|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Повышение достоверности молекулярных ДНК-вычислений с помощью лазерной спектроскопииНИР
- Руководитель НИР: Доленко Т.А.
- Участники НИР: Буриков С.А., Вервальд А.М., Лаптинский К.А., Мазурин Э.Г., Пластинин И.В., Сарманова О.Э.
- Подразделение: Кафедра квантовой электроники
- Срок исполнения: 28 мая 2014 г. - 31 декабря 2016 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 14-02-00710_А
- Номер ЦИТИС: 01201455799
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Информационно-телекоммуникационные системы
-
Рубрики ГРНТИ:
- 29.33.49 Лазерная спектроскопия
-
Ключевые слова:
молекулярные днк-вычисления, лазерная спектроскопия, комбинационное рассеяние света, дистанционный контроль, молекулярные взаимодействия
-
Описание:
В рамках сформулированной фундаментальной проблемы в данном проекте планируется решить следующие конкретные задачи: 1. Исследование внутри- и межмолекулярных взаимодействий в водных растворах ДНК в процессе молекулярных вычислений с помощью лазерной спектроскопии комбинационного рассеяния (КР) света. 2. Разработка на основе проведенных исследований экспрессного, неконтактного, работающего в режиме реального времени комплексного метода контроля и минимизации экспериментальных ошибок в процессе ДНК-вычислений на базе лазерной спектроскопии КР света. Решение поставленных в проекте задач чрезвычайно важно не только для достижения нового уровня развития информационных технологий, но и для понимания функционирования живого вещества на молекулярном уровне. Комплексный метод, который будет разработан в результате выполнения данного проекта, сможет быть использован для эффективного решения аналогичных обратных задач в других областях науки.
-
Основные результаты:
Проводимые на первом этапе работы в рамках данного Проекта были посвящены разработке неконтактного экспрессного метода идентификации нуклеотидов ДНК, контроля их концентрации и концентрации всех молекул ДНК в растворах, а также контроля температурного режима биохимических реакций в процессе молекулярных ДНК вычислений. В результате проведенных экспериментов было показано, что метод лазерной спектроскопии комбинационного рассеяния (КР) света дает принципиальную возможность определять концентрацию отдельных нуклеотидов ДНК и общую концентрацию ДНК в растворах по спектрам КР, а также контролировать температурный режим биохимических реакций в процессе молекулярных ДНК вычислений. 1. Оценки сверху показывают, что разработанный метод обеспечивает точность определения концентрации отдельных нуклеотидов ДНК не ниже 0.03 г/л (0.3 % от максимальной концентрации ДНК), а точность определения общей концентрации ДНК в растворах – 0.02 - 0.04 г/л (не ниже 3-5 % от максимальной концентрации ДНК). Полученные значения точности измерения концентрации одноцепочечных и двухцепочечных молекул ДНК разной длины в растворе обеспечивают прецизионный мониторинг концентрации ДНК в растворах в процессе молекулярных вычислений. 2. Метод позволяет контролировать температуру течения биохимических реакций в процессе молекулярных вычислений в растворах ДНК с точностью не хуже 0.2ºС, что обеспечивает должный контроль температуры, необходимый для повышения скорости и достоверности решения задач в результате молекулярных вычислений. 3. Предлагаемый метод является неинвазивным, дистанционным, работает в режиме реального времени, позволяет одновременно определять несколько параметров "рабочей среды" вычислительного молекулярного устройства. Полученные результаты позволяют уже на данном этапе использовать разработанный метод для мониторинга растворов ДНК и контроля ошибок в процессе молекулярных вычислений на ДНК цепочках.
