Il ITS2 Database
12 marzo 2012
Il database ITS2 è un banco di lavoro per la sequenza di inferenza filogenetica simultaneamente e considerando la struttura secondaria del spaziatore interno trascritto 2. Ciò include la raccolta di dati con annotazioni accurate, predizione della struttura, di sequenze multiple-struttura di allineamento e di calcolo albero veloce. In poche parole, questo banco di lavoro semplifica analisi filogenetiche primi pochi click.
Lo spaziatore trascritto interno due del gene ribosomiale, o ITS2, è uno dei marcatori più importanti nella sistematica molecolare. Le ricerche degli ultimi 20 anni si sono concentrate principalmente sull'utilizzo delle sequenze di ITS2 per la ricostruzione filogenetica. Tuttavia, la struttura secondaria di ITS2 sta trovando un uso sempre più diffuso nel campo dell'inferenza filogenetica per diversi motivi.
L'analisi della struttura secondaria amplia l'applicabilità tassonomica di questo marcatore, mentre la sequenza ITS2, in rapida evoluzione e quindi altamente variabile, è principalmente adatta per analisi filogenetiche a livello di specie o inferiore. L'aggiunta di informazioni strutturali consente analisi simultanee a ranghi tassonomici superiori grazie alla struttura secondaria fortemente conservata di ITS2, costituita dalle sue quattro caratteristiche eliche. Pertanto, i risultati dell'analisi della struttura secondaria possono migliorare la risoluzione filogenetica ottenuta dalla sequenza primaria.
Benvenuti, cari colleghi, il mio nome è Matthias Wolf. Lavoro presso il suo dipartimento da circa otto anni. Lavoro qui presso il Dipartimento di Bioinformatica del bio center dell'Università di Würzburg in Germania.
Oggi vorremmo presentarvi un breve filmato su come utilizzare le due banche dati I ts. Ciao, sono y Chu. Il motivo di questo filmato è che la banca dati I Ts due non è soltanto un archivio per lo stoccaggio, ma mettiamo anche a disposizione numerosi strumenti che vi permettono di migliorare le vostre analisi filogenetiche.
In questo video, vogliamo mostrarvi come utilizzare questi strumenti e come collegarli tra loro. Corretto. La delimitazione della sequenza degli I Ts può essere cruciale per la previsione della struttura. Pertanto, è stata implementata un'interfaccia basata sul web per l'annotazione basata sul modello markoviano nascosto.
Per ottenere un'annotazione corretta delle tue sequenze di I TS due, puoi incollarle nell'editor di sequenze nella parte superiore del sito web. Questo viene illustrato caricando le sequenze di esempio di plans. L'editor di sequenze verifica autonomamente se le tue sequenze di I TS due sono valide o meno e genera messaggi di errore.
Ad esempio, quando si utilizzano caratteri non PAC, dopo aver scelto l'HMM corretto, è possibile avviare il processo facendo clic su "annota ogni 5,8 s e 28 sRNA". Quello che potrebbe essere identificato dal programma viene rimosso, lasciando le sequenze I TS due correttamente annotate, che erano localizzate tra queste. Di conseguenza, vengono mostrate anche le sequenze I TS due delimitate, insieme all'ibrido previsto di 5,8 s e 28 S-R-R-N-A. Come conferma dell'accuratezza delle annotazioni HMM, dopo l'annotazione delle nuove sequenze I TS due mantenute, le strutture secondarie possono essere determinate in due modi.
La prima previsione può essere effettuata mediante modellazione per omologia, utilizzando l'intero insieme di sequenze e strutture del database come modelli. Per prevedere la struttura della sequenza annotata, fare clic su "previsione della struttura" per le due sequenze. Se le due sequenze risultanti possono ripiegarsi direttamente nella tipica struttura secondaria its two, il risultato viene mostrato immediatamente.
Ora puoi scegliere tra diverse opzioni per elaborare ulteriormente la struttura della tua sequenza, inclusa l'aggiunta al tuo pool di dati. Se le due sequenze non possono ripiegarsi direttamente, viene eseguita una ricerca blast contro il database. La pagina risultante mostra i migliori riscontri ottenuti con blast, inclusa la modellizzazione per omologia per ciascun plastico come modello.
Cliccando sul segno più vengono mostrati i dettagli; è possibile selezionare le coppie sequenza-struttura di proprio interesse e aggiungerle al pool di dati, trascinando e rilasciando oppure utilizzando il menu contestuale con il tasto destro del mouse. Un secondo approccio consiste nell'inserire manualmente una o più sequenze, inclusa la loro struttura secondaria, come modelli per trasferire le strutture secondarie più adatte alle sequenze in analisi. Questo procedimento viene illustrato caricando il file di esempio per più modelli.
