Молекулярная биология

Некоторые параметры молекул ДНК и белка:
Один шаг это полный виток спирали ДНК-поворот на 3600
Один шаг составляют 10 пар нуклеотидов
Длина одного шага - 3,4 нм
Расстояние между двумя нуклеотидами - 0,34 нм
Молекулярная масса одного нуклеотида - 345 г/моль
Молекулярная масса одной аминокислоты – 100 г/мол
В молекуле ДНК: А+Г=Т+Ц (Правило Чаргаффа
Комплементарность нуклеотидов: А=Т; Г=Ц
Цепи ДНК удерживаются водородными связями, которые образуются между комплементарными азотистыми основаниями: аденин с тимином соединяются 2 водородными связями, а гуанин с цитозином тремя.
В среднем один белок содержит 400 аминокислот

Выравнивание генетических последовательностей
В эволюции генетических последовательностей происходят как замены, так и вставки и делеции. Первым этапом филогенетического анализа является идентификация вставок и делеций, имевших место в эволюционной истории анализируемой группы последовательностей. Эту процедуру называют выравниванием (to align, alignment) последовательностей.
Выравнивание последовательностей направлено на выявление гомологичных (имеющих общее эволюционное происхождение) позиций анализируемых последовательностей, установление наиболее вероятного, т.е. требующего наименьшего числа эволюционных событий, сценария эволюции анализируемой группы.

Выравнивание генетических последовательностей

Выравнивание генетических последовательностей

Выравнивание генетических последовательностей
Clustal -- это одна из самых широко используемых компьютерных программ для множественного выравнивания нуклеотидных и аминокислотных последовательностей (multiple sequence alignment).
Переходим по ссылке:
https://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/clustalo/

Выбираем нужный тип данных (белок, ДНК или РНК)
В нашем случае - DNA

2. Вставляем последовательности
Открываем папку Выравнивания. Открываем файл В-11.fasta программой UltraEdit-32.
Копируем оттуда 2 или более понравившиеся последовательности

3. Нажимаем Submit

4. Получаем результат

5. Интерпретация
Звездочка (*) – различия по данной позиции (нуклеотид или аминокислота) отсутствуют между разными последовательностями
Пробел ( ), точка (.) , двоеточие (:) – по данной позиции имеются различия между разными последовательностями
Одни и те же символы показаны как для выравнивания ДНК / РНК, так и для выравнивания белков, поэтому, хотя символы * (звездочка) полезны для обоих, другие согласованные символы следует игнорировать при выравнивании ДНК / РНК.

6. Здесь же можно посмотреть предварительное филогенетическое дерево

BLAST
BLAST (англ. Basic Local Alignment Search Tool — средство поиска основного локального выравнивания) — семейство компьютерных программ, служащих для поиска гомологов белков или нуклеиновых кислот, для которых известна первичная структура (последовательность) или её фрагмент.
Используя BLAST, исследователь может сравнить имеющуюся у него последовательность с последовательностями из базы данных и найти последовательности предполагаемых гомологов.
Является важнейшим инструментом для молекулярных биологов, биоинформатиков и систематиков.

Классификация программ серии BLAST
Нуклеотидные
предназначены для сравнения изучаемой нуклеотидной последовательности с базой данных секвенированных нуклеиновых кислот и их участков:
blastn — медленное сравнение с целью поиска всех сходных последовательностей и др.
megablast — быстрое сравнение с целью поиска высоко сходных последовательностей,
dmegablast — быстрое сравнение с целью поиска дивергировавших последовательностей, обладающих незначительным сходством,

Классификация программ серии BLAST
Белковые
предназначены для сравнения изучаемой аминокислотной последовательности белка с имеющейся базой данных белков и их участков.
blastp — медленное сравнение с целью поиска всех сходных последовательностей,
cdart — сравнение с целью поиска гомологичных белков по доменной архитектуре,
rpsblast — сравнение с базой данных консервативных доменов,
psi-blast — сравнение с целью поиска последовательностей, обладающих незначительным сходством,
phi-blast — поиск белков, содержащих определённый пользователем паттерн и др.

Классификация программ серии BLAST
Транслирующие
способны транслировать нуклеотидные последовательности в аминокислотные:
blastx — переводит изучаемую нуклеотидную последовательность в кодируемые аминокислоты, а затем сравнивает её с имеющейся базой данных аминокислотных последовательностей белков,
tblastn — изучаемая аминокислотная последовательность сравнивается с транслированными последовательностями базы данных секвенированных нуклеиновых кислот,
tblastx — переводит изучаемую нуклеотидную последовательность в аминокислотную, а затем сравнивает её с транслированными последовательностями базы данных секвенированных нуклеиновых кислот.

Классификация программ серии BLAST
Геномные
предназначены для сравнения изучаемой нуклеотидной последовательности с базой данных секвенированного генома какого-либо организма (человека, мыши и др.)
magicblast — картирует прочтения (риды) на полный геном или транскриптом.

