Задание1. Поиск гипотетических гомологов изучаемого белка в разных банках

Таблица 1. Результаты поиска гипотетических гомологов белка YFIT_BACSU

  Поиск по Swiss-Prot Поиск по "nr" Поиск по PDB
1. Лучшая находка
Accession O31562.1  NP_388720.1  1RXQ_A 
E-value 9e-102  2e-100  1e-99 
Вес (в битах) 368 bits  368 bits  358 bits 
Процент идентичности 100%  100%  98% 
2. Сколько хороших кандидатов в гомологи найдено?
(число находок в списке описаний с E-value < 1e-10) 		18  100  2 
3. "Худшая из хороших" находка (последняя в выдаче с E-value < 1)
Номер находки в списке описаний 22  100  4 
Accession B5EEL9.1  YP_003672464.1  2YQY_A 
E-value 0.91  1e-34  0.87 
Вес (в битах) 33.1 bits  149 bits  29.6 bits 
% идентичности 35%  42%  27% 
% сходства 57%  58%  37% 
Длина выравнивания 51  177  166 
Координаты выравнивания (от-до, в запросе и в находке) 90-140
11-63 		 1-177
1-178 		 19-165
2-160 
Число гэпов 4  1  26 

  • В первых двух базах данных удалось найти исходный белок, когда же в последней нет, лишь его ближайший гомолог из того же организма.
    В выравнивании последовательности ?того белка с исходной все аа совпадают, кроме 2 пар, представленных как М-Х (в двух местах выравнивания), Х - ?то некая аминокислота, не расшифрованная в ходе рентгеноструктурного анализа. Ввиду сказанного можно предположить, что предложенная BLASTом из PDB последовательность все-таки является исходной.
  • Число явных гомологов, выданных из разных банков, значительно различается. Из "nr" было представлено 100 (хотя их гораздо больше, но по умолчанию BLAST ограничивает выдачу до 100 последовательностей): такое большое число объясняется природой самого банка "nr". Ведь, по замыслу, он включает в себя все белковые последовательности из всевозможных источников (в первую очередь Swiss-Prot и аннотации кодирующих участков генов в GenBank).
    Небольшой результат в поиске по PDB обусловлен вообще небольшим числом белков,подвергшихся рентгеноструктурному анализу для выяснения пространственной организации.
  • В SwissProt было представлено 36 находок, e-value последнего 9,8. В PDB - 17 находок, e-value последнего - 8.5.(Число находок лимитировано значением E-value=10.)
    B "nr" - 100 находок, e-value последнего 1e-34. (Лимитирующий фактор - заданный по умолчанию предельный размер выдачи 100)

    Задание 2. Поиск гипотетического гомолога изучаемого белка с фильтром по таксонам

    Лучший гомолог - Putative metal-dependent hydrolase GWCH70_0602 - из рода Geobacillus (в семействе Bacillaceae). Организм Geobacillus sp.

    Номер находки в списке описаний 1 
    Accession C5D6I2.1 
    E-value 5e-44 
    Вес (в битах) 169 bits 
    % идентичности 42% 
    % сходства 66% 
    Длина выравнивания 173 
    Координаты выравнивания (от-до, в запросе и в находке) 6-178
    4-176 
    Число гэпов 0 

    Задание 3. Сравнение выравниваний, выданных программой BLASTP, с оптимальными глобальным и локальным выравниваниями.

    Выравнивание от BLAST 
    
Query  6    LSYPIGEYKPRESISKEQKDKWIQVLEEVPAKLKQAVEVMTDSQLDTPYRDGGWTVRQVV  65
            + YPIG+++   +  +E   +WI  + ++PAKL +AV  + + QL+TPYRDGGWTV QVV
Sbjct  4    IRYPIGKFQAPAAFCEEDAKQWISDIRQIPAKLWEAVSGLNEEQLNTPYRDGGWTVAQVV  63

Query  66   HHLADSHMNSYIRFKLSLTEETPAIRPYDEKAWSELKDSKTADPSGSLALLQELHGRWTA  125
            HH+AD+ MN+++R K +LTE+ P+I+P++E  W++  ++++     SL LL+ LH RW  
Sbjct  64   HHIADASMNAFLRTKWTLTEDVPSIKPFEENDWAKTTEARSLHIEPSLQLLEGLHERWAH  123

