Analiza sekwencji biologicznych 2 

dr inż. Marcin Pacholczyk 

 

W  trakcie  dwiczenia  poznamy  podstawowe  metody  obliczeniowe  służące  poszukiwaniu 

podobieostw  sekwencji  biologicznych,  wynikających  z  ich  ewolucyjnego  pokrewieostwa.  W 
szczególności  poznamy  algorytmy  służące  uliniowieniu  (ang.  alignment)  sekwencji  –  globalny 
algorytm Needleman’a-Wunsch’a (N-W) i lokalny Smith’a-Waterman’a (S-W). 

 
 

Podobieństwo sekwencji 

 

1.  Najprostszym  sposobem  wizualizacji  podobieostw  w  sekwencjach  jest  wykorzystanie  tzw. 

wykresu  kropkowego  (polecenie  Matlaba  seqdotplot).  Korzystając  z  wiadomości  zdobytych 
podczas  poprzedniego  dwiczenia  (Analiza  sekwencji  biologicznych  1)  znajdź  w  bazie  danych 
sekwencje  genu  kodującego  ludzki  (homo  sapiens)  i  mysi  (mus  musculus)  enzym 
hexosaminidase  A  (Hex  A)  –  nieobecnośd  tego  enzymu  powoduje  chorobę  Tay-Sachs.  Znajdź 
odpowiednią  otwartą  ramkę  odczytu  i  dokonaj  jej  translacji  do  sekwencji  aminokwasów. 
Podpowiedź: Użyj sekwencji NM_000520 (człowiek) i AK080777 (mysz). Wykreśl dla podanych 
sekwencji  wykres  kropkowy.  Czy  zauważasz  podobieostwo?  Następnie  dokonaj  uliniowienia 
tych  sekwencji  za  pomocą  algorytmów  N-W  i  S-W  (polecenia  nwalign  i  swalign).  Wynik 
skomentuj.  Uwaga  może  zachodzid  koniecznośd  skrócenia  sekwencji  powstałej  w  wyniku 
translacji.  Proszę  pamiętad,  że  pierwszym  aminokwasem  powinien  byd  M,  zaś  gwiazdka  (*) 
oznacza kodon STOP. 

2.  Na  stronie  internetowej  baba.sourceforge.net  zapoznaj  się  z  apletami,  służącymi  ilustracji 

zasady działania algorytmów N-W i S-W. Czym różnią się te algorytmy? 

3.  Dokonaj uliniowienia dwóch sekwencji aminokwasów HGSAQVKGHG i  KTEAEMKASEDLKKHGT, 

wykorzystaj macierz BLOSUM40. Macierz BLOSUM40 można otrzymad wykorzystując polecenie 
blosum.  Sprawdź  czy  aplety  punktu  1  dają  takie  samo  rozwiązanie  jak  polecenia  nwalign  i 
swalign,  zapoznaj  się  z  opcjami  wizualizacji  uliniowienia,  które  oferują  te  polecenia.  Wynik 
uliniowienia możesz wyświetlid za pomocą polecenia showalignment. 

4.  Kluczowym  elementem  dla  oceny  poprawności  uliniowienia  są  tzw.  macierze  substytucji.  Do 

najpopularniejszych możemy zaliczyd macierze PAM i BLOSUM. W ramach wymienionych grup 
funkcjonuje  zazwyczaj  kilka  macierzy  substytucji,  służących  wykrywaniu  podobieostw  w 
sekwencjach, w różny sposób oddalonych od siebie ewolucyjnie. Zwykło się uważad, że macierz 
BLOSUM62,  jest  najlepsza  w  przypadku  wykrywania  słabych  podobieostw  w  sekwencjach 
bardzo oddalonych ewolucyjnie. Z kolei dla szczególnie długich uliniowieo sekwencji o słabym 
podobieostwie, lepsza może okazad się np. BLOSUM45. Na stronie NCBI, posłuż się narzędziem 
BLAST  dla  odnalezienia  sekwencji  podobnej  do  ludzkiej  hemoglobiny  (NP_000509.1). 
Wykorzystaj macierze BLOSUM45, BLOSUM62 i BLOSUM80. Jaki wpływ ma wybór macierzy na 
wynik działania algorytmu? 

 

Sprawozdanie oprócz rozwiązao i odpowiedzi na postawione w instrukcji pytania, powinno zawierad 
skrypty Matlaba umożliwiające realizację określonych zadao.