معلومة

أي طريقة لتشغيل بلاست؟


لدي مجموعة من السقالات من مجموعة الجينوم ، وأريد محاذاة مجموعة من البروتينات من أنواع مختلفة إليها. يمكنني القيام بذلك باستخدام بلاست بطريقتين:

  • قم بإنشاء قاعدة بيانات BLAST للسقالات ، وقم بتشغيل tblastn عليها باستخدام البروتينات كاستعلام.

  • قم بإنشاء قاعدة بيانات BLAST للبروتينات ، وقم بتشغيل blastx عليها باستخدام السقالات كاستعلام.

هل يجب أن ينتج كلاهما نفس الضربات بالضبط؟ هل سيكون هناك فرق كبير في وقت التشغيل بينهما؟


إجابة سريعة: استخدم tblastn.

كقاعدة عامة ، عند مقارنة مجموعتي بيانات باستخدام BLAST ، يوصى باستخدام المجموعة الأكبر من المجموعتين كقاعدة بيانات والأصغر كاستعلامات. الفرق الرئيسي هو واحد من الوقت الحسابي. تم تحسين Blast لقواعد البيانات الكبيرة.

من المحتمل أيضًا أن تحصل على ضربات مختلفة. يتم حساب القيمة الإلكترونية لـ Blast بناءً على حجم قاعدة البيانات ، من بين معلمات أخرى. بشكل تقريبي ، تجيب القيمة الإلكترونية على السؤال: "كم عدد أزواج التسلسل عالية الدرجات مع X٪ من هوية التسلسل وطول Y الذي أتوقع أن أجده في قاعدة بيانات بحجم X بالصدفة؟". يمكن أن تكون قيمك الإلكترونية عالية بشكل مصطنع إذا كنت تستخدم تسلسل البروتين كقاعدة بيانات. لست متأكدًا من ذلك ، ولكن قد تكون هناك أيضًا اختلافات في طريقة تعامل tblastn و blastx مع عقوبات الفجوة.

بعد قولي هذا ، سأحاول أولاً القيام بذلك باستخدام أداة مصممة خصيصًا للمهمة. ليس لدى بلاست نموذج للتعامل مع التضفير ، ومن المؤلم بناء نماذج جينية من نتائج بلاست. لمحاذاة تسلسل البروتين مع الحمض النووي الجيني ، سأستخدم إما تبرئة (مع نموذج p2g) أو جينيًا. يتضمن كلا البرنامجين نماذج التضفير وسيعطيك تنبؤًا لائقًا للبنية الجينية للجينات المستهدفة. فيما يلي مقتطفات من صفحة الدليل الخاصة بكل برنامج:

جنيوز:

يقارن Genewise2 تسلسل البروتين بتسلسل الحمض النووي الجيني ، مما يسمح بالإنترونات وأخطاء تغيير الإطارات.

تبرئة:

تبرئة هي أداة عامة لمقارنة التسلسل.

خيارات محاذاة فجوة

م | --نموذج

بروتين الجينوم

يسمح هذا النموذج بمحاذاة تسلسل البروتين إلى الحمض النووي الجيني. هذا مشابه لنموذج protein2dna ، مع إضافة نمذجة أطوار الإنترونات و intron. هذا النموذج مماثل لتلك المستخدمة من قبل Genewise.

بشكل عام ، يعطي Genewise نتائج أفضل قليلاً ولكنه أبطأ بكثير ولا يمكنه التعامل مع ملفات fasta المتعددة. من الأفضل عندما تقوم بذلك أعرف أن بروتين الاستعلام الخاص بك سوف يتماشى مع تسلسل نوكليوتيد معين.

تبرئة هو بسرعة ولكن يستخدم بعض الاستدلال علبة تعطي نتائج أسوأ قليلاً في بعض الحالات. أنا شخصياً أستخدم exonerate للحصول على نجاحاتي ثم ، إذا لزم الأمر ، صقل النموذج الجيني باستخدام genewise. في معظم الحالات ، يجب أن تكون الإعفاء كافية.

أمثلة:

استخرج البروتينات -m p2g -q.fasta -t scaffolds.fasta> output.txt

genewise -pretty -pep -gff single_prot.fasta single_scaff.fasta> output.txt


Blast + Local Configuration: كيفية تكوين قواعد بيانات nt و nr؟

أنا أقوم بالتكوين Blast + على جهاز Mac الخاص بي (os sierra) وأواجه مشكلة في تكوين قواعد بيانات nr و nt التي قمت بتنزيلها محليًا أيضًا. أحاول أن أتبع تعليمات NCBI هنا، وأنا أتعلق بخطوات التكوين وأمثلة التنفيذ.