Query  126  LLRTLTDQQFKRGFYHPDTKEIITLENALGLYVWHSHHHIAHITELSRRMGWS  178
            LL +++   F+R FYH  TKE + L   + ++ WH  HH A I  L +R GW+
Sbjct  124  LLESMSSDDFQRNFYHEGTKENVPLYVLIAMHAWHGKHHTAQIVSLRQRKGWN  176
    Length: 173
    Identities: 73/173 (42%)
    Positives: 115/173 (66%)
    Gaps: 0/173 (0%)
    Score: 427
    		Оптимальное частичное выравнивание от Water 
    YFIT_BACSU         6 LSYPIGEYKPRESISKEQKDKWIQVLEEVPAKLKQAVEVMTDSQLDTPYR     55
                     :.||||:::...:..:|...:||..:.::||||.:||..:.:.||:||||
Y602_GEOSW         4 IRYPIGKFQAPAAFCEEDAKQWISDIRQIPAKLWEAVSGLNEEQLNTPYR     53

YFIT_BACSU        56 DGGWTVRQVVHHLADSHMNSYIRFKLSLTEETPAIRPYDEKAWSELKDSK    105
                     ||||||.|||||:||:.||:::|.|.:|||:.|:|:|::|..|::..:::
Y602_GEOSW        54 DGGWTVAQVVHHIADASMNAFLRTKWTLTEDVPSIKPFEENDWAKTTEAR    103

YFIT_BACSU       106 TADPSGSLALLQELHGRWTALLRTLTDQQFKRGFYHPDTKEIITLENALG    155
                     :.....||.||:.||.||..||.:::...|:|.|||..|||.:.|...:.
Y602_GEOSW       104 SLHIEPSLQLLEGLHERWAHLLESMSSDDFQRNFYHEGTKENVPLYVLIA    153

YFIT_BACSU       156 LYVWHSHHHIAHITELSRRMGWS    178
                     ::.||..||.|.|..|.:|.||:
Y602_GEOSW       154 MHAWHGKHHTAQIVSLRQRKGWN    176
    Length: 173
    Identity: 73/173 (42.2%)
    Similarity: 115/173 (66.5%)
    Gaps: 0/173 ( 0.0%)
    Score: 436.0
    Оптимальное полное выравнивание от Needle 
    YFIT_BACSU         1 MTSVNLSYPIGEYKPRESISKEQKDKWIQVLEEVPAKLKQAVEVMTDSQL     50
                       ...:.||||:::...:..:|...:||..:.::||||.:||..:.:.||
Y602_GEOSW         1 --MDEIRYPIGKFQAPAAFCEEDAKQWISDIRQIPAKLWEAVSGLNEEQL     48

YFIT_BACSU        51 DTPYRDGGWTVRQVVHHLADSHMNSYIRFKLSLTEETPAIRPYDEKAWSE    100
                     :||||||||||.|||||:||:.||:::|.|.:|||:.|:|:|::|..|::
Y602_GEOSW        49 NTPYRDGGWTVAQVVHHIADASMNAFLRTKWTLTEDVPSIKPFEENDWAK     98

YFIT_BACSU       101 LKDSKTADPSGSLALLQELHGRWTALLRTLTDQQFKRGFYHPDTKEIITL    150
                     ..::::.....||.||:.||.||..||.:::...|:|.|||..|||.:.|
Y602_GEOSW        99 TTEARSLHIEPSLQLLEGLHERWAHLLESMSSDDFQRNFYHEGTKENVPL    148

YFIT_BACSU       151 ENALGLYVWHSHHHIAHITELSRRMGWS    178
                     ...:.::.||..||.|.|..|.:|.||:
Y602_GEOSW       149 YVLIAMHAWHGKHHTAQIVSLRQRKGWN    176
    Length: 178
    Identity: 73/178 (41.0%)
    Similarity: 115/178 (64.6%)
    Gaps: 2/178 ( 1.1%)
    Score: 432.0
  • Все сопоставления, вес, процент сходства и идентичности в выравниваниях BLAST и Water одинаковы (их высокое сходство и ожидалось, так как обе программы основаны на алгоритмах для частичных выравниваний). Matcher дает такие же результаты.
  • По результатам сравнения выравниваний BLAST и Needle (частичного и полного соответственно) можно говорить, что все сопоставления одинаковы. Меньший вес в Needle (по сравнению с Water) объясняется необходимостью сдвига второй последовательности относительно первой, за что в полном выравнивании накладывается штраф.
  • Интересно, что программа полного выравнивания Stretcher, основываясь на другом алгоритме, пошла иным путем, нежели Needle. Она ввела два г?па не в начале второй последовательности, а дальше, стремясь сопоставить первые метионины. Можно предположить, что данная программма стремится на наибольшей идентичности, а не большему весу. Так, сопоставив одинаковые остатки, программа сохранила прежним число сходных остатков, но - главное - их вес стал меньше, что и отразилось в общем весе выравнивания.
    • Оптимальное частичное выравнивание от Matcher 
            10        20        30        40        50     
YFIT_B LSYPIGEYKPRESISKEQKDKWIQVLEEVPAKLKQAVEVMTDSQLDTPYR
       . ::::...   .  .:   .::  . ..:::: .::  . . ::.::::
Y602_G IRYPIGKFQAPAAFCEEDAKQWISDIRQIPAKLWEAVSGLNEEQLNTPYR
            10        20        30        40        50   

