E = mn 2 – Sґ (2).
Программы BLAST преимущественно определяют значение E, а не P (вероятности наличия хотя бы одного HPS с показателем, превышающим или равным S). Но при E < 0,01 значения P и E почти идентичны.
Величина E определяется по формуле (2) при сравнении лишь двух аминокислотных или нуклеотидных последовательностей. Сравнение изучаемой последовательности длиной m с множеством последовательностей базы данных может основываться на двух положениях. Первое положение состоит в том, что все последовательности базы данных одинаково сходны с изучаемой. Это подразумевает, что значение E для выравнивания с короткой последовательностью, содержащейся в базе данных, следует приравнять со значением E для выравнивания с длинной последовательностью. Для вычисления значения E по базе данных необходимо умножить значение E, полученное при попарном сравнении, на число последовательностей в ней. Второе положение заключается в том, что изучаемая последовательность более сходна с короткими, а не с длинными последовательностями, потому что последние часто состоят из различных участков (многие белки состоят из доменов). Если предположить, что вероятность сходства пропорциональна длине последовательности, то попарное значение E для последовательности базы данных длиной n надо умножить на N/n, где N – общая длина аминокислот или нуклеотидов в базе данных. Программы BLAST преимущественно используют этот подход для вычисления значений E по базе данных.
Теоретически локальное выравнивание может начинаться с любой пары нуклеотидов или аминокислот выровненных последовательностей. Однако HPS, как правило, не начинаются близко к краю (началу или концу) последовательностей. Для коррекции такого краевого эффекта необходимо вычислять эффективную длину последовательностей. В случае последовательностей длиной более 200 остатков происходит нейтрализация краевого эффекта.
Рассмотренные выше показатели разрабатывались для не содержащих гэпов местных выравниваний. Однако в ходе последующих исследований было установлено, что эти показатели могут использоваться и для выравниваний, содержащих гэпы.
При подборе последовательностей праймеров для постановки ПЦР-анализа часто пользуются программой OligoСalc. Для анализа в окно браузера копируют смоделированную нуклеотидную последовательность, указывая 5’ и 3’-концы, затем нажимают на панель Calculate. В появившемся окне содержится вся информация о данном праймере:длинна, число Г-Ц пар, температура плавления. Для анализа самокомплементарности и наличия шпилечных структур в браузере необходимо нажать на панель Check Self-complementarity. В появившемся окне содержится информация о наличии и числе двунитевых участков и шпилек.
2.3 Глава 2 (Применение IT в исследованиях по подготовке магистерской диссертации).
Подготовку магистерской диссертации невозможно представить без использования достижений современных информационных технологий. Ряд программ используется как при непосредственном проведении эксперимента, так и при оформлении полученных результатов. Одной из задач магистерской диссертации является исследование генетической организации плазмид биодеградации нафталина группы Inc-P7. В частности необходимо исследовать область генов, ответственных за репликацию (RepA-OriV). Исследование предполагали проводить при помощи ПЦР-анализа со специфическими праймерами, с последующей рестрикцией продуктов амплификации. Для провеления реакции ПЦР одним из важнейших компонентов являются праймеры. Праймеры – это короткие нуклеотидные последовательности длинной 15-30 нуклеотидов, комплементарные определенным участкам амплифицируемой ДНК. Праймеры к ряду известных последовательностей генов продаются в готовом виде. Если же к данной последовательности праймеров не существует, то подбор их осуществляется «вручную» с использованием ряда компьютерных программ. Плазмиды, выделенные в лаборатории из природных штаммов являются главным объектом исследования. Для начала необходимо знать сиквенс исходной матричной последовательности необходимого гена. Праймеры будут построены на основании сиквенса последовательности плазмиды pND6-1. Выбор именно этой плазмиды обусловлен тем, что это единственная, на данный момент плазмида биодеградации нафталина, принадлежащая к группе Inc-P7, нуклеотидная последовательность которой определена и находится в геномной базе данных. Для поиска был использован ресурс www.ncbi.nih.gov. В строке браузера был задан поиск последовательности (Nucleotide) данной плазмиды. В появившемся окне содержится информация о каталожном номере данного сиквенса, информация об организме-хозяине, а также характеристика основных открытых рамок считывания. Возможно также вести поиск по геному (Genome) и бактериальному хозяину (Organism). Пользуясь полученной информацией находят номера необходимых рамок считывания, их координаты. Затем, согласно координатам выделяют нужную последовательность в общем сиквенсе и копируют ее в Word. Затем «вручную» подбирают прямой и обратный праймеры, использую правила комплементарности. Затем полученные последовательности проверяют с помощью программы OligoCalc. Если и прямой, и обратный праймер имеют одинаковую температуру плавления, Г-Ц индекс не более 50%, длинну не более 30 нуклеотидов, не содержат двунитевых участков и шпилек, то можно заказывать их изготовление. Готовые праймеры используют для постановки ПЦР-анализа.
