Что дает изучение регулона. Во-первых, изучение регулона помогает понять особенности метаболизма отдельного исследуемого организма, то есть провести реконструкцию метаболических путей. Во-вторых, появляется возможность проследить эволюцию самой регуляторной системы. И, наконец, зачастую именно за счет изучения регуляции появляется возможность установить функции неизвестных генов, то есть осуществить аннотацию генома.
Однако, многие биологические процессы находятся под контролем сразу несколькими регуляторных систем. В таких случаях отдельные регулоны (то есть множества генов, находящихся по контролем лишь одной регуляторной системы) могут весьма сильно изменяться в ходе эволюции.
В подобных ситуациях необходимо комплексное изучение нескольких регулонов. При этом исследуемые регуляторные системы могут различаться по строению, но контролировать близкие биологические процессы. Такая совокупность регулонов, как правило, сохраняется в эволюции. Кроме того, комплексное изучение нескольких регулонов позволяет обнаружить различные регуляторные каскады, что является новым и весьма перспективным направлением сравнительной геномики. 
Помимо непосредственно сравнения геномов, поиска гомологичных генов и потенциальных сайтов связывания, исследование регулонов предполагает также:
•	построение множественных выравниваний и филогенетических деревьев,
•	работу с большими биологическими базами данных,
•	поиск в литературных базах данных и работу со специальной литературой.
Как показывает практика, задача описания регулонов позволяет приобрести множество необходимых для биоинформатика знаний и умений. Кроме того, в нашей исследовательской группе значительное внимание уделяется правильному оформлению результатов и написанию собственных научных статей, что крайне важно в любой научной работе.

Задача 1. Регуляция фиксации молекулярного азота в ризобактериях: регулоны FixK и FixJ (руководитель: Д.А. Равчеев, ravcheyev@iitp.ru).

Задача 2. Регуляция фиксации молекулярного азота в ризобактериях: регулоны NifA и RpoN (руководитель: к.б.н. Д.А.Родионов, rodionov@iitp.ru).

Задача 3. Регуляция ассимиляции азота и анаэробного дыхания у бактерий рода Bacillus: регулоны TnrA и FNR (руководитель: к.б.н. Д.А.Родионов, rodionov@iitp.ru).

Задача 4. 
Исследование регуляции дыхания в бактериях рода Shewanella. Сравнение экспериментальных и предсказанных результатов
(руководители: А.В.Герасимова, Д.А.Равчеев, ravcheyev@iitp.ru)

В настоящее время значительное внимание уделяется изучению регуляции дыхания в различных группах бактерий. В частности, многими группамиведется работа по изучению регуляции в группе g-протеобактерий. 
Для бактерии Shewanella oneidensis, относящейся к группе g-протеобактерий, недавно было опубликовано исследование транскриптома с использованием биочипов. Были выявлены группы генов, экспрессия которых меняется в ответ на кислород, нитрат и фумарат, представляющие собой используемые в процессе дыхания акцепторы электронов. 
За последние годы значительно увеличилось количество секвенированных полных геномных последовательностей. Сейчас доступны пять полных геномов бактерий из рода Shewanella, что дает возможность проводить сравнительный анализ внутри одного рода, изучая таким образом таксон-специфические особенности регуляции.
В работе предполагается исследование регуляции методами сравнительной геномики и сравнение полученных результатов с экспериментальными данными. В частности, предстоит выделить регуляторные сайты в 5’-областях генов, уровень экспрессии которых меняется, судя по экспериментальным данным; исследовать консервативность этих сайтов; выяснить, какой именно регулятор ответственен за наблюдаемое изменение экспрессии; сравнить полученные карты регуляторных взаимодействий с аналогичными картами, полученными ранее в нашей группе для других таксонов.

Задача 5. 
Регуляция транскрипции и потоковые модели метаболизма 
(руководитель: М.С.Гельфанд, gelfand@iitp.ru)

Потоковые модели – один из наиболее хорошо исследованных классов моделей клетки. В рамках этих моделей осуществляется предсказание скоростей всех метаболических реакций в стационарном состоянии.
В рамках задачи предполагается использовать известную модель метаболизма кишечной палочки, разработанную в группе Б.Палссона, для изучения регуляторных взаимодействий. Предполагается моделировать рост клеток на минимальной среде с добавками и исследовать, как добавление тех или иных метаболитов влияет на потоки. В частности, предполагается выяснить, насколько далеко распространяются изменения потоков по графу метаболических путей при добавлении в среду отдельных аминокислот и нуклеотидов. Далее, предполагается исследовать, насколько множества реакций, потоки по которым меняются существенно, совпадают с множествами генов, регулируемых на уровне транскрипции под влиянием данного метаболита. Наконец, предполагается осуществить аналогичное исследование для богатой среды с удалением тех же метаболитов.

Задача 6. 
Распределение факторов транскрипции в мультигенных семействах
(руководитель: М.С.Гельфанд, gelfand@iitp.ru)

Факторы транскрипции бактерий образуют семейства гомологичных белков. Распределение членов этих семейств по геномам очень разнообразно. Многие семейства представлены лишь в нескольких таксонах (например, TrpR и MetJ), однако есть много семейств, представленных практически во всех бактериальных геномах. Некоторые семейства, в частности, LacI, GntR, LysR широко распространены и имеют много представителей в большинстве геномов. Другие, такие как FNR/CRP и FUR, также представлены во многих геномах, но уже двумя-тремя факторами. Наконец, есть много семейств (в частности, ArgR, BirA, NrdR), представленных ровно одним фактором в почти каждом бактериальном геноме. В рамках работы надо будет описать семейства факторов транскрипции с точки зрения их представленности в различных геномах и распределения по числу представителей в геноме. Для этого можно использовать известный математический аппарат, используемый для оценки распределения белковых доменов, либо попробовать создать новые подходы. Далее, надо будет осуществить классификацию семейств (уточнив грубые описания, приведенные выше), и попытаться объяснить различия в поведении семейств, опираясь на функциональные (какие гены регулируются) или иные (например, типичный размер регулона для фактора из данного семейства) соображения.
Задача представляет интерес для понимания эволюции факторов транскрипции. В качестве исходных данных можно будет использовать базу данных COG, возможно, дополнив её изучением данных из базы InterPro. Хотя не предполагается использование сложного математического аппарата, желательно знание основ статистики (в размере курса, читаемого на ФББ).