Вышедшие номера
Home » Журнал технической физики » Год 2026, выпуск 11 » Статья стр. 2275
<<<>>>
Симуляция шумов детектора одномолекулярного секвенатора при моделировании процесса детектирования флуоресценции меченых нуклеотидов в реальном времени
Васильева Е.К. 1, Манойлов В.В. 1, Чубинский-Надеждин И.В. 1
1Институт аналитического приборостроения Российской академии наук, Санкт-Петербург, Россия
Email: virtkat@mail.ru
Поступила в редакцию: 2 марта 2026 г.
В окончательной редакции: 8 июля 2026 г.
Принята к печати: 10 июля 2026 г.
Выставление онлайн: 21 сентября 2026 г.
PDF версия
Представлена разработка алгоритмов стохастического имитационного моделирования первичных данных для одномолекулярного SMRT (Single-Molecule Real-Time) секвенирования в реальном времени. Предложен подход к генерации виртуальных сигналов, учитывающий особенности оптической системы и процессов, протекающих в волноводах нулевой моды секвенатора. Проведено исследование шумов детектора секвенатора, включая темновые шумы, шум считывания, неоднородность фотоответа и фотонный дробовой шум. Получена функциональная зависимость среднеквадратичного отклонения шума от величины регистрируемого сигнала. Установлено, что теоретическая оценка шума соответствует физическому " нижнему пределу", ниже которого значения реальных данных не опускаются. Сравнительный анализ модельных и реальных первичных данных показал высокую статистическую сходимость среднеквадратичного отклонения шумов. Отмечено, что оптимальное соотношение сигнал/шум достигается при длительности импульсов, близкой ко времени экспозиции кадра. Полученные результаты позволили создать и оптимизировать алгоритм генерации реалистичного шума для программного симулятора SMRT-секвенатора. Ключевые слова: симулятор последовательности, симулятор шумов, шум видеокамеры, одномолекулярное секвенирование, волновод нулевой моды.
  1. J. Eid, A. Fehr, J. Gray, K. Luong, J. Lyle, G. Otto, P. Peluso, D. Rank, P. Baybayan, B. Bettman, A. Bibillo, K. Bjornson, B. Chaudhuri, F. Christians, R. Cicero, S. Clark, R. Dalal, A. Dewinter, J. Dixon, M. Foquet, A. Gaertner, P. Hardenbol, C. Heiner, K. Hester, D. Holden, G. Kearns, X. Kong, R. Kuse, Y. Lacroix, S. Lin, P. Lundquist, C. Ma, P. Marks, M. Maxham, D. Murphy, I. Park, Th. Pham, M. Phillips, J. Roy, R. Sebra, G. Shen, J. Sorenson, A. Tomaney, K. Travers, M. Trulson, J. Vieceli, J. Wegener, D. Wu, A. Yang, D. Zaccarin, P. Zhao, F. Zhong, J. Korlach, S. Turner. Science, 323 (5910), 133 (2009). DOI: 10.1126/science.1162986
  2. J. Korlach, K.P. Bjornson, B.P. Chaudhuri, R.L. Cicero, B.A. Flusberg, J.J. Gray, D. Holden, R. Saxena, J. Wegener, S.W. Turner. Methods in Enzymology, 472, 431 (2010). DOI: 10.1016/S0076-6879(10)72001-2
  3. M.J. Levene, J. Korlach, S.W. Turner, M. Foquet, H.G. Craighead, W.W. Webb. Science, New Series, 299 (5607), 682 (2003)
  4. B.K. Stocker, J. Koster, S. Rahmann. Bioinformatics, 32 (17), 2704 (2016). DOI: 10.1093/bioinformatics/btw286