Cliccando su Prevedi i migliori template, si esegue il modellamento per omologia con le impostazioni predefinite. Il programma di modellamento per omologia calcolerà tutte le strutture contro tutte e mostrerà le migliori combinazioni tra query e template. Nella tabella risultante, è possibile vedere quali template hanno utilizzato con successo la propria struttura secondaria per modellare una o più sequenze query.
Anche in questo caso, i dettagli dei risultati possono essere visualizzati cliccando sul segno più, poiché l'intero approccio di modellazione per omologia è indipendente dall'I TS due. Può essere utilizzato per prevedere la struttura secondaria di qualsiasi RNA, data una molecola omologa con una struttura nota. Inoltre, le coppie risultanti di sequenza e struttura possono essere aggiunte al pool di dati tramite drag and drop o attraverso il menu contestuale, che si apre con un clic destro.
Oltre alla struttura complessiva, sono stati descritti per l'ITS2 motivi conservati come la sequenza A-U-G-G-U che precede l'apice della terza elica e una piramide perina in corrispondenza di un disallineamento nella seconda elica. Questo disallineamento UU è circondato da due motivi, uno a sinistra dell'elica due e uno a destra tra l'elica due e l'elica tre, con un ulteriore triplo nucleotide A. Dopo aver trasformato questi motivi di sequenza in hms, forniamo ora l'identificazione di tali motivi in sequenze di interesse.
Per cercare questi motivi, inserisci la sequenza di ricerca nel campo di ricerca e scegli il modello corretto. Ancora una volta, questo viene illustrato caricando il file di esempio per i piani. Per avviare i calcoli, fai clic su ricerca del motivo.
I suoi due motivi sono annotati ed evidenziati nelle sequenze della query. Un modo per recuperare coppie di strutture di sequenza I ts due dal database I Ts two è la funzione di ricerca. Essa consente all'utente di cercare strutture di sequenza sia per nome tassonomico sia per identificatore GenBank.
Per cercare una struttura di sequenza tramite identificatore GenBank, digitare il GI nel campo di ricerca e fare clic su cerca. Viene visualizzato un elenco di risultati in una nuova scheda. È possibile visualizzare i dettagli di una struttura di sequenza facendo clic su mostra dettagli.
Inoltre, è possibile visualizzare le direzioni della sequenza S di tutti i risultati nella scheda cliccando su "mostra struttura della sequenza" tramite trascinamento, oppure attraverso il menu contestuale con un clic destro; in questo modo, le strutture della sequenza desiderate possono essere aggiunte al pool di dati. Oltre alla ricerca di coppie sequenza-struttura per gi, è possibile digitare un nome tassonomico nel campo di ricerca, assistito da un riquadro di ricerca in tempo reale. Una volta che la nuova scheda appare elencando tutti i risultati, si possono accedere alle stesse funzioni di prima.
Ad esempio, aggiungere una selezione al pool di dati tramite trascinamento. La seconda possibilità per recuperare coppie di sequenza e struttura dal database è la funzione di navigazione. In questo caso, i testi sono classificati.
Secondo il database tassonomico NCBI, i dati sono accessibili attraverso una struttura ad albero, situata a sinistra del sito web. Cliccando sul segno più, è possibile visualizzare il testo a un livello inferiore.
Cliccando su un nome tassonomico, si apre una nuova scheda contenente ciascuna struttura di sequenza, coppia del taxon. Oltre alla ricerca di sequenze e strutture con identificatori del banco CEM o informazioni sulla specie, il database I Ts due fornisce anche una ricerca basata su blast. Tuttavia, le procedure blast in evidenza spesso non sono in grado di identificare relazioni lontane.
Le sue due sequenze a causa dell'elevata divergenza di sequenza. Per superare questo ostacolo, abbiamo implementato una ricerca blast basata su sequenza e struttura che include informazioni sulla struttura altamente conservata per la ricerca di omologia. Questo viene effettuato traducendo la struttura della sequenza in una sequenza pseudoproteica di 12 lettere.
Pertanto, il campionamento di specie che parte da una qualsiasi sequenza di interesse e copre ampi intervalli tassonomici è diventato semplice come effettuare una ricerca blast. Per eseguire una ricerca blast, è possibile digitare le sequenze di interrogazione nell'editor di sequenze.
Se la sequenza della query è una semplice sequenza nucleotidica priva di struttura, viene utilizzato un comune algoritmo blast n per le sequenze che includono le loro strutture secondarie. L'interfaccia web utilizza l'algoritmo I Ts two blast. Avviare il processo facendo clic su blast.
