором для максимального упрощения применения описанных в монографии методов. Эти алгоритмы доступны на сайте: www.barkovsky.hotmail.ru.
В конце издания размещен глоссарий, содержащий трактовку большого количества молекулярно-биологических терминов, и таблицы генетического кода (прил. 1–3), помогающие пониманию биологического смысла многих показателей, использованных в работе.