Материал: Потапов В.В. Решение задач биоинформатики при помощи веб - и интернет-сервисов

регистре это сходные буквы для этих последовательностей, буквы в нижнем регистре соответствуют несхожим участкам.

Сейчас мы провели с вами обзор ближайших родственников исследуемому вирусу клещевого энцефалита, а точнее вирусному белку NS3.

Но, как известно у каждого организма кроме ближайших родственников есть еще и дальние — и за множеством «ближних» найти их в обычном поиске не так-то просто.

Определить дальних родственников можно с помощью другого интересного сервиса «скрининг с кластеризацией»

5.2.2 Скрининг с кластеризацией

Этот сервис позволяет просмотреть большее количество не повторяющихся последовательностей, которые по степени сходства разбиваются на кластеры.

Итак, давайте узнаем кто же приходится дальними родственниками исследуемому сибирскому штамму вируса клещевого энцефалита.

Перейдем к сервису скрининг с кластеризацией:

1.Выберите из списка сервисов скрининг с кластеризацией

2.Напишите адрес своей электронной почты в поле Email

3.В поле «Наименование задания» напишите, например, ns3

4.Возьмите исследуемую последовательность белка NS3 (также, только аминокислоты, без идентификатора последовательности и текста описания) и вставьте в поле «Последовательность»

5.Для уменьшения времени расчетов воспользуемся параметрами, заданными по умолчанию:

Метод — blast, количество последовательностей в полученном результате — 300, количество итераций на одном шаге скрининга — 1, Evalue - 10, порог сходства для кластеризации

— 0,3

31

6.Cкомандуем «Рассчитать»

Рисунок 15: Bri-shur - пример результатов скрининга с кластеризацией

После выполнения задания в полученном вами письме перейдите по ссылке на страницу с результатом вашего запроса.

На странице с результатом мы видим несколько кластеров, щелкнув на кластер вы увидите весь список последовательностей (точное количество приведено вначале строки в круглых скобках). Последовательности разбиваются на кластеры в соответствии с заданным вами порогом кластеризации, чем выше порог тем больше кластеров вы увидите. Анализировать последовательности таким способом удобно, потому как взгляду представляется более широкий охват последовательностей. Кроме того, можно воспользоваться приведенными на странице идентификаторами специализированной базы белковых семейств Pfam и узнать принадлежность искомого вами белка к какому-либо белковому семейству.

32

Проанализируем последовательности первого кластера — сюда вошли последовательности таких вирусов, как Японский энцефалит (Japanese encephalitis virus), лихорадка Западного Нила, лихорадка Денге (West Nile virus), желтая лихорадка (Yellow fever virus) и другие. Интересно заметить, что все эти дальние родственники вызывают похожие заболевания у человека как и клещевой энцефалит, но распространены в более жарких странах и переносятся комарами. Это значит что человек заболевает после укуса комара, а укусы комаров как известно бывают гораздо чаще укусов клеща.

5.2.3 Построение филогенетического древа

Филогения с древне-греческого дословно переводится phylon — «племя, раса» и genetikos — «имеющий отношение к рождению», в более широком смысле означает историческое развитие организмов.

В биологии филогенез рассматривает развитие биологического вида во времени.

Макромолекулярные данные, под которыми имеется в виду последовательности генетического материала ДНК и белков, накапливаются всё быстрыми темпами благодаря успехам молекулярной биологии. Для эволюционной биологии быстрое накопление данных последовательностей целых геномов имеет значительную ценность, потому что сама природа ДНК позволяет использовать его как «документ» эволюционной истории. Сравнения нуклеотидных или аминокислотных последовательностей у разных организмов могут сказать ученому много нового об эволюционных взаимоотношениях этих организмов, которые не могут быть обнаружены иначе, например, на основе морфологии, или внешней форме организмов, или их внутренней структуре. Поскольку геномы эволюционируют через постепенное накопление мутаций, количество отличий последовательности нуклеотидов между парой геномов разных организмов должно указать, как давно эти два генома отделились от общего предка. Два генома, которые разделились в недавнем прошлом, должны иметь меньшие отличий, чем два генома, чей общий предок более древний. Потому, сравнивая разные биологические последовательности друг с другом, возможно получить сведения об эволюционном взаимоотношения между ними. Это является главной задачей молекулярной филогенетики.

33

Молекулярная филогенетика пытается определить скорость и отличия изменений в ДНК и белках, чтобы восстановить эволюционную историю генов и организмов.

Задачей филогенетического анализа является установление, реконструкция эволюционной истории — родственных связей, отношений между формами жизни — и датирование эволюционных событий. В филогенетических исследованиях эволюционные отношения между формами жизни представляют в виде

филогенетических, или эволюционных, деревьев (phylogenetic, evolutionary trees).

Филогенетическое дерево состоит из внутренних и внешних ветвей (branches), узлов (nodes), и, если исследователем выбрана соответствующая опция, - корня (root), без корня (unroot). Порядок всех ветвей дерева называют его топологией (topology). Внутренние ветви соединяют внутренние узлы, внешние ветви ведут непосредственно к объектам исследования (также они называются внешние узлы, или листья дерева, leaves). Деревья с корнем отражают направление эволюции, порядок почкования, ответвления (branching) различных эволюционных линий.

Объектами филогенетического исследования могут быть гены или их участки, нуклеотидные или аминокислотные последовательности, организмы, популяции, индивидуумы, штаммы вирусов и т.д. Эти объекты исследования называют оперативными таксономическими единицами, OTU (Operational Taxonomic Units).

34

Деревья без корня показывают родственные отношения между анализируемыми последовательностями, но не направление эволюции.

После того как мы имеем представление о большой «семье» флавивирусов (род Flavivirus), не лишним будет построить филогенетическое древо, по топологии которого наглядно видны эволюционные расстояния между видами.

Порядок построения филогенетического древа:

1. Вернемся к выполненному запросу со скрининга по гомологии (GenBank), для этого удобно перейти по ссылке из письма о готовом задании, хранящемся у вас в электронной почте.

2.На странице с результатами выберите любые понравившиеся вам строки списка с неповторяющимися названиями вируса. Для того чтобы выбрать строку из списка, поставьте галочку, соответствующую этой строке.

35