Dopo alcuni istanti, i risultati del blast vengono elencati in una nuova scheda. Qui si vede una scheda per ogni sequenza interrogata. Cliccando su "mostra allineamenti", è possibile scorrere gli allineamenti ottenuti. Come in precedenza, è possibile selezionare le coppie di sequenza e struttura di proprio interesse e aggiungerle al pool di dati.
Durante il lavoro sul database ITS due, il tuo pool di dati potrebbe essersi riempito con diverse strutture di sequenze. Puoi accedere al tuo pool di dati in qualsiasi momento e visualizzarne il contenuto. Il passo successivo della tua analisi è l'allineamento multiplo delle strutture di sequenza.
Fare clic su analizza dataset, quindi su sequenza e struttura per eseguire l'allineamento tra sequenza e struttura. A questo punto, viene richiesto di selezionare la modalità grafica dell'allineamento. Per un numero elevato di sequenze, si consiglia di selezionare la versione ridotta.
Poiché il nostro pool di dati contiene solo alcune strutture di sequenza, scegliamo la modalità grafica completa. Al termine del calcolo, l'allineamento viene aggiunto al pool di dati. Evidenziando un lato di una coppia di basi, si evidenzia automaticamente il suo corrispettivo.
Infine, l'allineamento può essere salvato cliccando su "salva allineamento". Una volta soddisfatti della qualità dell'allineamento tra sequenza e struttura, è possibile calcolare un albero filogenetico mediante il metodo neighbor-joining cliccando su "analizza set di dati" e successivamente su "vicino". L'albero risultante viene visualizzato in una nuova scheda.
È possibile ridimensionare liberamente l'albero utilizzando la barra di scorrimento, ripercorrerlo cliccando su un nodo o una foglia qualsiasi dell'albero e quindi modificare il percorso a partire da questo nodo. Se si desidera rimuovere un taxon dal proprio pool di dati, cliccare sulla foglia e scegliere. Rimuovi questo nodo dal pool.
Ora puoi ricalcolare il tuo allineamento e albero con un campionamento tassonomico ridotto, cliccando su salva albero. Puoi salvare il tuo albero filogenetico in formato NU. Clicca su informazioni su questo sito e poi su strumenti per trovare ulteriori informazioni sugli strumenti autonomi in vendita e sulle versioni pro.
Oltre all'allineamento tramite la funzione Neighbor Joining disponibile anche nell'interfaccia web del database I Ts two, ora puoi accedere a diverse nuove funzioni, ad esempio la delimitazione delle specie basata su variazioni compensatorie. Negli ultimi minuti, volevamo mostrarvi alcuni trucchi per migliorare la vostra analisi filogenetica. Vi abbiamo mostrato come raccogliere i dati dal database I Ts two, allinearli con four cell e infine calcolare i vostri alberi con Pro S. In tutti questi passaggi, non abbiamo considerato soltanto la sequenza, ma sia la sequenza che la struttura. Certo.
Speriamo che tu abbia apprezzato il nostro piccolo filmato e il laborioso assemblaggio dell'albero filogenetico. Buona notte.
Panoramica
Il database ITS2 funge da strumento completo per l'analisi filogenetica, integrando dati di sequenza e informazioni sulla struttura secondaria dello spaziatore interno trascritto 2 (ITS2). Esso facilita l'annotazione accurata, la previsione della struttura e l'allineamento, semplificando il processo di analisi filogenetica.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Fitogenetica
- Sistematica molecolare
- Bioinformatica
Sfondo
- Lo spaziatore internamente trascritto 2 (ITS2) è fondamentale per la sistematica molecolare.
- Le sequenze di ITS2 sono state ampiamente utilizzate per la ricostruzione filogenetica.
- L'analisi della struttura secondaria migliora l'applicabilità di ITS2 a diversi livelli tassonomici.
- La struttura secondaria conservata di ITS2 contribuisce a migliorare la risoluzione filogenetica.
Scopo dello studio
- Fornire un'interfaccia utente intuitiva per l'analisi filogenetica mediante dati ITS2.
- Integrare strumenti per l'annotazione delle sequenze e la previsione della struttura.
- Migliorare l'analisi filogenetica attraverso informazioni sulla struttura secondaria.
Metodi Utilizzati
- Interfaccia basata sul web per l'annotazione con modelli nascosti di Markov (HMM).
- Previsione della struttura mediante modellazione per omologia.
- Ricerca di motivi per l'identificazione di sequenze conservate.
- Funzionalità di ricerca per il recupero di coppie sequenza-struttura.
Risultati principali
- Accurate annotazione delle sequenze ITS2 mediante un editor di sequenze.
