Bioinformatik ma'lumotlar bazalari yordamida oqsillarni aniqlash

Bioinformatik ma'lumotlar bazalari yordamida oqsillarni aniqlash
Xulosa. Proteinlarning Proteomik profillarini o'rganishda ko'plab olimlar ikki o'lchovli elektroforegramlarni olish bosqichida to'xtashadi, maqolada ularning farazlarini tasdiqlash yoki rad etishga imkon beradigan zamonaviy instrumental va bioinformatsion resurslardan foydalanish yondashuvlari taklif etiladi.
Abstract. In the study of proteomic protein profiles, many scientists stop at the stage of obtaining two-dimensional electrophoregrams, the article proposes approaches to the use of modern instrumental and bioinformatic resources to confirm or refute their hypotheses.

Genom davridan keyingi davrda molekulyar biologiya sohasidagi fundamental ishlanmalarni amaliy amalga oshirish masalasi keskin ko'tariladi. Bunday holda, genomning ishlashining aksi ko'plab oqsillarning sintezi bilan bog'liq bo'lgan genom hodisalaridan keyin sodir bo'ladi, ularning tadqiqotlariga alohida ilmiy yo'nalish – proteomika doirasida alohida e'tibor beriladi. Proteomik tadqiqotlarni rivojlantirish algoritmlar va tahlil usullarini tuzmasdan, biologik matnlarning ishlash mexanizmini aniqlashga va maqsadli ta'sirlarni (biotransformatika) ishlab chiqishga imkon beradigan ma'lumotlar bazasini yaratmasdan mumkin emas.

Ko'p sonli turli xil oqsillarning mavjudligi axborot massivlarini – ular haqida ma'lum bo'lgan barcha ma'lumotlar kiritiladigan ma'lumotlar bazalarini (yoki banklarini) yaratish zarurligiga olib keldi. Hozirgi kunda internetda hamma uchun mavjud bo'lgan ko'plab umumiy va ixtisoslashgan ma'lumotlar bazalari mavjud.
Umumiy ma'lumotlar bazalarida tirik organizmlarning barcha ma'lum oqsillari, ya'ni.barcha tirik mavjudotlarning global proteomasi haqida. Bunday bazaning misoli SwissProt-TrEMBL (Shveytsariya–Germaniya) bo'lib, u bugungi kunda analitik usullar bilan o'rnatilgan 200 000 ga yaqin oqsillarning tuzilmalarini va nukleotidlar ketma-ketligidan tarjima qilish natijasida aniqlangan yana 2 millionga yaqin tuzilmalarni o'z ichiga oladi [1].

Bioinformatika-bu matematik, statistik va kompyuter usullari yordamida biologik ma'lumotlarni o'rganish bilan shug'ullanadigan fan.molekulyar biologik tizimlarni, xususan genlar, RNK, oqsillar va metabolitlardan tashkil topgan tizimlarni tahlil qilish va modellashtirish uchun hisoblash texnikasi, matematika va axborot nazariyasidan foydalanish. Shunday qilib, bu holda bioinformatikaning vazifalari oqsillarning fizik-kimyoviy va biologik xususiyatlari to'g'risida ma'lumot to'plash, ushbu ma'lumotlarni tahlil qilish, ularning ishlash mexanizmlarini aniqlash uchun ma'lumot bazasi va hisoblash vositalarini kataloglashtirish va tayyorlashdir [2,3,4,5].

Hozirgi vaqtda akademik markazlar, Rossiyaning turli ilmiy-tadqiqot institutlari, MDH mamlakatlari, G'arbiy Evropa va AQSh darajasida biotibbiyot va farmatsevtika tadqiqotlari uchun ilmiy texnologik platformalar natijalari ishlab chiqilmoqda va joriy etilmoqda. Uning maqsadi sutemizuvchilar, hayvonlar va o'simliklar oqsillarini proteomika va Proteomik xaritalash asoslarini o'rganishdir [6,7,8,9].

