55. Основные биоинфорационные "порталы" и принципы биоинформационного анализа.

Биоинформа́тика

-математические методы компьютерного анализа в сравнительной геномике (геномная биоинформатика).

-разработка алгоритмов и программ для предсказания пространственной структуры белков (структурная биоинформатика).

-исследование стратегий, соответствующих вычислительных методологий, а также общее управление информационной сложности биологических систем[1].

В биоинформатике используются методы прикладной математики, статистики и информатики. Биоинформатика используется в биохимии, биофизике, экологии и в других областях.

примером применения компьютерного анализа последовательностей является автоматический поиск генов и регуляторных последовательностей в геноме. Не все нуклеотиды в геноме используются для задания последовательностей белков. Например, в геномах высших организмов, большие сегменты ДНК явно не кодируют белки и их функциональная роль неизвестна. Разработка алгоритмов выявления кодирующих белки участков генома является важной задачей современной биоинформатики.

Биоинформатика помогает связать геномные и протеомные проекты, к примеру, помогая в использовании последовательности ДНК для идентификации белков.

Основные биоинформационные программы

ACT (Artemis Comparison Tool) — геномный анализ

BioEdit — редактор множественного выравнивания нуклеотидных и аминокислотных последовательностей

BioNumerics — коммерческий универсальный пакет программ

BLAST — поиск родственных последовательностей в базе данных нуклеотидных и аминокислотных последовательностей

DnaSP — анализ полиморфизма последовательностей ДНК

Genepop — популяционно-генетический анализ

Genetix — популяционно-генетический анализ (программа доступна только на французском языке)

MEGA — молекулярно-эволюционный генетический анализ

Mesquite — программа для сравнительной биологии на языке Java

Muscle — множественное сравнение нуклеотидных и аминокислотных последовательностей. Более быстрая и точная по сравнению с ClustalW

PAUP — филогенетический анализ с использованием метода парсимонии (и других методов)

Phylo_win — филогенетический анализ. Программа имеет графический интерфейс.

PopGene — анализ генетического разнообразия популяций

Populations — популяционно-генетический анализ

PSI Protein Classifier — обобщение результатов, полученных с помощью программы PSI-BLAST

Seaview — филогенетический анализ (с графическим интерфейсом)

Sequin — депонирование последовательностей в GenBank, EMBL, DDBJ

SPAdes —

UGENE — свободный русскоязычный инструмент, множественное выравнивание нуклеотидных и аминокислотных последовательностей, филогенетический анализ, аннотирование, работа с базами данных.

Velvet — сборщик геномов

56. Двухмерный электрофорез и масс-спектрофотометрия при анализе белков.

• Метод был предложен в 1975 г. О'Фаррелом для разделения рибосомальных белков

• Использование двух различных принципов разделения белков позволяет идентифицировать значительно большее количество индивидуальных молекул, чем при одномерных вариантах электрофореза.

• До настоящего времени двумерный электрофорез (2DE) является основным методом фракционирования и анализа сложных смесей белков.

• Результаты 2DE дают возможность судить о качественном и, в определенной степени, количественном составе белков в исследуемых образцах.

Двумерный электрофорез

В первом направлении белки разделяются по заряду по прин ципу ИЭФ — как правило, в полосках геля с иммобилизованным градиентом рН. Поэтому для растворения белков могут быть ис пользованы хаотропные агенты (мочевина) и неионные детергенты. ДДС, нивелирующий собственный суммарный заряд белка, не совместим с ИЭФ. При подготовке пробы белки должны быть де натурированы, в них должны быть восстановлены дисульфидные связи, они должны сохранить заряд. Под действием электрическо го поля при ИЭФ каждый белок перемещается в ту зону градиента, которая соответствует его изоэлектрической точке, и остается вней. Во втором (перпендикулярном) направлении разделение проходит по молекулярной массе в геле с ДДС. В связи с этим пластинку геля после проведения ИЭФ необходимо выдержать в буфере с ДДС для образования комплексов белок-ДДС, с ДТТ и иодацетамидом для восстановления дисульфидных связей и предотвращения реокисления сульфгидрильных групп. Существуют стандартные протоколы подготовки образца для 2DE, однако в каждом конкретном случае требуется подбор и оптимизация условий. По окончании электрофореза белки проявляют при помощи различных красителей. Наиболее распространенными красителя ми являются Coomassie Blue R250 и Coomassie Blue G250. Также используют нитрат серебра и флуоресцентные красители, такие как Sypro Ruby, который имеет два максимума поглощения при длинах волн 280 нм и 450 нм и максимум спускания при длине волны 610 нм. Серьезной проблемой 2DE является воспроизводимость результатов. Даже один препарат в двух опытах дает близкие, но не идентичные по расположению пятна. Проблемы невоспроизводимости результатов 2DE могут быть решены при использовании метода DIGE (от англ. Difference gel electrophoresis), который был предложен в 1997 г. (Unlu et al., 1997). Суть метода состоит в том, что разные пулы белков метят различными флуоресцентными красителями, а затем фракционируют в одной пластине геля. По окончании электрофореза при помощи флуоресцентного сканера можно легко посчитать относительное содержание определенных белков в разных образцах. Сейчас коммерчески доступны 3 красителя: Cy2 (максимум поглощения при 489 нм, максимум испускания при 506 нм), Cy3 (максимум поглощения при 489 нм, максимум испускания при 570 нм), Cy5 (максимум поглощения при 649 нм, максимум испускания при 670 нм). Можно проводить сравнение с использованием внутреннего стандарта. В этом случае белки одного образца метятся Cy3, другого — Cy5, а Cy2 используется для мечения суммарных белков 1 и 2 образцов. Использование внутреннего стандарта позволяет проверить, насколько полно представлены белки обоих образцов, и оценить их соотношение.