          60        70        80        90       100     
YFIT_B DGGWTVRQVVHHLADSHMNSYIRFKLSLTEETPAIRPYDEKAWSELKDSK
       :::::: :::::.::. ::...: : .:::. :.:.:..:  :..  ...
Y602_G DGGWTVAQVVHHIADASMNAFLRTKWTLTEDVPSIKPFEENDWAKTTEAR
            60        70        80        90       100   

         110       120       130       140       150     
YFIT_B TADPSGSLALLQELHGRWTALLRTLTDQQFKRGFYHPDTKEIITLENALG
       .     :: ::. :: ::  :: ...   :.: :::  ::: . :   . 
Y602_G SLHIEPSLQLLEGLHERWAHLLESMSSDDFQRNFYHEGTKENVPLYVLIA
           110       120       130       140       150   

         160       170        
YFIT_B LYVWHSHHHIAHITELSRRMGWS
       .. ::  :: : :  : .: ::.
Y602_G MHAWHGKHHTAQIVSLRQRKGWN
           160       170
    Length: 173
    Identity: 73/173 (42.2%)
    Similarity: 115/173 (66.5%)
    Gaps: 0/173 ( 0.0%)
    Score: 436
    		 Оптимальное полное выравнивание от Stretcher 
                   10        20        30        40        50
YFIT_B MTSVNLSYPIGEYKPRESISKEQKDKWIQVLEEVPAKLKQAVEVMTDSQL
       :  .   ::::...   .  .:   .::  . ..:::: .::  . . ::
Y602_G MDEIR--YPIGKFQAPAAFCEEDAKQWISDIRQIPAKLWEAVSGLNEEQL
                 10        20        30        40        

               60        70        80        90       100
YFIT_B DTPYRDGGWTVRQVVHHLADSHMNSYIRFKLSLTEETPAIRPYDEKAWSE
       .:::::::::: :::::.::. ::...: : .:::. :.:.:..:  :..
Y602_G NTPYRDGGWTVAQVVHHIADASMNAFLRTKWTLTEDVPSIKPFEENDWAK
       50        60        70        80        90        

              110       120       130       140       150
YFIT_B LKDSKTADPSGSLALLQELHGRWTALLRTLTDQQFKRGFYHPDTKEIITL
         ....     :: ::. :: ::  :: ...   :.: :::  ::: . :
Y602_G TTEARSLHIEPSLQLLEGLHERWAHLLESMSSDDFQRNFYHEGTKENVPL
      100       110       120       130       140        

              160       170        
YFIT_B ENALGLYVWHSHHHIAHITELSRRMGWS
          . .. ::  :: : :  : .: ::.
Y602_G YVLIAMHAWHGKHHTAQIVSLRQRKGWN
      150       160       170
    Length: 178
    Identity: 74/178 (41.6%)
    Similarity: 116/178 (65.2%)
    Gaps: 2/178 ( 1.1%)
    Score: 430

    Задание 1*. Изменение параметров BLAST

  • При изменении системы штрафов за г?пы от 11-1 на 8-2 получена худшая из хороших находка e-value 0,85 всместо прежнего значения 0,91, а результатов стало меньше на 4 (32 вместо 36).
  • При изменении матрицы на BLOSUM80 худшая из хороших находок имеет с e-value 0,69, а все число находок исчисляется 28.