Shuni ta'kidlash kerakki, oziq-ovqat yo'nalishlarining laboratoriya amaliyotida Proteomik texnologiyalardan foydalanish nisbatan yaqinda o'z o'rnini topdi.

Oziq – ovqat oqsillarini Proteomik tadqiq qilishning murakkabligi, shuningdek, ma'lum bir oqsilni bitta molekulyar nusxalar shaklida ham, juda ko'p miqdorda ham ifodalash mumkinligi bilan murakkablashadi-hujayra va biologik suyuqliklarda oqsillarning keng kontsentratsiyasi mavjud. Aytishimiz mumkinki, shunga o'xshash holat DNKni tahlil qilishda rivojlanadi, ammo DNKdan farqli o'laroq, polimeraza zanjiri reaktsiyasi (PCR) paytida oqsillarni hosil qilish mumkin emas. Ammo bu PCR genetik material bilan ishlashning barcha usullarining asosidir, chunki u ma'lum bir DNK molekulasining kontsentratsiyasini asboblar tomonidan qayd etilishi mumkin bo'lgan darajaga ko'tarishga imkon beradi. Shuning uchun proteomikaning uslubiy asosi asboblarning sezgirligi alohida molekulalarni ro'yxatdan o'tkazishga imkon beradigan yondashuvdir [10].

Proteomik tahlil sxemasi sodda va zamonaviy mass-spektrometriya yutuqlariga asoslangan. Namuna, masalan, mushak to'qimasi, 0,1 g dan sal ko'proq miqdorda olinadi. oqsillarni ajratish ikki o'lchovli elektroforez usuli bilan amalga oshiriladi va ikki o'lchovli elektroforogrammada har bir oqsil alohida nuqta sifatida paydo bo'ladi. Uning intensivligi oqsilning ifoda darajasiga, ya'ni uning miqdoriga to'g'ri keladi. Jel tahlili proteomning individual o'zgarishini aniqlashga, har bir nuqta uchun statistik parametrlarni baholashga imkon beradi. Keyin elektroforegramni mos yozuvlar bilan taqqoslab, masalan, mahsulot ishlab chiqarishda nomuvofiqliklar bilan bog'liq farqlarni aniqlash mumkin. Farqlar oqsil ekspressionining oshishi yoki pasayishida, ba'zi oqsillar go'sht pishganda paydo bo'ladi, boshqalari esa yo'q bo'lib ketishi mumkin. Biroq, ikki o'lchovli elektroforegramlarni tahlil qilish bosqichida biz hali ma'lum oqsillar haqida gapirmayapmiz, faqat dog'larning intensivligi haqida. Proteinni aniqlash (aniqlash) uchun dog ' jeldan kesiladi, parchalanadi va fragmentlar (peptidlar) massalari mass-spektrometriya yordamida aniqlanadi.

Proteomik tahlil tahlil qilinadigan oqsillar sonining ko'pligi va natijaning statistik ahamiyati uchun standart protokolga muvofiq ko'p sonli namunalarni qayta ishlash talab qilinishi bilan bog'liq bo'lgan bir qator mehnat talab qiladigan muntazam protseduralarni o'tkazish bilan bog'liq. Olingan massa spektrlari oqsillarni aniqlash dasturiga o'tkaziladi. Proteinning peptid bo'laklariga mos keladigan mass-spektrometrda olingan massa profili, internetdagi ixtisoslashtirilgan kompyuter ma'lumotlar bazalari orqali inson genomining oqsillaridan qurilgan nazariy profillar bilan yozishmalarni qidirish orqali uni noyob tarzda aniqlashga imkon beradi [11,12].

