МОРСКИЕ ФАГИ
Научный проект Медицинского института Говарда Хьюза

SEA-PHAGES означает Science Education Alliance-Phage Hunters Advancing Genomics and Evolutionary Science ; ранее он назывался National Genomics Research Initiative. [1] Это была первая инициатива, запущенная Howard Hughes Medical Institute (HHMI) Science Education Alliance (SEA) их директором Туаджундой С. Джорданом в 2008 году для улучшения удержания студентов, изучающих науку, технологии, инженерию и математику (STEM). [2] SEA-PHAGES — это двухсеместровая программа бакалавриата, которую администрируют группа Грэма Хэтфулла из Питтсбургского университета и Отдел научного образования Howard Hughes Medical Institute . Студенты из более чем 100 университетов по всей стране участвуют в аутентичных индивидуальных исследованиях, которые включают лабораторные занятия и компонент биоинформатики . [3]

Учебный план

В течение первого семестра этой программы группы из примерно 18-24 студентов бакалавриата работают под руководством одного или двух преподавателей университета и аспиранта-ассистента, которые прошли двухнедельные учебные семинары, чтобы выделить и охарактеризовать свой собственный бактериофаг , который заражает определенную бактериальную клетку-хозяина из местных образцов почвы. [1] После того, как студенты успешно изолируют фаг, они могут классифицировать их, визуализируя их с помощью изображений электронного микроскопа (ЭМ) . [3] Кроме того, студенты извлекают и очищают ДНК , и один образец отправляется на секвенирование, чтобы быть готовым к учебной программе второго семестра. [1]

Второй семестр состоит из аннотации генома, который класс отправил на секвенирование. В этом случае студенты работают вместе, чтобы оценить гены для координат старт-стоп, сайтов связывания рибосом и возможных функций тех белков , в которых кодируется последовательность. После завершения аннотации она отправляется в базу данных последовательностей ДНК GenBank Национального центра биотехнологической информации (NCBI) . [1] Если в семестре еще есть время или отправленная ДНК не может быть секвенирована, класс может запросить файл генома из Университета Питтсбурга , который еще не был секвенирован. В дополнение к приобретенным лабораторным и биоинформационным навыкам студенты имеют возможность опубликовать свою работу в академических журналах и посетить национальную конференцию SEA-PHAGES в Вашингтоне, округ Колумбия , или региональный симпозиум.

Используемые онлайн-базы данных и биоинформационные программы

PhagesDB

Все данные, касающиеся фага каждого студента, публикуются путем ввода их в онлайн-базу данных PhagesDB для расширения знаний сообщества SEA-PHAGES в целом. [4]

Стартер

Starterator создает отчет, сравнивая вызываемые стартовые сайты генов в одном и том же Pham в аннотированных геномах фагов и других черновиках; поэтому студенты могут предложить подходящее начало для автоматически аннотированных генов в своем геноме актинобактериофага. [3] [4] Обычно это не основной источник для вызова начала гена, поскольку он не всегда поддерживается информацией из других программ или координаты начала-конца не совпадают для гена, вызываемого DNA Master. [5]

Локальный взрыв и взрыв

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

ДжинМарк

Это программное обеспечение генерирует отчет с помощью своего алгоритма, который показывает потенциал кодирования для шести возможных открытых рамок считывания конкретного генома, поэтому вероятность существования гена может быть оценена во время аннотации. [5]

ДНК Мастер

DNA Master — это бесплатный программный инструмент, который студенты могут загрузить на компьютер с ОС Windows, который использует программы GLIMMER , GeneMark , Aragorn и tRNAscan-SE для автоматического аннотирования генома, загруженного в виде файла формата FASTA . [3] Поскольку это делается с помощью компьютерного алгоритма, который использует только три программы и может быть не таким обновленным, как онлайн-версии, каждый предложенный ген должен быть подтвержден студенческими аннотациями. Они проходят несколько раундов рецензирования, прежде чем будут приняты для рецензирования экспертами из PhagesDB, после чего их можно будет 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 GLIMMER и GeneMark соглашаются с прогнозами во время автоматической аннотации, но иногда они дают разные начала, которые необходимо оценить во время ручной аннотации; GLIMMER в настоящее время является наиболее обновленным программным обеспечением и обычно используется для окончательной координаты начала.

