Моделирование первичных данных одномолекулярного секвенатора. Ч. 2. Симуляция последовательности событий встраивания меченых нуклеотидов в цепь ДНК и полноформатное моделирование изображений множества волноводов нулевой моды
Автор: Е.К. Васильева, И.В. Чубинский-Надеждин
Журнал: Научное приборостроение @nauchnoe-priborostroenie
Рубрика: Приборостроение физико-химической биологии
Статья в выпуске: 2, 2026 года.
Бесплатный доступ
Рассмотрены особенности детектирования сигналов флуоресценции меченых нуклеотида в волноводе нулевой моды. Введено понятие "сигнал-событие" — для единичного акта излучения в одном из спектральных каналов при комплементарном встраивании меченого нуклеотида. Учтены длительность свечения метки, особенности формирования последовательности сигналов-событий и фоновых интервалов между ними. Моменты наступления сигналов моделируются как стационарный одномерный пуассоновский поток, описываемый свойствами бесконечного счетного множества событий, стационарности, ординарности и отсутствия последействия. Отмечена необходимость применения нестационарных моделей или комбинаций процессов при учете эпигенетических эффектов (например, метилирования). Результатом работы стала программная реализация симулятора первичных данных для одномолекулярного секвенатора третьего поколения с генерацией выходных данных в форматах FASTA, MOVIE и TRACE с возможностью формирования серий изображений, имитирующих изображения массива волноводов нулевой моды в измерительной ячейке.
Симулятор последовательности, длинные риды, имитационное моделирование, одномолекулярное секвенирование, волновод нулевой моды
Короткий адрес: https://sciup.org/142247745
IDR: 142247745 | УДК: 519.856, 004.942, 519.876.5, 57.081.23
Modeling of raw data from a single-molecule sequencer. Part II. Simulation of the sequence of events of fluorescently labeled nucleotides’ incorporation into a DNA strand and comprehensive modeling of multiple zero‑mode waveguides images
The article discusses the characteristics of detecting fluorescence signals from labeled nucleotides in a zero-mode waveguide (ZMW). It introduces the concept of a "signal event" to describe a single emission act in one of the spectral channels during the incorporation of a labeled nucleotide. The model accounts for label fluorescence duration, the formation of signal event sequences, and the background intervals between them. The moments of signal occurrence are modeled as a stationary one-dimensional Poisson process, characterized by properties such as discrete countability, stationarity, and orderliness. The article emphasizes the necessity of employing non-stationary models or combinations of processes when considering epigenetic effects, such as methylation. Finally, the article presents a software simulator for primary data acquisition in a third-generation single-molecule sequencer. This software generates output in FASTA, "movie," and "trace" formats, enabling the creation of image series that simulate the fluorescent array of zero-mode waveguides in a measurement cell.