Молекулярная генетика своими замечательными открытиями оказала плодотворное влияние на все биологические науки. Она явилась той основой, на которой выросла молекулярная биология, значительно ускорила прогресс биохимии, биофизики, цитологии, микробиологии, вирусологии, биологии развития, открыла новые подходы к пониманию происхождения жизни и эволюции органического мира. Достижения молекулярной генетики, внёсшие огромный теоретический вклад в общую биологию, широко использованы в практике сельского хозяйства и медицины (т. н. генная инженерия путём замены вредных генов полезными, в том числе искусственно синтезированными; управление мутационным процессом; борьба с вирусными болезнями и злокачественными опухолями путём вмешательства в процессы репликации нуклеиновых кислот и опухолеродных вирусов; управление развитием организмов посредством воздействия на генетические механизмы синтеза белка и т. д.). Перспективность практического применения достижений молекулярной генетики подтверждается успехами, достигнутыми на модельных объектах. Однако современность диктует свои правила игры, и молекулярная генетика в последнее время перестала быть в чистом виде практической. Без использования информационных технологий практически не возможно начать исследование. На огромном пути от поиска научных публикаций по заданной теме до поиска нужного гена в электронных геномных базах данных, постановки сложнейших аналитических реакций современные достижения IT являются неотъемлемой частью и большим подспорьем. Без использования специализированных компьютерных программ иногда не возможно проанализировать тот огромный объем информации, который получает специалист в области молекулярной генетики в ходе своих исследований. Ну и, наконец, сейчас ни одно оформление магистерской, кандидатской, докторской диссертации не обходится без применения IT. Программы Word, Excel, PowerPoint являются неотъемлемыми элементами, сопровождающими научный и околонаучный (конференции, симпозиумы, семинары) процесс. Огромное значение IT в современной науке очевидно, и в дальнейшем, возможно, что эти две области знаний будут и дальше развиваться параллельно и пополнять одна другую новой информацией.
2.6 Список литературы к реферату.
1. http://www.helmi.ru/aw/Advices/PubMed2.htm.
2. http://image.websib.ru/04/text_article_point.htm?140
3. http://bmn.medstalker.com.
4. http://rusbiotech.ru/project.
5. http://molbiol.ru/project.
6. http://www.basic.northwestern.edu/biotools/oligocalc.html.
7. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genomes/MICROBES/microbial_taxtree.html.
8. www.pubmed.gov
9. http://www.ncbi.nlm.nih.gov.
10. http://ru.wikipedia.org.
11. http://slovari.yandex.ru/dict/bse/article/00049/02500.htm.
12. http://www.jcbi.ru.
13. http://bioinformatix.ssmu.ru.
2.7
3 Интернет ресурсы в предметной области исследования.
1. http://molbiol.ru - нейтральная русскоязычная территория для тех, кто связан с биологией или молекулярной биологией. Цель проекта - создать в интернете известное всем "профсоюзное место встречи".У специалистов в области молекулярной биологии и генетики есть возможность ссылаться на материалы сайта. На сайте можно (и нужно) публиковать всё, что интересно коллегам-биологам, специалистам в области молекулярной биологии и генетики.
2. http://rusbiotech.ru - первый в России специализированный портал, посвященный биоинформатике и биотехнологии. Портал ведётся и развивается специалистами как в области биотехнологии, так и в области IT. Сайт может быть полезен для поиска необходимой информации о методиках, исследуемых организмах, реактивах, материалах и оборудовании. На сайте также содержится информация об организациях, проектах, грантах, а также научные публикации по геномике, молекулярной биологии, биоинформатике, биотехнологии
3. www.pubmed.gov - сайт национальной медицинской библиотеки США , для удобства тематического поиска и анализа биомедицинской информации, все журнальные статьи в Index Medicus и Medline проиндексированы по определенным ключевым словам или терминам, которые включены в специальный словарь под названием “Medical Subject Headings” (MESH). Использование такого подхода обеспечивает однообразие и преемственность в иерархической структуризации биомедицинской литературы.