Заседание семинара "Общеинститутский семинар" 15.02.2023 в 10-30. "Разработка программы дизайна праймеров для Loop AMPlification-петлевой изотермической амплификации", Ахметзянова Лиана Ильфатовна

Для проведения изотерической петлевой амплификации (LAMP- lоop-mediated isothermal AMPlification) одним из важных компонентов являются праймеры. Праймеры – это последовательности нуклеотидов, которые представляют собой искусственно синтезированные короткие одноцепочечные фрагменты ДНК длиной около 20–25 звеньев, служащие в качестве так называемой «затравки» при построении новых цепей. Особенностью LAMP является количество праймеров. Базовый набор содержит четыре праймера, которые распознают шесть различных областей в целевой ДНК (за счет удвоенной длины внутренних праймеров). Для того чтобы ускорить процесс наработки нужных участков в реакционную смесь было добавлено еще два праймера, отжигающихся на петлях образуя в процессе амплификации некую гантелеобразную форму участка мишени и потому получивших название петлевые праймеры (Loop primers).

Цель работы: Разработка специальной компьютерной программы для компьютерного моделирования праймерных систем, позволяющих подбирать специфичные праймеры для проведения изотермической петлевой амплификации.

Задачи:

1. Разработать новый алгоритм подбора праймеров для LAMP.
2. Разработать компьютерную программу дизайна LAMP-праймеров.
3. Провести тестирование функционала программы на геномах различных организмов (разной длины, GC-состава и т. д.).
4. Компьютерное моделирование – проведение вычислительных экспериментов с целью выбора оптимального набора праймеров для LAMP.
5. Оценить качество подбора праймеров путем проведения сравнительных экспериментов в лабораторных условиях.

В данной работе были определены условия, которые необходимо учитывать при дизайне праймеров для LAMP, а именно: длина праймеров, GC-состав, средний размер ампликона, температура плавления, расстояние между праймерами, отсутствие гомо- и гетеродимеров, отсутствие повторов. Так же проведен обзор существующих компьютерных программ дизайна праймеров для LAMP и проведен анализ математических алгоритмов поиска подстроки (образца) в строке.

Разработан новый математический алгоритм подбора праймеров для проведения LAMP. Так же разработана компьютерная программа с учетом критериев подбора праймеров: реализован новый алгоритм подбора праймеров для LAMP, разработан интерфейс программы, получено свидетельство о ее регистрации (№ 2022617417 «LAMPrimers iQ»). Программа реализована на языке программирования Python 3.10 с использованием библиотеки Biopython, для работы с геномными последовательностями и фреймворка Qt для создания приложений с графическим интерфейсом. Проведено тестирование функционала программы на геномах различных организмов. Проведены вычислительные эксперименты с целью выбора оптимального набора праймеров для LAMP. Проведены сравнительные лабораторные эксперименты по обнаружению генетического материала коронавируса SARS-CoV-2 с помощью LAMP.