Protein molekulalarini mass-spektrometrik identifikatsiyalash natijasi har bir potentsial nomzod uchun hisoblangan ball (muvofiqlik o'lchovi) qiymatiga ko'ra tartiblangan potentsial nomzod oqsillarning ro'yxati:

Score = 50000 / Mprot × Pnmi,j

bu erda m prot-har bir mos keladigan oqsilning molekulyar massasi,

P n-dan hisoblangan mahsulot mowse-og'irlik matritsasi,
m i, j– genomik ma'lumotlar bazasidagi yozuvlardan hisoblangan eksperimental ma'lumotlar va peptid massalarining har bir mos kelishi uchun.

Asosiy Proteomik texnologiyalar sifatida Amfolin (IEF-PAGE) pH gradiyentida Izoelektrofokusli O'farrell uchun ikki o'lchovli elektroforez (2-D) qo'llaniladi; keyingi oqsillarni aniqlash Coomassee r-250 yoki kumush nitrat bilan bo'yash orqali amalga oshiriladi.

Buni sxematik tarzda quyidagicha ifodalash mumkin (1-rasm).
Ikki o'lchovli elektroforegramlarda oqsil fraktsiyalarini aniqlash MALDI-TOF MS va MS/MS mass-spektrometriyasi yordamida MALDI - ultrabinafsha lazer (336 nm) bilan 500-8000 Ha massa oralig'ida musbat ionlar rejimida tripsinolizning ma'lum cho'qqilari bo'yicha kalibrlash bilan amalga oshiriladi.

1-rasm - oqsil-peptid tabiatining to'qima va turlarga xos moddalarini o'rganishning sxematik diagrammasi

Kerakli oqsilni mass-spektrometrda aniqlagandan so'ng, yakuniy bosqichda asosiy rolni mavjud ma'lumotlar bazalariga ko'ra olingan massa spektrlarini to'g'ri talqin qilish o'ynaydi (2-rasm), natijada olingan taxminlarni tasdiqlovchi yoki rad etuvchi.

Ushbu algoritm peptidlarning ommaviy "barmoq izlari" bo'yicha qidiruvdan foydalanadi. Birinchidan, ma'lumotlar bazasidan peptid massalarini berilgan xatoni hisobga olgan holda peptid massalarining eksperimental ma'lumotlari bilan taqqoslash amalga oshiriladi. Keyin har bir o'yin uchun Score qiymati hisoblanadi. Peptidlarning Score yig'indisi oqsil uchun Score beradi. Shuningdek, nomzodlarning har biri uchun talqin qilishda hal qiluvchi bo'lishi mumkin bo'lgan turlarga mansublik va potentsial oqsil haqida to'liq ma'lumotni o'z ichiga olgan shaxsiy sahifalarga havolalar (yakuniy natija) ko'rsatilgan (uning molekulyar og'irligi va izoelektrik nuqtasining qiymatlari, triptik peptidlar ketma-ketligini dekodlash, tasodiflar soni, aniqlangan peptidlar tomonidan oqsilning to'liq aminokislotalar ketma-ketligini va boshqalar) [14]. Ushbu algoritm MS/MS qidiruvi uchun ishlatilishi mumkin.

2-rasm-AQSh milliy biotexnologiya axborot markazining (NCBI) xalqaro ma'lumotlar bazasi bo'yicha oqsilni aniqlash (Mascot "MatrixScience" dasturi, AQSh): 1-potentsial nomzod oqsillar ro'yxati; 2-triptik peptidlarning dekodlanishi, tasodiflar sonini aniqlash; 3-aniqlangan peptidlarning aminokislotalar ketma-ketligi bo'yicha taqsimlanishi; 4 – yakuniy natija) [13].