    Задание 2*

    Рассмотрю находку Protein TIF31 homolog с e-value 1.4 (выдача BLASTа с Gap Costs: Existence 11 Extension 1 и BLOSUM62)

    Выравнивание от BLAST 
    Query  21   KEQKDKWIQVLEEVPAKLKQAVEVMTDSQLDTPYRDGGWTV  61
            +E+ +K++Q  +EVP+KLK+ ++ +  + L  P R+ G TV
Sbjct  715  QEEINKYVQQGKEVPSKLKEQIQ-LDKADLKEPVRNEGCTV  754
    Length: 41
    Identities: 15/41 (37%)
    Positives: 28/41 (68%)
    Gaps: 0/173 1/41 (2%)
    Score: 32.3 bits (72)
    		Оптимальное частичное выравнивание от Water 
    YFIT_BACSU        21 KEQKDKWIQVLEEVPAKLKQAVEVMTDSQLDTPYRDGGWTV     61
                     :|:.:|::|..:|||:|||:.:: :..:.|..|.|:.|.||
TIF31_KLULA      715 QEEINKYVQQGKEVPSKLKEQIQ-LDKADLKEPVRNEGCTV    754
    Length: 41
    Identity: 15/41 (36.6%)
    Similarity: 28/41 (68.3%)
    Gaps: 1/41 ( 2.4%)
    Score: 68.0
    Оптимальное полное выравнивание от Needle (значащий участок
    - по длине первого белка)     
                                                              

YFIT_BACSU                                                 MTSVNLSY---P      9
                                                           :...|..|   .
TIF31_KLULA      651 TDLFHTNGVNMRYLGKAIEFVKAKYEDQKQERAKYLSKIEQENKEYQDWE    700

YFIT_BACSU        10 IGEYKPRESISKEQKD---KWIQVLEEVPAKLKQAVEVMTDSQLDTPYRD     56
                     .|.....|.:.||:::   |::|..:|||:|||:.:: :..:.|..|.|:
TIF31_KLULA      701 TGYLVKVEKLIKERQEEINKYVQQGKEVPSKLKEQIQ-LDKADLKEPVRN    749

YFIT_BACSU        57 GGWTVR--QVVHHLADSHMN------SYIRFKLSLTEETPAIRPYDEKAW     98
                     .|.||.  |....:|...:.      .:|..:.|....:|.:.|:....:
TIF31_KLULA      750 EGCTVEVDQFEGLIAVCELEMIARSIKHIFRQQSKKLSSPTLVPHLVAFF    799

YFIT_BACSU        99 SEL------KDSKTADPSGSLALLQELH-GRWTALLRTLTDQ---QFKRG    138
                     ..|      .:|.|.:...:|..:.||. .::|.  ..|.::   |.|..
TIF31_KLULA      800 LNLLFGKSYNESVTVENLDALFDINELEFAQYTR--EQLIEEVRVQAKLR    847

YFIT_BACSU       139 FYHPDTKEIITL-ENALGLYVWHSHHHIAHITELSRRMGWS---------    178
                     |.:..|.|...: |.....|        |.|..::::.|..         
TIF31_KLULA      848 FRYDLTSEWFDINEKRFSKY--------ALIRAIAQKFGIQLINKEYFFT
    Length: 178
    Identity: 44/1280 ( 3.4%)
    Similarity: 81/1280 ( 6.3%)
    Gaps: 1113/1280 (87.0%)
    Score: 21.0
    		 Длина последовательности данного ?укариотического белка гораздо больше, нежели прокариотического. Глобальное выравнивание показало, что последовательность бактерии сходна (имеет идентичные и сходные пары) с центральным участком ?укариотической последовательности. Можно предположить, что в результате, к примеру, кроссинговера, горизонтального переноса генов в ходе ?волюции и пр. ген данного бактериального белка оказался частью гена данного ?укариотического белка. ?то можно попытаться подтвердить наличием нескольких идентичных и сходных участков, например 
    EVPAKLK
|||:|||
EVPSKLK.

    Но, строго говоря, приведенные предположения являются большей частью умозрительными, так как использованные методы выравнивания на сегодняшний момент считаются далеко не ведущими. По-моему, о гомологии можно будет судить лишь после проведения структурного выравнивания (SSM).
    Bacillus subtilis (Prokariota), имеющая белок YFIT_BACSU

    		Kluyveromyces lactis (Fungi, Eukariota), имеющая белок TIF31_KLULA

    Задание 3*

  • Интерфейс BLAST на сайте EBI весьма компактен и от ?того более удобен. Также участок с дополнительными опциями находится на виду. Из всех трех интерфейсов ?тому я отдаю первое место.
  • Интерфейс на SIB как-то размашист. В дополнение, дизайн сайта уступает остальным из-за своей простоты.
    ©Vakil Takhaveev