Арагорн

Этот алгоритм используется DNA Master, и существует онлайн-версия, которую можно использовать для перекрестных ссылок на вызовы, сделанные программным обеспечением. [3] Он показывает определенные тРНК и тмРНК в геноме, ища очень специфические последовательности, которые будут складываться в отличительную вторичную структуру клеверного листа. [7] Хотя этот алгоритм считается очень точным, учитывая, как быстро он выдает результаты, он может пропустить некоторые тРНК, которые не совсем соответствуют его параметрам поиска. [7]

тРНКскан-SE

Эта программа позволяет студентам идентифицировать возможные кодирующие области для тРНК в последовательности, которые были бы пропущены Арагорном, поскольку она включает обнаружение необычных гомологов тРНК; хотя обе программы имеют чувствительность от 99 до 100%. [8] tRNAscan-SE не обнаруживает сами тРНК, а вместо этого выводит результаты информации, обработанной из трех независимых программ прогнозирования тРНК: tRNAscan, EufindtRNA и поиска модели ковариации тРНК. [8]

Фамератор

Phamerator показывает визуальное представление генов и их сходство с другими выбранными геномами фагов, отмечая их цветными прямоугольниками на основе Phamily или Pham, в которые он их группирует. [3] Затем студенты могут просматривать, сравнивать, сохранять и распечатывать цветные карты генома во время своих аннотаций. [5] Возможные вставки или делеции можно увидеть с помощью соединительных линий между выбранными геномами фагов. [9] Кроме того, через эту программу можно получить доступ к последовательностям нуклеотидов и белков; однако начала и остановки не всегда совпадают с таковыми в 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 геномов фагов. HHPred обнаруживает гомологию в последовательностях с другими белками, функции которых были вызваны в любом организме. [11] Кроме того, если белок был идентифицирован в другой последовательности, может быть предоставлена ​​сгенерированная компьютером структура для визуализации возможного сворачивания аминокислот. [11]

Ссылки

  1. ^ abcde Jordan TC, Burnett SH, Carson S, Caruso SM, Clase K, DeJong RJ и др. (февраль 2014 г.). «Широко применимый исследовательский курс по обнаружению фагов и геномике для студентов первого года обучения». mBio . 5 (1): e01051-13. doi :10.1128/mBio.01051-13. PMC  3950523 . PMID  24496795.
  2. ^ "Альянс научного образования | HHMI.org". www.hhmi.org . Получено 2018-04-07 .
  3. ^ abcdef "SEA-PHAGES" . Получено 3 апреля 2018 г. .
  4. ^ ab Russell, Daniel A.; Hatfull, Graham (6 декабря 2016 г.). «PhagesDB: база данных актинобактериофагов». Биоинформатика . 33 (5): 784– 786. doi : 10.1093/bioinformatics/btw711. PMC 5860397. PMID  28365761. 
  5. ^ abcd "База данных актинобактериофагов | Главная". phagesdb.org . Получено 10.04.2018 .
  6. ^ Kelley DR, Liu B, Delcher AL, Pop M, Salzberg SL (январь 2012 г.). «Прогнозирование генов с помощью Glimmer для метагеномных последовательностей, дополненное классификацией и кластеризацией». Nucleic Acids Research . 40 (1): e9. doi :10.1093/nar/gkr1067. PMC 3245904. PMID  22102569 . 
  7. ^ ab Laslett D, Canback B (2004). "ARAGORN, программа для обнаружения генов тРНК и генов тмРНК в нуклеотидных последовательностях". Nucleic Acids Research . 32 (1): 11– 6. doi :10.1093/nar/gkh152. PMC 373265. PMID  14704338 . 
  8. ^ ab Lowe TM, Eddy SR (март 1997 г.). "tRNAscan-SE: программа для улучшенного обнаружения генов транспортной РНК в геномной последовательности". Nucleic Acids Research . 25 (5): 955– 64. doi :10.1093/nar/25.5.955. PMC 146525. PMID  9023104 . 
  9. ^ Cresawn SG, Bogel M, Day N, Jacobs-Sera D, Hendrix RW, Hatfull GF (октябрь 2011 г.). "Phamerator: биоинформатический инструмент для сравнительной геномики бактериофагов". BMC Bioinformatics . 12 : 395. doi : 10.1186/1471-2105-12-395 . PMC 3233612. PMID  21991981 . 
  10. ^ "Phamerator". phamerator.org . Получено 2018-04-10 .
  11. ^ ab "Bioinformatics Toolkit". toolkit.tuebingen.mpg.de . Получено 2018-04-10 .
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=SEA-PHAGES&oldid=1188052297"