3 встреча — Биоинформатика (продолжение) (А. Фединцев)

3 встреча Smolensk Computer Science Club
Презентация Александра Фединцева про биоинформатику (продолжение)
ВКонтакте: http://vk.com/scsc3
Видео: https://www.youtube.com/watch?v=sSr3zhFzUgIv=b3TZEeeIQ1c

Transcript

1. Операции преобразования строк Подстановка kill bill Вставка kill skill Удаление fear ear
2. 1. Расстояние Хэмминга (подстановка) dH (GCAT,CGAT) = 2 2. Расстояние Левенштейна (удаление, вставка, подстановка) dE (CGACG, GTCGA) = 3
3. Рекуррентная формула для расстояния Левенштейна
4. Подсчет расстояния Левенштейна “ T E S T “ S E T i j
5. “ T E S T “ 0 S E T Подсчет расстояния Левенштейна 0 0
6. “ T E S T “ 0 S 1 E T Подсчет расстояния Левенштейна
7. Подсчет расстояния Левенштейна “ T E S T “ 0 S 1 E 2 T
8. Подсчет расстояния Левенштейна “ T E S T “ 0 S 1 E 2 T 3
9. Подсчет расстояния Левенштейна “ T E S T “ 0 1 2 3 4 S 1 E 2 T 3
10. Подсчет расстояния Левенштейна “ T E S T “ 0 1 2 3 4 S 1 1 E 2 T 3
11. Восстановление редакционного предписания 1) вертикальный переход — удаление символа из s1; 2) горизонтальный переход — вставка символа из s2 в s1; 3) диагональный переход — совпадение или замена.
12. Подсчет расстояния Левенштейна “ T E S T “ 0 1 2 3 4 S 1 1 2 2 3 E 2 2 1 2 3 T 3 2 2 2 2
13. Алгоритм в виде, описанном выше, требует O(n*m) операций и такую же память. Последнее может быть неприятным: так, для сравнения файлов длиной в 10^5 строк потребуется около 40 гигабайт памяти. Если требуется только расстояние, легко уменьшить требуемую память до O(min(n, m)) . Для этого надо учесть, что после вычисления любой строки предыдущая строка больше не нужна.
14. Взвешенный редакционный граф
15. Цели выравнивания двух последовательностей: - соизмерить их сходство и установить соответствие между остатками; - отметить консервативные и вариабельные участки; - высказать соображения об эволюционных взаимосвязях.
16. Схожие трехмерные структуры белков Вставка в «синей» последовательности
17. Типы выравнивания - Локальное – поиск фрагментов наиболее похожих друг на друга домовой домовой домовой скупидом водомерка водомерка - Глобальное – сравнение последовательностей целиком: каждый нуклеотид (аминокислота) находит себе пару лесовоз ---лесо---воз ледоход лед---оход---
18. Рекуррентная формула алгоритма Нидлмана-Вунша
19. _ P R E T T Y _ 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 P -1 R -2 T -3 T -4 E -5 I -6 N -7
20. _ P R E T T Y _ 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 P -1 0 -1 -2 -3 -4 -5 R -2 T -3 T -4 E -5 I -6 N -7
21. _ P R E T T Y _ 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 P -1 0 -1 -2 -3 -4 -5 R -2 -1 0 -1 -2 -3 -4 T -3 T -4 E -5 I -6 N -7
22. _ P R E T T Y _ 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 P -1 0 -1 -2 -3 -4 -5 R -2 -1 0 -1 -2 -3 -4 T -3 -2 -1 -1 -1 -2 -3 T -4 E -5 I -6 N -7
23. _ P R E T T Y _ 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 P -1 0 -1 -2 -3 -4 -5 R -2 -1 0 -1 -2 -3 -4 T -3 -2 -1 -1 -1 -2 -3 T -4 -3 -2 -2 -1 -1 -2 E -5 I -6 N -7
24. _ P R E T T Y _ 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 P -1 0 -1 -2 -3 -4 -5 R -2 -1 0 -1 -2 -3 -4 T -3 -2 -1 -1 -1 -2 -3 T -4 -3 -2 -2 -1 -1 -2 E -5 -4 -3 -2 -2 -2 -3 I -6 N -7