يقولون لتغيير ملف .bash_profile الخاص بي بحيث يقول:

هذا يعمل بشكل جيد، ويقولون تكوين مسار لـ BLASTDB "بالمثل" ولكن للملف حيث ستكون قاعدة البيانات الخاصة بي ، لذلك قمت بهذا:

الذي يحدد المجلد الدقيق الذي حصلت عليه عندما قمت بفك ضغط ملف nt tar من FTP. مع هذا المسار ، إذا قمت بتشغيل الأمر.

ثم يتم تشغيله بنجاح وأحصل على النتائج، ولكني قلق من أنه يتم التحقق منها فقط مقابل قسم nt.00 من ملف قاعدة البيانات nt.00 بأكمله ، خاصةً لأنني إذا قمت بتشغيل تسلسل test_query.fa الخاص بي على Web Blast ، فسأحصل على نتائج مختلفة.

أيضًا ، تشير تعليماتهم إلى أن المسار يحتاج فقط إلى الإشارة إلى المجلد الذي يحتوي على مجلد قاعدة البيانات بالكامل nt.00 ، من tar الذي قمت بفك ضغطه - وليس nt.00 المحدد نفسه - والذي سيكون في حالتي مجرد "blastdb /" (على عكس "blastdb / nt.00 /" التي تحتوي بعد ذلك على nt.00.nhd ، nt.00.nal، إلخ.). هذا منطقي لأنني عندما أعمل أريد أن أكون قادرًا على التفجير في قاعدة البيانات nt ولكن أيضًا التفجير على nr واحد ، وما إلى ذلك عن طريق تغيير العلم -db في الأمر الخاص بي ، ولا ينبغي أن تكون هناك مشكلة في الحصول عليها الكل في هذا المجلد ، أليس كذلك؟ ولكن إذا كان يجب علي تحديد مسار BLASTDB مع إضافة nt.00 DB إلى النهاية ، فكيف يمكنني استخدام nr.00 في نفس المجلد (blastdb /)؟ في الأساس ، أريد أن أفعل كما تقول التعليمات ، ولدي ما يلي:

وبعد ذلك ، بناءً على قاعدة البيانات التي أرغب في استخدامها ، يمكنني فقط أن أقول ذلك بعد علامة -db في الأمر. ولكن عندما أجعل المسار مثل هذا أعلاه ، فإنه يعطيني هذا الخطأ:

لقد حاولت تشغيل نفس الأمر blastn من أعلى واستبدال "nt" بـ "nt.00" ، وقد جربت هذه الأوامر مع مسار BLASTDB ينتهي بكل من "blastdb /" و "blastdb / nt" وبالطبع " blastdb / nt.00 "وهو الوحيد الذي يعمل بدون أخطاء.

فيما يلي مثال على مؤشر ترابط آخر قرأته حيث يشعر OP بالقلق بشأن عمليات الإعدام التي قام بها والتي لا تتحقق من مجلد nt.00 بأكمله ، كان هذا مختلفًا عن مشكلتي.


أي طريقة لتشغيل بلاست؟ - مادة الاحياء

تم تصميم برنامج بلاست بواسطة ستيفن ألتشول ووارن غيش وويب ميلر ويوجين مايرز وديفيد جيه ليبمان في المعاهد الوطنية للصحة (NIH) وتم نشره في مجلة علم الأحياء الجزيئي في عام 1990. BLAST (أداة البحث الأساسية للمحاذاة المحلية) هي خوارزمية بحث إرشادية ، تجد الحلول من جميع الاحتمالات ، والتي تأخذ المدخلات كنيوكليوتيدات أو تسلسل بروتيني وتقارنها بقواعد البيانات الحالية مثل NCBI و GenBank وما إلى ذلك. وتجد التشابه المحلي بين التسلسلات المختلفة وتحسب الأهمية الإحصائية للمطابقات. يمكن استخدامه أيضًا لإيجاد علاقة وظيفية وتطورية بين التسلسلات المختلفة. يتم البحث عن طريق أخذ تسلسل حجم كلمة معين ، ومقارنتها مع تسلسل قاعدة البيانات ويتم تخصيص الدرجات لكل مقارنة. استنادًا إلى الحد الأدنى ، يتم أخذ تطابق مناسب لكلمة الاستعلام هذه وتمتد المحاذاة إلى كلا الجانبين. بعد اكتمال المحاذاة ، يتم حساب إجمالي النقاط ويتم عرض المحاذاة على صفحة نتيجة الانفجار فقط إذا تجاوز إجمالي الدرجات قيمة الحد.

