Вирівнювання та філогенетичні дерева

Маючи дві чи більше послідовностей дослідник бажає:

· визначити їх спорідненість;

· визначити відповідність залишків (мономерів);

· встановити консервативні і варіабельні ділянки;

· встановити еволюційні взаємозв’язки.

Зрозуміло, що вирішити ці завдання на сьогодні можливо з використанням інформації, яка зберігається у базах даних. У значній мірі саме для вирішення завдань такого характеру і власне створювалися бази даних.

Для визначення міри спорідненості послідовностей нуклеотидів чи амінокислот встановлюють відповідність цих мономерів в двох і більше ланцюгах. Цей процес отримав назву вирівнювання послідовностей – встановлення відповідності залишків у ланцюгах, що є основним засобом біоінформатики.

Найпростіший випадок вирівнювання може бути представлений у вигляді:

· маючи дві послідовності:

перший ланцюг	а б в г д е
другий ланцюг	а в г д е є

· вирівнювання матиме вигляд:

перший ланцюг	а б в г д е –
другий ланцюг	а – в г д е є

Для проведення вирівнювань використовують алгоритм, який дозволяє стверджувати, що проведене вирівнювання найкраще репрезентує ступінь спорідненості послідовностей. Наприклад, можливі різні варіанти вирівнювання послідовностей gctgaacg та ctataatc:

· беззмістовне вирівнювання:

– – – – – – – g c t g a a c g

c t a t a a t c – – – – – – –

· вирівнювання без проміжків:

g c t g a a c g

c t a t a a t c

· вирівнювання з проміжками:

g c t g a – a – – c g

– – c t – a t a a t c

· інше:

g c t g – a a – c g

– c t a t a a t c –

Більшість сприйме останнє вирівнювання як найбільш вдале з усіх чотирьох. Для того, щоб вирішити чи вирівнювання є найкращим, необхідно систематично оцінити вирівнювання. Необхідно також створити критерії та кількісну оцінку чи рахунок (score), які відображали б якість кожного з вирівнювань, і на основі рейтинга визначити найкраще вирівнювання. Найкраще вирівнювання не завжди може бути унікальним: різні вирівнювання можуть давати однаковий рейтинг.

Подані приклади ілюструють парне вирівнювання, хоча здебільшого ми маємо справу з великими родинами подібних послідовностей, визначаючи гомологи у різних видах. Вирівнювання більше ніж двох послідовностей називається множинним вирівнюванням послідовностей. Множинне вирівнювання більш інформативне ніж парне, оскільки дозволяє встановити консервативні патерни (мотиви).

Класичним прикладом практичного застосуваня принципу вирівнювання послідовностей є встановлення спорідненості послідовностей промоторів різних організмів:

Дата добавления: 2015-11-16