МОРСКИЕ ФАГИ - SEA-PHAGES

SEA-PHAGES означает Научно-образовательный альянс - Охотники за фагами, продвигающие геномику и эволюционную науку; раньше он назывался Национальная инициатива исследования геномики.[1] Это была первая инициатива, инициированная Медицинский институт Говарда Хьюза (HHMI) Альянс научного образования (SEA) их директором Туахуанда К. Джордан в 2008 г., чтобы улучшить удержание Наука, технологии, инженерия и математика (STEM) студенты.[2] SEA-PHAGES - это исследовательская программа, рассчитанная на два семестра и проводимая Университет Питтсбурга Грэм Хэтфулл группа и Медицинский институт Говарда Хьюза Отдел естественнонаучного образования. Студенты из более чем 100 университетов по всей стране проводят аутентичные индивидуальные исследования, которые включают лаборатория с мокрым столом и биоинформатика компонент.[3]

Учебный план

В течение первого семестра этой программы классы из 18-24 студентов бакалавриата работают под руководством одного или двух преподавателей университета и ассистента аспиранта, которые прошли два недельных учебных семинара, чтобы изолировать и охарактеризовать свои личные бактериофаг который заражает конкретную бактериальную клетку-хозяин из местных образцов почвы.[1] После того, как студенты успешно изолировали фаг, они могут классифицировать их, визуализируя их через Электронно-микроскопические (ЭМ) изображения.[3] Также, ДНК извлекается и очищается студентами, и один образец отправляется на секвенирование, чтобы быть готовым к учебной программе второго семестра.[1]

Второй семестр состоит из аннотации геном класс, отправленный для упорядочивания. В этом случае учащиеся вместе оценивают гены для определения координат старта и остановки, сайты связывания рибосом, и возможные функции этих белки в которых последовательность кодов. Как только аннотация будет заполнена, она будет отправлена ​​в Национальный центр биотехнологической информации (NCBI) база данных последовательностей ДНК GenBank.[1] Если в семестре еще есть время или отправленную ДНК не удалось секвенировать, класс может запросить файл генома из Питтсбургский университет это еще не было упорядочено. В дополнение к приобретенным лабораторным и биоинформатическим навыкам студенты имеют возможность публиковать свои работы в академических журналах и посещать национальную конференцию SEA-PHAGES в Вашингтон, округ Колумбия. или региональный симпозиум.

Используемые онлайн-базы данных и биоинформатические программы

ФагиDB

Все подробности, касающиеся фага каждого студента, публикуются путем внесения их в онлайн-базу данных. ФагиDB расширить знания сообщества SEA-PHAGES в целом.[4]

Стартератор

Starterator создает отчет, сравнивая вызываемые стартовые сайты генов в одном и том же Pham в аннотированных геномах фагов и других черновиках; Таким образом, студенты могут предложить подходящий старт для автоаннотированных генов в их геноме актинобактериофага.[3][4] Обычно это не основной источник вызова запуска гена, потому что он не всегда поддерживается информацией из других программ или координаты старт-стоп не совпадают для гена, вызываемого DNA Master.[5]

Местный взрыв и взрыв

Они сравнивают аминокислотную последовательность гена с другими секвенированными или аннотированными геномами фагов в базе данных для студентов из сообщества SEA-PHAGES, чтобы предсказать начало и функции их белков.[5]

GeneMark

Это программное обеспечение генерирует отчет со своим алгоритмом, который показывает потенциал кодирования для шести возможных открытых рамок считывания определенного генома, поэтому вероятность существования гена может быть оценена во время аннотации.[5]

Мастер ДНК

DNA Master - это бесплатное программное обеспечение, которое студенты могут загрузить на компьютер с Windows, который использует эти программы. Мерцание, GeneMark, Арагорн и tRNAscan-SE для автоматической аннотации генома, загруженного как Формат FASTA файл.[3] Поскольку это делается с помощью компьютерного алгоритма, который использует только три программы и может быть не таким обновленным, как онлайн-версии, каждый предлагаемый ген должен быть подтвержден аннотациями студентов, которые проходят несколько раундов экспертной оценки, прежде чем он будет принят. рассмотрено экспертами PhagesDB, затем его можно отправить в GenBank.[1]

Мерцание

Эти программы используются DNA Master для прогнозирования начала генов путем оценки вероятности шести открытых рамок считывания (ORF) и сигналов сайта связывания рибосомы (RBS).[6] Часто Мерцание и GeneMark согласовывать прогнозы во время автоаннотации, но иногда они дают разные начала, которые необходимо оценивать во время ручного аннотирования; GLIMMER в настоящее время является наиболее обновленным программным обеспечением и обычно используется для окончательной начальной координаты.