التسلسل والتسلسل المحاذاة والأهمية:

يشير التسلسل البيولوجي إلى سلسلة من الشخصيات التي تنتمي إلى DNA / RNA / البروتين. هناك نوعان من التسلسلات البيولوجية الأكثر شيوعًا ، وهما تسلسل النوكليوتيدات وتسلسل البروتين. يتكون تسلسل النوكليوتيدات بشكل أساسي من أربعة نيوكليوتيدات مختلفة وهي الأدينين (A) والجوانين (G) والسيتوزين (C) والتيروزين (T). بينما يتكون تسلسل البروتين من 20 نوعًا من الأحماض الأمينية المختلفة التي توجد بشكل شائع. تقوم النيوكليوتيدات بترتيب نفسها في شكل رمز ثلاثي (يشير الرمز الثلاثي إلى مجموعة من ثلاثة نيوكليوتيدات) لتشفير حمض أميني. تتم فهرسة هذه التسلسلات بشكل صحيح في قواعد البيانات الموجودة بالفعل ومن الممكن استرداد هذه التسلسلات من قواعد البيانات المقابلة لها. يتم الحصول على التسلسلات بالطرق التالية الموضحة أدناه.

طرق تسلسل الحمض النووي:

طريقة سانجر (طريقة إنهاء سلسلة ديديوكسي): هنا يتم أخذ 4 أنابيب اختبار مُصنَّفة بـ A و T و G و C. في كل أنبوب من أنابيب الاختبار ، يجب إضافة الحمض النووي في شكل مشوه (خيوط مفردة). بعد ذلك ، يجب إضافة مادة أولية تلدين إلى أحد الخيوط الموجودة في القالب. تستوعب نهاية 3 & # 039 من التمهيدي نيوكليوتيدات ديديوكسي [ddNTPs] (خاصة بكل أنبوب) بالإضافة إلى نيوكليوتيدات الديوكسي بشكل عشوائي. عندما يتم ربط ddNTP & # 039s بالسلسلة المتنامية ، تنتهي السلسلة بسبب نقص 3 & # 039OH الذي يشكل رابطة ديستر الفوسفو مع النيوكليوتيد التالي. وهكذا يتم تشكيل خيوط صغيرة من الحمض النووي. يتم إجراء الرحلان الكهربائي ويمكن الحصول على ترتيب التسلسل عن طريق تحليل النطاقات في الهلام بناءً على الوزن الجزيئي. يمكن أيضًا تمييز مادة التمهيدي أو أحد النيوكليوتيدات بشكل إشعاعي أو فلوري ، بحيث يمكن اكتشاف المنتج النهائي من الجل بسهولة ويمكن استنتاج التسلسل.

ماكسام جيلبرت (طريقة التحلل الكيميائي): تتطلب هذه الطريقة تفسد طبيعة جزء الحمض النووي الذي تم تصنيف نهايته 5 & # 039 إشعاعيًا. يتم بعد ذلك إخضاع هذه القطعة للتنقية قبل الشروع في المعالجة الكيميائية التي ينتج عنها سلسلة من الشظايا المميزة. تساعد تقنية الرحلان الكهربائي في ترتيب الشظايا بناءً على وزنها الجزيئي. لعرض الأجزاء ، يتم تعريض الجل لفيلم الأشعة السينية للتصوير الشعاعي الذاتي. ستظهر سلسلة من النطاقات المظلمة ، كل منها يتوافق مع جزء DNA المسمى الراديو ، والذي يمكن من خلاله استنتاج التسلسل.