- Strutture secondarie previste per le sequenze annotate.
- Identificazione di motivi conservati nelle sequenze in esame.
- Ricerca efficace di coppie sequenza-struttura all'interno del database.
Conclusioni
- Il database ITS2 semplifica notevolmente le analisi filogenetiche.
- L'integrazione di dati di sequenza e strutturali potenzia le capacità di ricerca.
- Gli strumenti forniti facilitano un'analisi filogenetica accurata ed efficiente.
Domande Frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
Il database ITS2 fornisce un approccio strutturato all'analisi filogenetica combinando dati di sequenza e di struttura secondaria, consentendo una risoluzione tassonomica più accurata su più livelli. Questa capacità supporta la validazione degli obiettivi e la riduzione dei rischi meccanicistici nella fase iniziale della scoperta, migliorando la fiducia nei modelli biologici utilizzati per lo screening fenotipico e lo sviluppo di saggi. Il flusso di lavoro integrato, dall'annotazione della sequenza alla generazione dell'albero filogenetico, offre una piattaforma riutilizzabile per l'identificazione di biomarcatori traslazionali e la selezione di modelli preclinici.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Valore scientifico: Permette l'analisi di ipotesi terapeutiche grazie a una risoluzione filogenetica migliorata dei marcatori ITS2.
- Valore operativo: Supporta la riduzione del rischio biologico chiarificando le relazioni evolutive nei percorsi bersaglio.
- Valore predittivo: Aumenta la fiducia nel bersaglio integrando dati di sequenza e strutturali per una selezione dei modelli più affidabile.
Sviluppo di screening e saggi
- Valore scientifico: Prepara sistemi biologici validati per analisi successive, garantendo un'annotazione accurata della sequenza e della struttura.
- Valore operativo: Favorisce la standardizzazione e la riproducibilità dei saggi attraverso una previsione coerente della struttura secondaria.
- Scalabilità: Facilita la predisposizione per lo screening mediante strumenti integrati di BLAST e di rilevamento di motivi per l'analisi ad alto rendimento delle sequenze.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Continuità Translazionale: Collega la scoperta alla validazione preclinica mantenendo l'integrità dei dati attraverso i diversi livelli tassonomici.
- Allineamento dei Biomarcatori: Supporta l'identificazione di biomarcatori traslazionali mediante il rilevamento di motivi conservati nelle sequenze ITS2.
- Decisioni Adeguate al Rischio: Migliora la fiducia predittiva nella selezione dei modelli preclinici grazie a una risoluzione filogenetica potenziata.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il database ITS2 si inserisce nel percorso di scoperta, dalla validazione iniziale della sequenza bersaglio all'identificazione del composto promettente e allo sviluppo preclinico, fornendo una pipeline coerente per l'analisi della sequenza-struttura e l'inferenza filogenetica.
- Biologia della scoperta: Supporta la verifica delle ipotesi e la chiarificazione dei percorsi mediante l'annotazione accurata e la previsione della struttura secondaria delle sequenze ITS2.
- Screening: Permette la prontezza del saggio grazie all'allineamento riproducibile tra sequenza e struttura e alla generazione di output quantitativi.
- Analisi: Fornisce output misurabili come alberi filogenetici e riscontri di motivi strutturali, che consentono il confronto tra diverse condizioni.
- Ricerca traslazionale: Si collega alla continuità preclinica attraverso la scalabilità tassonomica e l'analisi di strutture conservate.
- Riutilizzo aziendale: Funziona come capacità bioinformatica riutilizzabile piuttosto che come tecnica monouso, sostenendo applicazioni ripetute in diversi progetti.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva riducendo l'ambiguità meccanicistica nella validazione degli obiettivi.
- Valore operativo: Garantisce standardizzazione, riproducibilità e scalabilità dei flussi di lavoro filogenetici.
- Valore strategico: Migliora le decisioni di avanzamento o interruzione e l'efficienza del capitale riducendo i rischi biologici in fase avanzata.
- Impatto sul portafoglio: Permette di effettuare scelte di priorità e avanzamento corrette rispetto al rischio, basate su solide evidenze filogenetiche.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze in bioinformatica, sistematica molecolare e analisi della struttura secondaria dell'RNA.
- Si basa sull'accesso via web a strumenti di annotazione HMM, modellazione per omologia e BLAST.
- Necessita di una standardizzazione tra gruppi di lavoro per un input e un'interpretazione coerenti tra sequenze e strutture.
- Comporta considerazioni di adattamento quando applicato a organismi non modello o a sequenze ITS2 divergenti.
- È limitato dalla disponibilità e dalla qualità delle strutture modello presenti nel database per la modellazione per omologia.
