Оптимальная аппроксимация функции пангеномного генного спектра

В последние годы изучение пангеномов бактерий позволило значительно углубить понимание геномного разнообразия и эволюционных процессов, происходящих в микробиомах. Пангеном включает все гены, обнаруженные у всех штаммов данного вида бактерий, и делится на три группы: ядро, оболочку и облако. Целью данной работы является разработка алгоритма для точной аппроксимации функции пангеномного генного спектра и изучение её взаимосвязи с различными экологическими, таксономическими и геномными характеристиками бактерий. Для выполнения исследования был разработан алгоритм, который включает обработку исходных геномных данных и аппроксимацию пангеномной функции для оценки ее структуры и закономерностей. Алгоритм был протестирован на наборе из 54 видов бактерий, включая как генералистов, приспособленных к широкому спектру экологических ниш, так и специалистов, представляющих узкоспециализированные виды. Это позволило оценить универсальность и эффективность алгоритма на различных уровнях геномной изменчивости и микробиологической диверсификации. Результаты тестирования показали, что для большинства видов (около 80%) оптимальной оказалась аппроксимация суммой трех экспонент. Однако для 20% видов, преимущественно узкоспециализированных, лучшей была степенная аппроксимация. У генералистов степенная форма встречалась в 1,5-2 раза чаще, чем у специалистов, что указывает на связь предпочтительной аппроксимации с экологическими характеристиками бактерий. Важным аспектом исследования стало выявление корреляций между спектром пангеномных генов и экологическими, таксономическими и геномными характеристиками бактерий. Было показано, что у бактерий, приспособленных к жизни в нескольких экологических нишах, аппроксимация функции пангеномного генного спектра по степенной аналитической форме встречается чаще, чем у узкоспециализированных видов. Это указывает на более высокую степень генетической изменчивости и адаптивности у генералистов. Таким образом, результаты данного исследования расширяют наши знания о пангеномных характеристиках бактерий и подчеркивают важность дальнейших исследований в области биоинформатики и геномики для более полного понимания жизни микроорганизмов. Полученные данные могут быть использованы для разработки новых методов анализа геномных данных и улучшения понимания эволюционных процессов, происходящих в микробиомах.