Современная междисциплинарная наука, которая использует современные компьютерные технологии для решения биологических проблем Сбор, хранение, анализ и интерпритация биологической информации Молекулярное моделирование Открытие генов Определение функции генов Определение вторичной, третичной структуры белков и РНК Сравнение белков, ДНК, РНК …..
Установление нуклеотидной (ДНК, РНК) или аминокислотной (белки) последовательности Аминокислотная последовательность Нуклеотидная последовательность
2.8 триллионов ридов 326.2 триллиона п.н. Второе поколение сиквенаторов
Биоинформатика включает в себя: базы данных, в которых хранится биологическая информация (банки данных) набор инструментов для анализа тех данных, которые лежат в таких базах правильное применение компьютерных методов для правильного решения биологических задач
Nucleotide sequences Protein sequences Proteins sequence patterns or motifs Macromolecular 3D structure Gene expression data Metabolic pathways Genomic data Maps Markers ДНК Белковые GenBank PIR EMBL MIPS DDBJ Swiss-Prot Celera TrEMBL GenPept
Архивные Курируемые Производные Интегрированные Локальные Частные Общедоступные Типы БД
Архивные базы данных, это большая свалка, куда любой может поместить все, что захочет. К таким базам относятся: GeneBank & EMBL – здесь хранятся первичные последовательности PDB – пространственные структуры белков, и многое другое.
За достоверность отвечает владельцы базы данных. Информацию из архивных баз данных отбирают эксперты, проверяя достоверность информации – что записано в этих последовательностях, какие есть экспериментальные основания для того, чтобы считать, что эти последовательности выполняют ту или иную функцию. К базам данных такого типа относятся: Swiss- Prot – наиболее качественная база данных, содержащая аминокислотные последовательности белков KEGG – информация о метаболизме FlyBase – информация о Drosophila COG – информация об ортологичных генах прокариот KOG - информация об ортологичных генах эукариот TAIL – информация о Arabidopsis thaliana
Такие базы получаются в результате обработки данных из архивных и курируемых баз данных. Сюда входит: SCOP – База данных структурной классификации белков (описывается структура белков) PFAM – База данных по семействам белков GO (Gene Ontology) – Классификация генов (попытка создания набора терминов, упорядочивания терминологии, чтобы один ген не назывался по разному, и чтобы разным генам не давали одинаковые названия) ProDom – белковые домены AsMamDB – альтернативный сплайсинг у млекопитающих
Вся информация (курируемая, не курируемая) свалена в кучу, и введя имя гена, можно найти всю связанную с ним информацию – в каких организмах встречается, в каком месте генома локализован, какие функции выполняет и т.д. NCBI Entrez – доступ к информации о нуклеотидных и аминокислотных последовательностях и структурах Ecocyc – все о E. coli – гены, белки, метаболизм и пр.
DIGAP – база данных аннотированных геномов фитопатогенов PlnTFDB – база данных о транскрипционных факторах растений PRGdb – база данных для анализа генов устойчивости у растений SALAD – база данных для анализа мотивов белков растений и установления их функций SolEST – база данных для изучения транскрипции генов картофеля AnimalTFDB - база данных транскрипционных факторах животных И др.
Аннотированная коллекция всех ДНК сиквенсов Подбазы интегрированы Включает подбазы : GSS – случайные сиквенсы геномной ДНК EST - секвенированные фрагменты экспрессирующихся последовательностей Nucleotide - аннотированные нуклеотидные последовательности И др. Содержит более 10 000 000 сиквенсов растений
NCBI Entrez
BLASTp (выравнивание аминокислотных последовательностей), BLASTn (выравнивание нуклеотидных последовательностей), BLASTx (выравнивание всех возможных транслятов нашей нуклеотидной последовательности против банка аминокислотных последовательностей), TBLASTx (выравнивание всех возможных транслятов нашей нуклеотидной последовательности против всех транслятов банка нуклеотидных последовательностей).
C равнение ДНК сиквенсов ( С lustalW, ClustalX, Phylipe, MAFFT, BLAST…) Множественное выравнивание – выравнивание нескольких сиквенсов Где это можно сделать online : http://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/clustalo/ http://www.genebee.msu.su/services/malign_reduced.html http://www.genome.jp/tools/clustalw/
BLASTN: tBLASTx: Ваша НУКЛЕОТИДНАЯ последовательность НУКЛЕОТИДНАЯ последовательности NCBI поиск Ваша НУКЛЕОТИДНАЯ последовательность поиск НУКЛЕОТИДНАЯ последовательности NCBI АМИНОКИСЛОТНЫЕ трансляты трансляция АМИНОКИСЛОТНЫЕ трансляты трансляция
TATTTGTGGTTTAGATGGGCTTTTGTAAGGGACAAGAGTGTGTATGACAAGTTAACAACATACATATCAACAAACAGTGAGGGAGTTTCGCGTGAAACACATCTCCGAACACTCATGATTATAAAGGAGATTATACTACAAATAAAACAAAACCGTGGTACTATCGGTGACTTCAACTGGTATGGCCATCACACATTGAGGGCGAGATGGGTTCAACTAAACAGCCTGGTGTCGCTATCTACTCGATTCTCCCATCAGGAAGCATCTCCTGAATATTGCAACTACTTTCAAAGAATCAGAAACCCTTCTCCAAGTATGTTAATTTTATTTCCAAAATGCTCTCGGTAA
дельтоплан дель----фин
SNP (Single Nucleotide Polymorphism) UAG – стоп кодон AAG - лизин ТРАНСЛИРОВАНИЕ В БЕЛОК Устойчивое Чувствительное
Множественное выравнивание ( alignment) ДНК последовательностей с помощью CLC sequence viewer
Perrine et al., 2007
УКОРЕНЁННОЕ Построение филогенетических деревьев на основе выравнивния
Kerstin Lindblad-Toh et al., 2005
Создание SNP маркеров с помощью методов биоинформатики
Полиморфизм по одного нуклеотида Встречаются часто Могут возникать в экзонах, интронах и межгенных регионах Могут приводить к изменению в аминокислотной последовательности (не синонимичные) или нет (синонимичные)
SNP – однонуклеотидный полиморфизм