Baholash algoritmi ehtimolga asoslangan bo'lib, u bir qator afzalliklarga ega: soxta qoplamalardan himoya qilish, ya'ni baholashni boshqa qidiruv turlarining natijalari bilan taqqoslash mumkin, masalan.ketma-ketlik homologiyasi va qidiruv parametrlarini takrorlash orqali osongina optimallashtirish mumkin. 100 dan ortiq turli xil algoritmlar va peptidlar va oqsillar bo'yicha mass-spektrometrik ma'lumotlarni qayta ishlash dasturlari paketlarining qisqacha tavsifi veb-saytlarda keltirilgan http://en.wikipedia.org/wiki/Mass_spectrometry_software va http://www.ms-utils.org.oqsillar va peptidlarni aniqlash uchun ma'lumotlar bazalaridan foydalanish qisqa vaqt ichida murakkab aralashmalarning massa spektrlarini ochishga imkon beradi [15]. Hozirgi vaqtda ma'lum bo'lgan oqsillar va peptidlarning deyarli barcha aminokislotalar ketma-ketligi internetda ochiq bo'lgan ma'lumotlar bazalariga birlashtirilgan. Ularning har biri ma'lumotlarni saqlashning o'ziga xos formatiga, turli darajadagi ortiqcha narsalarga, tegishli yoki shunga o'xshash ma'lumotlar bazalari bilan munosabatlarga ega.

Genomika, proteomika, metabolomika sohasidagi kashfiyotlarning kuchli salohiyati identifikatsiyalashning yangi uslubiy yondashuvlarini ishlab chiqish uchun yangi texnologik platformalar asosida to'liq amalga oshirilishi mumkin va ularni amalga oshirishning zamonaviy standartlarini hisobga olgan holda Proteomik texnologiyalar go'sht va go'sht-o'simlik mahsulotlarida biokimyoviy o'zgarishlarni aniqlashda juda istiqbolli va samarali ko'rinadi. issiqlikka chidamli va turlarga xos oqsillarning o'zgarishi, tegishli biomarkerlarga aylanishi mumkin.

So'nggi yillarda proteomika biotexnologiya sohasida keng qo'llanila boshlandi. Fgbnu "oziq-ovqat tizimlari FNC" da bajarilgan ishlarda. V. M. Gorbatova" ras Proteomik texnologiyalar yordamida o'rganilayotgan go'sht namunalarida va maxsus ishlab chiqarilgan kolbasa mahsulotlarida go'sht mahsulotlarining oqsil profilini aniqlash bo'yicha uslubiy yondashuvlar ishlab chiqilgan, to'qimalarga xos oqsillar aniqlangan, ular go'sht mahsulotlarini belgilangan tarkibga muvofiqligini nazorat qilishda individual biomarkerlar sifatida ishlatilishi mumkin. Mushak bo'lmagan tarkibiy qismlarning oqsillari ham qayd etilgan, bu mahsulotning muvofiqligini tasdiqlash belgisi sifatida ishlatilishi mumkin [16,17,18,19,20].

Muhim vazifa-bu yangi eksperimental ishlanmalarni rejalashtirish, genomik, Proteomik tadqiqotlarning yangi natijalarini talqin qilish, shuningdek bashorat qiluvchi farmakologiya bo'yicha ishlarni bajarish uchun kuchli asos bo'ladigan to'liq bioinformatsion resursni yaratishdir. Bioinformatikaning kelajagi bemorlar uchun eksperimental genomikaning rivojlanishi bilan bog'liq bo'lib, tug'ruqdan keyingi davrdan boshlab tibbiyot va sog'liqni saqlashda inqilob qilishi kerak bo'lgan inson tanasining rivojlanishining odatiy stsenariysini ishlab chiqadi.

Tibbiyot, fizika va biologiya kabi fanlarning chorrahasida turgan biomedikal diagnostikaning ilg'or usullari axborot ta'minotiga tizimli yondashuvni talab qiladi, bu holda ko'p markazli dasturlarni amalga oshirish doirasida tadqiqot natijalarini olish, saqlash, qayta ishlash, tahlil qilish va almashishga yordam berishi kerak.

Tadqiqot Rossiya ilmiy jamg'armasining granti hisobidan amalga oshirildi (16-16-10073-sonli loyiha).