- Добавил в систему: Доленко Татьяна Альдефонсовна
Соисполнители НИР
| Институт общей патологии и патофизиологии | Соисполнитель |
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 16 сентября 2014 г.-31 декабря 2014 г. | Повышение достоверности молекулярных ДНК-вычислений с помощью лазерной спектроскопии |
| Результаты этапа: Проводимые на первом этапе работы в рамках данного Проекта были посвящены разработке неконтактного экспрессного метода идентификации нуклеотидов ДНК, контроля их концентрации и концентрации всех молекул ДНК в растворах, а также контроля температурного режима биохимических реакций в процессе молекулярных ДНК вычислений. В результате проведенных экспериментов было показано, что метод лазерной спектроскопии комбинационного рассеяния (КР) света дает принципиальную возможность определять концентрацию отдельных нуклеотидов ДНК и общую концентрацию ДНК в растворах по спектрам КР, а также контролировать температурный режим биохимических реакций в процессе молекулярных ДНК вычислений. 1. Оценки сверху показывают, что разработанный метод обеспечивает точность определения концентрации отдельных нуклеотидов ДНК не ниже 0.03 г/л (0.3 % от максимальной концентрации ДНК), а точность определения общей концентрации ДНК в растворах – 0.02 - 0.04 г/л (не ниже 3-5 % от максимальной концентрации ДНК). Полученные значения точности измерения концентрации одноцепочечных и двухцепочечных молекул ДНК разной длины в растворе обеспечивают прецизионный мониторинг концентрации ДНК в растворах в процессе молекулярных вычислений. 2. Метод позволяет контролировать температуру течения биохимических реакций в процессе молекулярных вычислений в растворах ДНК с точностью не хуже 0.2ºС, что обеспечивает должный контроль температуры, необходимый для повышения скорости и достоверности решения задач в результате молекулярных вычислений. 3. Предлагаемый метод является неинвазивным, дистанционным, работает в режиме реального времени, позволяет одновременно определять несколько параметров "рабочей среды" вычислительного молекулярного устройства. Полученные результаты позволяют уже на данном этапе использовать разработанный метод для мониторинга растворов ДНК и контроля ошибок в процессе молекулярных вычислений на ДНК цепочках. | ||
| 2 | 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. | Повышение достоверности молекулярных ДНК-вычислений с помощью лазерной спектроскопии |
| Результаты этапа: Проведенные в работе эксперименты по обнаружению особенностей поведения полос спектра КР растворов ДНК в момент плавления/денатурации дуплекса продемонстрировали принципиальную возможность определения и контроля состояния цепочек ДНК в процессе молекулярных вычислений с помощью лазерной спектроскопии КР света. В результате проведенного анализа изменения характеристик спектральных полос КР дуплекса ДНК в процессе его плавления было обнаружено множество признаков изменения состояния ДНК цепочек, а именно, признаков изменения конформации двойной спирали ДНК, изменения конформации нуклеозидов, протекания процессов ренатурации и денатурации ДНК цепочек. В данной работе приведены результаты решения двух двухпараметрических обратных задач лазерной спектроскопии КР по идентификации азотистых оснований ДНК - аденина, гуанина и цитозина - и определению их концентраций в двухкомпонентных растворах. Для решения указанных задач использовались три метода: 1) по калибровочным зависимостям интенсивности собственных линий-маркеров азотистых оснований от концентрации соответствующих оснований; 2) метод проекций на латентные структуры; 3) метод искусственных нейронных сетей. Сравнительный анализ показал, что адаптивные методы – ПЛС и ИНС - обеспечивают более высокую точность определения концентрации каждого из трех оснований по спектрам КР: 0.2 – 0.4 г/л, что составляет 1-2 % от массы молекул ДНК, участвующих в биохимических реакциях. Такая погрешность определения потерь «рабочего вещества» молекулярных ДНК вычислений имеет такой же порядок, что и максимально допустимые потери для правильной работы вычислительного биоустройства. Таким образом, постоянный контроль поведения обнаруженных полос-индикаторов состояния молекул ДНК в процессе биохимических реакций служит основой метода повышения точности молекулярных ДНК вычислений/ | ||
| 3 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Повышение достоверности молекулярных ДНК-вычислений с помощью лазерной спектроскопии |
| Результаты этапа: | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".