Арагорн

Этот алгоритм используется DNA Master, и есть онлайн-версия, которая может использоваться для перекрестных ссылок на вызовы, сделанные программным обеспечением.[3] Это показывает окончательный тРНК и тмРНК внутри генома путем поиска очень специфических последовательностей, которые складываются в характерную вторичную структуру клеверного листа.[7] Хотя этот алгоритм считается очень точным, учитывая, насколько быстро он дает результаты, он может пропустить некоторые тРНК, которые не совсем соответствуют его параметрам поиска.[7]

tRNAscan-SE

Эта программа позволяет студентам определять возможные кодирующие области для тРНК в последовательности, которую Арагорн пропустил бы, потому что она включает обнаружение необычных гомологов тРНК; хотя обе программы имеют чувствительность 99-100%.[8] tRNAscan-SE не обнаруживает тРНК, а вместо этого выводит результаты информации, обработанной тремя независимыми программами прогнозирования тРНК: tRNAscan, EufindtRNA и поиск модели ковариации тРНК.[8]

Phamerator

Phamerator показывает визуальное представление генов и их сходство с другими выбранными геномами фагов, помечая их цветными прямоугольниками на основе групп Фамили или Фама, в которые он их группирует.[3] Затем студенты могут просматривать, сравнивать, сохранять и распечатывать карты генома с цветовой кодировкой во время аннотаций.[5] Возможные вставки или делеции можно увидеть через соединительные линии между выбранными геномами фагов.[9] Кроме того, с помощью этой программы можно получить доступ к нуклеотидным и белковым последовательностям; однако начало и конец не всегда совпадают с таковым у DNA Master, поэтому последовательности могут быть неправильными.[10]

NCBI Blast и HHPred

Эти онлайн-программы используются для прогнозирования функций белков путем сравнения аминокислотных или нуклеотидных последовательностей всех секвенированных геномов, а не только фагов. HHPred обнаруживает гомологию в последовательностях с другими белками, функции которых выполняются в любом организме.[11] Кроме того, если белок был идентифицирован в другой последовательности, может быть предоставлена ​​созданная компьютером структура для визуализации возможного сворачивания аминокислот.[11]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е Джордан Т.К., Бернетт С.Х., Карсон С., Карузо С.М., Клас К., ДеДжонг Р.Дж. и др. (Февраль 2014). «Широко реализуемый исследовательский курс по обнаружению фагов и геномике для студентов первого курса бакалавриата». мБио. 5 (1): e01051-13. Дои:10.1128 / mBio.01051-13. ЧВК  3950523. PMID  24496795.
  2. ^ "Альянс научного образования | HHMI.org". www.hhmi.org. Получено 2018-04-07.
  3. ^ а б c d е ж "МОРСКИЕ ФАГИ". Получено 3 апреля, 2018.
  4. ^ а б Рассел, Дэниел А .; Хатфулл, Грэм (6 декабря 2016 г.). «PhagesDB: база данных актинобактериофагов». Биоинформатика. 33 (5): 784–786. Дои:10.1093 / биоинформатика / btw711. ЧВК  5860397. PMID  28365761.
  5. ^ а б c d "База данных актинобактериофагов | Начало". phagesdb.org. Получено 2018-04-10.
  6. ^ Келли Д.Р., Лю Б., Делчер А.Л., Поп М., Зальцберг С.Л. (январь 2012 г.). «Прогнозирование генов с помощью Glimmer для метагеномных последовательностей, дополненных классификацией и кластеризацией». Исследования нуклеиновых кислот. 40 (1): e9. Дои:10.1093 / nar / gkr1067. ЧВК  3245904. PMID  22102569.
  7. ^ а б Ласлетт Д., Канбэк Б. (2004). «ARAGORN, программа для обнаружения генов тРНК и генов тмРНК в нуклеотидных последовательностях». Исследования нуклеиновых кислот. 32 (1): 11–6. Дои:10.1093 / нар / гх152. ЧВК  373265. PMID  14704338.
  8. ^ а б Лоу TM, Эдди С.Р. (март 1997 г.). «tRNAscan-SE: программа для улучшенного обнаружения генов транспортной РНК в геномной последовательности». Исследования нуклеиновых кислот. 25 (5): 955–64. Дои:10.1093 / nar / 25.5.955. ЧВК  146525. PMID  9023104.
  9. ^ Cresawn SG, Bogel M, Day N, Jacobs-Sera D, Hendrix RW, Hatfull GF (октябрь 2011 г.). «Фамератор: биоинформатический инструмент для сравнительной геномики бактериофагов». BMC Bioinformatics. 12: 395. Дои:10.1186/1471-2105-12-395. ЧВК  3233612. PMID  21991981.
  10. ^ «Фамератор». phamerator.org. Получено 2018-04-10.
  11. ^ а б «Инструментарий биоинформатики». toolkit.tuebingen.mpg.de. Получено 2018-04-10.