Переходим в сервис BLAST Национального центра биотехнологической информации США (NCBI) по ссылке:
https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi

blastn
tblastn
blastx
blastp

Задача 1. Форма отчета
Каждый лично на своем компьютере делает скриншот/фото (так, чтобы было видно номер компьютера/монитора, время на мониторе) списка гомологов в сервисе BLAST
Каждый лично отправляет мне в Вайбере в личку: 1) полученное фото, а также 2) название вида, от которого получена последовательность нуклеотидов и 3) название гена, в котором содержится данная последовательность

Задача 1
Открыть с помощью программы Chromas файл с хроматограммой Задание_1-R.20120413T.A11 из папки Задания
Это последовательность нуклеотидов, полученная путем секвенирования ДНК на основании обратного праймера reverse (R)
Поэтому для получения прямой последовательности необходимо применить функцию Reverse + Complement (RC) (т.е. перевернуть и получить комплементарную для нее последовательность):

Задача 1
4. Вместо символов N поставить соответствующие хроматограмме нуклеотиды (A, T, G или С):
“грязь” от красителя для секвенирования Big Dye
“Верные нуклеотиды”

Задача 1
4. Вместо символов N поставить соответствующие хроматограмме нуклеотиды (A, T, G или С):
“Верный нуклеотид”

Задача 1
5. Сохранить отредактированную последовательность в новый файл в формате FASTA:

Задача 1
6. Открыть сохраненный файл в программе UltraEdit-32
7. Копировать последовательность нуклеотидов:

Задача 1
8. Переходим в сервис BLAST :
https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi
blastn

Задача 1
9. Вставляем последовательность в окошко
10. Нажимаем кнопку BLAST:

Задача 1
11. Получаем в итоге список гомологов, близких к нашей последовательности

Задача 1. Форма отчета
Каждый лично на своем компьютере делает скриншот/фото (так, чтобы было видно номер компьютера/монитора, время на мониторе) списка гомологов в сервисе BLAST
Каждый лично отправляет мне в Вайбере в личку: 1) полученное фото, а также 2) название вида, от которого получена последовательность нуклеотидов и 3) название гена, в котором содержится данная последовательность

Задача 2. Форма отчета
Каждый лично отправляет мне на почту [e-mail] :
1) файл insulin.fasta
2) insulin_alignment.fas
3) insulin_best model.xls
4) insulin_tree.mts

Задача 2
Найти в ГенБанке нуклеотидную последовательность гена (части гена) инсулина человека https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/

Задача 2
Найти в ГенБанке нуклеотидную последовательность гена (части гена) инсулина человека https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/

Задача 2
Найти в ГенБанке нуклеотидную последовательность гена (части гена) инсулина человека https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/

Задача 2
Найти в ГенБанке нуклеотидную последовательность гена (части гена) инсулина человека https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/

Задача 2
2. С помощью программы blastn найти в нуклеотидном виде гомологи этой последовательности https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi

Задача 2
2. С помощью программы blastn найти в нуклеотидном виде гомологи этой последовательности https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi

Задача 2
3. Открыть новый файл в программе UltraEdit

Задача 2
4. Выбрать среди найденных гомологов несколько от пяти разных видов организмов (Homo sapiens, Gorilla gorilla и т.д.)
5. Открыть их нуклеотидную последовательность в формате FASTA

Задача 2
4. Выбрать среди найденных гомологов несколько от пяти разных видов организмов (Homo sapiens, Gorilla gorilla и т.д.)
5. Открыть их нуклеотидную последовательность в формате FASTA

Задача 2
4. Выбрать среди найденных гомологов несколько от пяти разных видов организмов (Homo sapiens, Gorilla gorilla и т.д.)
5. Открыть их нуклеотидную последовательность в формате FASTA

Задача 2
6. Копировать последовательности в созданный файл вместе со спец. символом “>” и названием (требования формата FASTA)

Задача 2
7. Сохранить файл под названием Insulin

Задача 2
7. Заходим в папку, где сохранили файл, сохраняем его с расширением .fasta, т.е. как insulin.fasta

Задача 2
8. Открыть файл с помощью программы MEGA5

Задача 2
8. Выровнять последовательности в программе MEGA5

Задача 2
8. Выровнять последовательности в программе MEGA5

Задача 2
8. Выровнять последовательности в программе MEGA5

Задача 2
9. Сохранить выравнивание в файл с названием insulin_alignment в формате FASTA

Задача 2
9. Сохранить выравнивание в файл с названием insulin_alignment в формате FASTA

Задача 2
9. Найти наилучшую модель построения филогенетического дерева для полученного выравнивания

Задача 2
9. Найти наилучшую модель построения филогенетического дерева для полученного выравнивания

Задача 2
9. Найти наилучшую модель построения филогенетического дерева для полученного выравнивания

Задача 2
10. Смотрим расшифровку наилучшей модели внизу таблицы, необходимую для построения филогенетического дерева:

Задача 2
11. Сохраняем таблицу в формате Ecxel с именем
insulin_best model

Задача 2
12. Построить филогенетическое дерево для выбранных нуклеотидных последовательностей

Задача 2
12. Указываем нужную (наилучшую) модель

Задача 2
12. При необходимости – другие параметры, указанные в наилучшей модели

Задача 2
12. Строим филогенетическое дерево для выбранных нуклеотидных последовательностей

Задача 2
12. Строим филогенетическое дерево для выбранных нуклеотидных последовательностей

Задача 2
13. Сохраняем текущую сессию под названием insulin_tree