Разработка компьютерных методов сравнительного анализа нуклеотидных последовательностей неограниченной длины

• Автор: Ресенчук, Сергей Михайлович
• Шифр специальности: 03.00.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Кольцово
• Количество страниц: 118 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Список используемых сокращений

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. Обзор литературных данных

1.1. Ортопоксвирусный геном .

1.2. Состояние проблемы изучения вирусов семейства Рохутйае

рода ОгНюрохут к моменту начала выполнения проекта расшифровки полного генома вируса натуральной оспы штамм Индия

1.3. Обзор методов построения выравненных наборов

нуклеотидных последовательностей.

1.3.1. Автоматические методы выравнивания последовательностей с.,1.

1.3.2. Интерактивные системы выравнивания. Визуализация результатов выравнивания

1.3.3. Диагональные точечные матрицы сходства последовательностей
1.4. Методы исследования эволюционных связей
ГЛАВА И. Предлагаемые методы сравнительного структурного
анализа полных геномов
2.1. Методы реализации
2.2. Функциональная блоксхема разработанной технологии
сравнительного анализа семейства последовательностей
ДНК
2.3. Интерактивная система построения выравненных наборов
2.3.1. Локализация областей сходства родственных последовательностей.
2.3.2. Построение и использование диагональных матриц
сходства. . .
2.3.3. Автоматическое подвыравнивание фрагментов последовательностей .
2.3.4. Механизм интерактивной коррекции выравнивания
2.4. Поиск потенциальных белок кодирующих областей
2.5. Формат, генерация и применение трансляционных карт
выравненного набора геномов и отдельных
последовательностей ДНК
2.6. Исследование эволюционной близости последовательностей
набора
2.7. Поиск прямых и инвертированных повторов внутри
последовательности
ГЛАВА III. Результаты и обсуждение
3.1. Компьютерный анализ данных, полученных при расшифровке
нуклеотидных последовательностей полных геномов штаммов
вируса натуральной оспы. Сравнительный анализ геномов
вирусов рода xvi .
3.1.1. Международный проект по расшифровке и изучению структуры генома вируса натуральной оспы.
Систематизация расшифровываемых фрагментов и выявление потенциальных ошибок секвенирования
3.1.2. Поиск потенциальных генов
3.1.3. Трансляционная карта выравненного набора ортоноксвирусов
3.1.4. Топография инвертированных терминальных повторов ортопоксвирусов
3.2. Применение предлагаемых методов в задачах анализа
геномов других организмов ь
3.2.1. Выявление ошибок секвенирования при расшифровке последовательности ДНК линейной хромосомы спирохеты i i.
3.2.2. Адаптация и применение разработанных методов
в программе Геном человека
3.2.2.1. Анализ репрезентативных клонотек хромосом генома человека
3.2.2.2. Систематизация клонотеки мышиного генома
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Компьютерные исследования генетических текстов приобретают все большее значение для выяснения механизмов жизнедеятельности различных организмов на основании анализа экспериментально полученных данных . Для понимания эволюционных взаимоотношений геномов и изучения изменения функций генов на основе информации о структурных различиях соответствующих генов родственных геномов незаменимыми являются методы сравнительного структурного анализа, базирующиеся на выравнивании нуклеотидных и аминокислотных последовательностей некоторого семейства с целью максимизации перекрывания гомологичных фрагментов для идентификации консервативных районов, которые могут являться структурными доменами с функциями, сходными для всех членов семейства, либо вариабельных районов, которые могут быть ответственны за специфичность функций. Теоретический анализ полной последовательности ДНК позволяет решать задачи поиска и исследования всех потенциальных белков, является единственной возможностью определения и локализации всех прямых и инвертированных повторов внутри генома, дает возможность изучения стратегии генома в целом. Задачи теоретического анализа полных геномов ортопоксвирусов имеют свои особенности, связанные с характерными особенностями строения геномов этих вирусов и большой длиной последовательностей ДНК, что делает практически невозможным использование в этом случае общепринятых компьютерных методов сравнительного анализа. Таким образом, необходимость теоретических исследований полных геномов ортопоксвирусов влечет за собой необходимость разработки специализированных компьютерных технологий, позволяющих эффективно проводить такие исследования. Вместе с тем, область применения этих технологий отнюдь не ограничивается семейством поксвирусов. За последнее десятилетие произошло резкое увеличение молекулярно генетической информации, связанное с появлением высокоэффективных методов расшифровки первичных структур биополимеров. Стремительно пополняется список расшифрованных нуклеотидных последовательностей различных организмов. Сформированы и выполняются международные и национальные проекты расшифровки полных геномов высших организмов, и в первую очередь человека. Для изучения получаемых экспериментальных данных требуется применение современных информационных и компьютерных технологий, и специализированные методы, разработанные и апробированные на задачах сравнительного структурного анализа полных геномов ортопоксвирусов, с успехом могут быть применены при теоретических исследованиях геномов других вирусных семейств, геномов бактерий и высших организмов. Цели настоящего исследования заключались в а создании компьютерных программ, реализующих алгоритмы сравнительного структурного анализа полных геномов б компьютерных исследованиях экспериментальных данных, полученных при реализации проектов секвенирования и изучения полных геномов штаммов вируса натуральной оспы с помощью разработанных компьютерных технологий в адаптации и применении этих технологий в задачах обработки и анализа последовательностей ДНК геномов и клонотек высших организмов. Создание компьютерных программ, реализующих разработанные методы и алгоритмы создание и реализация принципов и средств визуализации результатов работы основных алгоритмов. ДНК и поиск возможных ошибок секвенирования. Построение выравненного набора полных последовательностей ДНК известных и вновь расшифрованных геномов ортопоксвирусов, выявление потенциальных вирусных генов и их гомологов, сравнительный анализ консервативных и вариабельных областей геномов. Адаптация и применение разработанной технологии сравнительного структурного анализа в теоретических исследованиях геномов бактерий, а также в задачах систематизации и анализа репрезентативных клонотек хромосом человека и других высших организмов. Теоретическая и практическая ценность. Разработанный в настоящей работе комплекс компьютерных программ позволяет проводить сравнительный анализ нуклеотидныхаминокислотных последовательностей неограниченной длины и применим для компьютерных исследований полных геномов вирусов и других организмов.