  5. Z.-G. Wei, Sh.-W. Zhang. Bioinformatics, 19 (1), 177 (2018). DOI: 10.1186/s12859-018-2208-0
  6. Yu. Ono, K. Asai, M. Hamada. Bioinformatics, 37 (5), 589 (2021). DOI: 10.1093/bioinformatics/btaa835
  7. W. Zhang, B. Jia, Ch. Wei. Bioinformatics, 20 (1), 352 (2019). DOI: 10.1186/s12859-019-2901-7
  8. Ch. Rohrandt, N. Kraft, P. Giebelmann, B. Brandl, B.M. Schuldt, U. Jetzek, F.-J. Muller. Nanopore SimulatION --- a raw data simulator for Nanopore Sequencing. 2018 IEEE International Conference on Bioinformatics and Biomedicine (BIBM), р. 1536
  9. В.П. Бессмельцев, В.С. Терентьев, В.В. Вилейко, С.А. Бабин, А.М. Шалагин, А.В. Латышев, Д.А. Насимов, Л.И. Федина, Д.В. Пышный, П.Е. Воробьев, В.В. Анненков, Е.Н. Даниловцева, С.Н. Зелинский, О.Н. Верхозина, М.А. Грачев, Ю.П. Галачьянц. Прикладная фотоника, 3 (4), 388 (2016)
  10. П.Н. Мелентьев, А.С. Калмыков, А.С. Гритченко, М.П. Шеметева, А.М. Сафонова, М.С. Марков, В.И. Балыкин, А.С. Букатин, Н.В. Ваулин, Д.А. Белов, А.А. Евстрапов, Д.А. Баклыков, А.В. Андрияш, А.А. Барбашева, А.К. Кугук, В.В. Рыжков, И.А. Родионов, Д.С. Кудрявцев, В.А. Можаева, Л.В. Сон, В.И. Цетлин, Б.Н. Хлебцов, М.С. Кобзев, Ю.О. Кузнецова, Б.Т. Шарипов, А.С. Яшкин, Я.И. Алексеев. УФН, 194 (11), 1130 (2024). DOI: 10.3367/UFNr.2024.07.039720
  11. M. Mahmoud, Y. Huang, K. Garimella, P.A. Audano, W. Wan, N. Prasad, R.E. Handsaker, S. Hall, A. Pionzio, M.C. Schatz, M.E. Talkowski, E.E. Eichler, S.E. Levy, F.J. Sedlazeck. Nat. Commun., 15, 837 (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-44804-3
  12. A. Rhie, S. Nurk, M. Cechova, S.J. Hoyt, D.J. Taylor, N. Altemose, P.W. Hook, S. Koren, M. Rautiainen, I.A. Alexandrov, J. Allen, M. Asri, A.V. Bzikadze, N.-Ch. Chen, Ch.-Sh. Chin, M. Diekhans, P. Flicek, G. Formenti, A. Fungtammasan, C.G. Giron, E. Garrison, A. Gershman, J.L. Gerton, P.G.S. Grady, A. Guarracino, L. Haggerty, R. Halabian, N.F. Hansen, R. Harris, G.A. Hartley, W.T. Harvey, M. Haukness, J. Heinz, Th. Hourlier, R.M. Hubley, S.E. Hunt, S. Hwang, M. Jain, R.K. Kesharwani, A.P. Lewis, H. Li, G.A. Logsdon, J.K. Lucas, W. Makalowski, Ch. Markovic, F.J. Martin, A.M. McCartney, R.C. McCoy, J. McDaniel, B.M. McNulty, P. Medvedev, A. Mikheenko, K.M. Munson, T.D. Murphy, H.E. Olsen, N.D. Olson, L.F. Paulin, D. Porubsky, T. Potapova, Fedor Ryabov, S.L. Salzberg, M.E.G. Sauria, F.J. Sedlazeck, K. Shafin, V.A. Shepelev, A. Shumate, J.M. Storer, L. Surapaneni, A.M. Taravella, F. Thibaud-Nissen, W. Timp, M. Tomaszkiewicz, M.R. Vollger, B.P. Walenz, A.C. Watwood, M.H. Weissensteiner, A.M. Wenger, M.A. Wilson, S. Zarate, Y. Zhu, J.M. Zook, E.E. Eichler, R.J. O'Neill, M.C. Schatz, K.H. Miga, K.D. Makova, A.M. Phillippy. Nature, 621, 344 (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06457-y
  13. Электронный ресурс. Camera Dhyana 400BSI V3 Tucsen Photonics Co., Ltd. Режим доступа: https://www.tucsen.com/scmos-dhyana-400bsi-v3-product

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.

Учредители

Издатель

© 2026 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme