Алгоритмы и программы множественного выравниванивания. Базы гомологичных доменов
Чингариева Алия
Студентка первого курса факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ им. М. В. Ломоносова,
2024 годСравните выравнивания одних и тех же последовательностей тремя разными программами.
Для выполнения задания были использованы белки из практикума 9, полученные по мнемоникам функций. В Jalview использовались программы: MUSCLE, MAFFT и T-coffee. Выравнивание MUSCLE выступало в качестве референсного.
Проект в Jalview.
Для выполнения задания использовалась программа, написанная Ксенией Кирцовой.
| (s1, f1) | (s2, f2) | Длина |
|---|---|---|
| (1-46) | (1-46) | 46 |
| (61-369) | (62-370) | 309 |
| (378-407) | (382-411) | 30 |
| (415-418) | (419-422) | 4 |
Таблица 1. Достоверные блоки относительно выравнивания по MUSCLE и MAFFT.
| (s1, f1) | (s2, f2) | Длина |
|---|---|---|
| (6-47) | (6-47) | 42 |
| (58-296) | (59-297) | 239 |
| (305-384) | (306-385) | 80 |
| (389-407) | (390-408) | 19 |
| (410) | (411) | 1 |
| (414-418) | (415-419) | 5 |
Таблица 2. Достоверные блоки относительно выравнивания по MUSCLE и T-coffee.
Общая длина достоверных колонок в выравнивании MUSCLE и MAFFT равна 389, в MUSCLE и T-coffee — 386. На основании этого можно сделать вывод, что выравнивания MUSCLE и MAFFT более схожи, чем MUSCLE и T-coffee. Вероятно, это указывает на то, что алгоритмы програм выравнивания MUSCLE и MAFFT более схожи.
Построение выравнивания по совмещению структур и сравнение его с выравниванием программой MSA
Я выбрала белки с доменами из семейства Cytochrome b/b6/petB (ID: Cytochrome_B; AC: PF00033): 2FYN, 2YIU, 6XKT.
В роли референсного выступил белок 2FYN.
Пространственное выравнивание было выполнено с помощью Pairwise Structure Alignment на сайте PDB алгоритмом TM-align.
Рис. 1. Результат выравнивания трёх белковых последовательностей.
Рис. 2. Результат выравнивания трёх белковых последовательностей.
Рис. 3. Совмещение структур.
Далее с помощью текстового редактора я произвела множественное выравнивание.
Было произведено ещё одно выравнивание в Jalview с использованием программы MUSCLE. Повторно использовалась программа Ксении Кирцовой, которая выдала список достоверных выравниваний относительно этих блоков.
| (s1, f1) | (s2, f2) | Длина |
|---|---|---|
| (1-18) | (1-18) | 18 |
| (31-232) | (30-231) | 202 |
Таблица 3. Достоверные блоки относительно выравниваний.
Описание программы Mafft
MAFFT (Multiple Alignment using Fast Fourier Transform) — это мощная программа,
предназначенная для выполнения множественного выравнивания последовательностей.
Входные данные: перед началом работы в MAFFT загружается набор последовательностей в формате fasta,
а также возможны другие поддерживаемые форматы.
Методы выравнивания: L-INS-i, FFT-NS-2, G-INS-i.
Результат работы: на выходе MAFFT генерирует файл с выравненными последовательностями в выбранном формате.
Основные этапы работы программы:
- Предварительное выравнивание: cначала программа выполняет попарное выравнивание всех входных последовательностей, используя оптимизированный алгоритм локального выравнивания, что позволяет быстро и точно определить начальные соответствия между последовательностями.
- Основное прогрессивное выравнивание: MAFFT задействует модифицированную версию классического прогрессивного алгоритма. В рамках этого этапа наиболее схожие группы последовательностей объединяются и выравниваются с применением весовых матриц сумм пар (Weighted Sum-of-Pairs scoring matrices).
- Итеративное уточнение выравнивания: выравнивание уточняется за счет многократного перемещения блоков внутри общего выравнивания для максимизации суммарного веса. Этот процесс повторяется несколько раз для улучшения точности выравнивания.
- Окончательная обработка: на заключительном этапе MAFFT применяет дополнительные методы доработки выравнивания, такие как добавление пропусков и другие улучшения, для дальнейшего повышения качества выравнивания.