25. _ P R E T T Y _ 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 P -1 0 -1 -2 -3 -4 -5 R -2 -1 0 -1 -2 -3 -4 T -3 -2 -1 -1 -1 -2 -3 T -4 -3 -2 -2 -1 -1 -2 E -5 -4 -3 -2 -2 -2 -2 I -6 -5 -4 -3 -3 -3 -3 N -7
26. _ P R E T T Y _ 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 P -1 0 -1 -2 -3 -4 -5 R -2 -1 0 -1 -2 -3 -4 T -3 -2 -1 -1 -1 -2 -3 T -4 -3 -2 -2 -1 -1 -2 E -5 -4 -3 -2 -2 -2 -2 I -6 -5 -4 -3 -3 -3 -3 N -7 -6 -5 -4 -4 -4 -4
27. _ P R E T T Y _ 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 P -1 0 -1 -2 -3 -4 -5 R -2 -1 0 -1 -2 -3 -4 T -3 -2 -1 -1 -1 -2 -3 T -4 -3 -2 -2 -1 -1 -2 E -5 -4 -3 -2 -2 -2 -2 I -6 -5 -4 -3 -3 -3 -3 N -7 -6 -5 -4 -4 -4 -4
28. N Y _ P R E T T Y _ 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 P -1 0 -1 -2 -3 -4 -5 R -2 -1 0 -1 -2 -3 -4 T -3 -2 -1 -1 -1 -2 -3 T -4 -3 -2 -2 -1 -1 -2 E -5 -4 -3 -2 -2 -2 -2 I -6 -5 -4 -3 -3 -3 -3 N -7 -6 -5 -4 -4 -4 -4
29. IN TY _ P R E T T Y _ 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 P -1 0 -1 -2 -3 -4 -5 R -2 -1 0 -1 -2 -3 -4 T -3 -2 -1 -1 -1 -2 -3 T -4 -3 -2 -2 -1 -1 -2 E -5 -4 -3 -2 -2 -2 -2 I -6 -5 -4 -3 -3 -3 -3 N -7 -6 -5 -4 -4 -4 -4
30. EIN -TY _ P R E T T Y _ 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 P -1 0 -1 -2 -3 -4 -5 R -2 -1 0 -1 -2 -3 -4 T -3 -2 -1 -1 -1 -2 -3 T -4 -3 -2 -2 -1 -1 -2 E -5 -4 -3 -2 -2 -2 -2 I -6 -5 -4 -3 -3 -3 -3 N -7 -6 -5 -4 -4 -4 -4
31. TEIN T-TY _ P R E T T Y _ 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 P -1 0 -1 -2 -3 -4 -5 R -2 -1 0 -1 -2 -3 -4 T -3 -2 -1 -1 -1 -2 -3 T -4 -3 -2 -2 -1 -1 -2 E -5 -4 -3 -2 -2 -2 -2 I -6 -5 -4 -3 -3 -3 -3 N -7 -6 -5 -4 -4 -4 -4
32. TTEIN ET-TY _ P R E T T Y _ 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 P -1 0 -1 -2 -3 -4 -5 R -2 -1 0 -1 -2 -3 -4 T -3 -2 -1 -1 -1 -2 -3 T -4 -3 -2 -2 -1 -1 -2 E -5 -4 -3 -2 -2 -2 -2 I -6 -5 -4 -3 -3 -3 -3 N -7 -6 -5 -4 -4 -4 -4
33. RTTEIN RET-TY _ P R E T T Y _ 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 P -1 0 -1 -2 -3 -4 -5 R -2 -1 0 -1 -2 -3 -4 T -3 -2 -1 -1 -1 -2 -3 T -4 -3 -2 -2 -1 -1 -2 E -5 -4 -3 -2 -2 -2 -2 I -6 -5 -4 -3 -3 -3 -3 N -7 -6 -5 -4 -4 -4 -4
34. PRTTEIN PRET-TY _ P R E T T Y _ 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 P -1 0 -1 -2 -3 -4 -5 R -2 -1 0 -1 -2 -3 -4 T -3 -2 -1 -1 -1 -2 -3 T -4 -3 -2 -2 -1 -1 -2 E -5 -4 -3 -2 -2 -2 -2 I -6 -5 -4 -3 -3 -3 -3 N -7 -6 -5 -4 -4 -4 -4
35. Все замены аминокислот не являются равновероятными и в ходе эволюции чаще происходят замены на сходные по физико- химическим свойствам аминокислоты!!! Так в ходе эволюции гидрофобный изолейцин достаточно часто заменяется на гидрофобный валин и редко на гидрофильный цистеин. Исследования эволюционных изменений различных белковых семейств позволили установить частоты фиксированных мутаций аминокислот и нуклеотидов и обобщить полученную информацию в виде матриц. В настоящее время используются серии белковых матриц Blosum и PAM.
36. Матрица РАМ 250
37. Матрица Blosum 45
38. Отличия матриц Основными отличиями матриц РАМ и Blosum являются: 1) использование матрицами РАМ простой эволюционной модели (подсчет замен на ветвях филогенетического древа); 2) матрицы РАМ основаны на учете мутаций по принципу глобального выравнивания (в высококонсервативных и высокомутабельных участках), а матрицы Blosum – локального (только высококонсервативных участков); 3) для матриц РАМ замены в группах последовательностей подсчитываются сходным образом.