Σύγκριση Αλληλουχιών. Στοιχίσεις και Ταχείες Αναζητήσεις

Abstract

Έχοντας εξετάσει ακροθιγώς το πρόβλημα της αναζήτησης ομοιοτήτων μεταξύ αλληλουχιών στο επίπεδο των ολιγονουκλεοτιδικών μοτίβων, σε αυτό το κεφάλαιο περνάμε στη σύγκριση εκτεταμένων σε μήκος αλληλουχιών μέσω της διαδικασίας στοίχισης καταλοίπων. Στο πλαίσιο του κεφαλαίου συζητούμε τις έννοιες της ομοιότητας και της ομολογίας αλληλουχιών, παράλληλα με απλές μαθηματικές έννοιες όπως η απόσταση Levenshtein. Με επίκεντρο το πραγματικό βιολογικό πρόβλημα της σύγκρισης δύο αλληλουχιών μέσω στοίχισης και μετά από μια εισαγωγή στην αρχή του δυναμικού προγραμματισμού, αναλύουμε τους αλγορίθμους των Needleman–Wunsch για την ολική και των Smith–Waterman για την τοπική στοίχιση δύο αλληλουχιών. Σε ένα δεύτερο επίπεδο, συζητούμε τεχνικές ταχείας σύγκρισης αλληλουχιών μέσω αλγορίθμων όπως ο BLAST και οι διάφορες παραλλαγές του. Στο τέλος του κεφαλαίου μπορείτε: Να καταλαβαίνετε την έννοια της στοίχισης αλληλουχιών και να διακρίνετε ανάμεσα στα διάφορα είδη. Να στοιχίζετε δύο αλληλουχίες με τη χρήση πινάκων αντικατάστασης και δυναμικού προγραμματισμού. Να αξιολογείτε τις διαφορές σε στοιχίσεις αλληλουχιών ανάλογα με τον πίνακα αντικατάστασης που χρησιμοποιείτε. Να αναζητάτε αλληλουχίες σε βάσεις δεδομένων με κριτήριο την ομοιότητά τους και να αξιολογείτε στατιστικά τα αποτελέσματα.

Having briefly examined the problem of searching for similarities between sequences at the level of oligonucleotide motifs, in this chapter we move on to comparing extended sequences through the process of residue alignment. In this chapter, we discuss the concepts of sequence similarity and homology, along with simple mathematical concepts such as Levenshtein distance. Focusing on the real biological problem of comparing two sequences through alignment and following an introduction to the principle of dynamic programming, we analyze the Needleman–Wunsch algorithms for global alignment and the Smith–Waterman algorithms for local alignment of two sequences. At a second level, we discuss techniques for rapid sequence comparison using algorithms such as BLAST and its various variants. By the end of this chapter, you are able to: Understand the concept of sequence alignment and distinguish between different types. Align two sequences using substitution tables and dynamic programming. Evaluate the differences in sequence alignments depending on the substitution matrix you use. Search for sequences in databases based on their similarity and statistically evaluate the results.