طرق تسلسل البروتين:

تفاعل إدمان تدهور: يكتشف التفاعل ترتيب الأحماض الأمينية في البروتين من الطرف N ، عن طريق شق كل حمض أميني من الطرف N دون توزيع الروابط في البروتين. بعد كل شق ، يتم عمل كروماتوجرافيا أو رحلان كهربي لتحديد الحمض الأميني

قياس الطيف الكتلي: يتم استخدامه لتحديد كتلة الجسيم وتكوين الجزيء ولإيجاد الهياكل الكيميائية للجزيئات مثل الببتيدات والمركبات الكيميائية الأخرى. بناءً على نسبة الكتلة إلى الشحن ، يمكن تحديد الأحماض الأمينية في البروتين

محاذاة التسلسلأو مقارنة التسلسل تقع في قلب المعلوماتية الحيوية ، والتي تصف طريقة ترتيب تسلسل الحمض النووي / الحمض النووي الريبي / البروتين وتحديد مناطق التشابه فيما بينها. يتم استخدامه لاستنتاج العلاقة الهيكلية والوظيفية والتطورية بين المتواليات. تكتشف المحاذاة مستوى التشابه بين تسلسل الاستعلام وتسلسلات قاعدة البيانات المختلفة المتاحة. تعمل الخوارزمية من خلال نهج البرمجة الديناميكي الذي يقسم المشكلة إلى مشاكل فرعية مستقلة أصغر. يجد المحاذاة أكثر كميًا عن طريق تعيين الدرجات.

طرق محاذاة التسلسل:

هناك طريقتان رئيسيتان لمحاذاة التسلسل:

المحاذاة العالمية:التسلسلات التي لها نفس الطول ومتشابهة جدًا مناسبة جدًا للمحاذاة العامة. هنا يتم تنفيذ المحاذاة من بداية التسلسل إلى نهاية التسلسلات لمعرفة أفضل محاذاة ممكنة.

المحاذاة المحلية:يمكن مقارنة التسلسلات المشتبه في تشابهها أو حتى تسلسلها غير المتماثل مع طريقة المحاذاة المحلية. يجد المناطق المحلية ذات مستوى عالٍ من التشابه

BLAST هي إحدى أدوات محاذاة التسلسل الزوجي المستخدمة لمقارنة التسلسلات المختلفة. توجد برامج BLAST مختلفة لمقارنات مختلفة كما هو موضح في الجدول 1.

برامج انفجار النيوكليوتيدات:

بلاستن: يتم إجراء البحث الأولي عن كلمة طولها "w" والعتبة "T". التسلسل الكامل مقسم إلى كلمات بطول 11 للأحماض النووية (يمكن حساب الحد الأقصى لعدد الكلمات بواسطة L-w + 1 = max.word no (L = طول التسلسل ، w = الكلمات)). تقوم خوارزمية BLASTn بتوزيع تسلسل النوكليوتيدات إلى 11 حرفًا "كلمات" ويتم نفس الشيء لكل تسلسل في قاعدة بيانات الاستعلام ، ويتم تحديد تطابق الكلمات من تسلسل قاعدة البيانات. هذا يبحث عن تسلسلات متشابهة إلى حد ما.

ميجا بلاست: يبحث عن تسلسلات متشابهة للغاية.

انفجار ميجا غير مجاور: البحث عن المزيد من التسلسلات غير المتشابهة.

برامج بروتين بلاست:

انفجار: يجد التشابه بين تسلسل بروتين الاستعلام مع تسلسل البروتين المتاح في قاعدة بيانات البروتين. تقارير BLASTp أيضًا عن المحاذاة العالمية ، وهي النتيجة المفضلة لتحديد البروتين. تقوم خوارزمية BLASTp بتوزيع تسلسلات البروتين إلى "كلمات" مكونة من 3 أحرف ، ويتم إجراء نفس الشيء لكل تسلسل في قاعدة بيانات الاستعلام ، ويتم تحديد مطابقات الكلمات من قاعدة البيانات.

انفجار PSI: يعد برنامج BLAST المتكرر حسب الموضع هو أكثر برامج BLAST حساسية. يتم استخدامه للعثور على بروتينات ذات صلة بعيدة جدًا أو أعضاء جدد في عائلة البروتين. تقوم الخوارزمية ببناء مصفوفة تسجيل خاصة بالموقع (PSSM أو ملف تعريف) من محاذاة تكرارية للتسلسلات ، وتعود بقيم E وعتبة (افتراضي = 0.005). القيمة الإلكترونية تتناقص أضعافا مضاعفة مع الدرجة المخصصة لمباراة بين تسلسلين.

انفجار PHI: يتم استخدام BLAST الذي تم بدء تشغيله بواسطة النمط للعثور على تسلسل البروتين الذي يحتوي على نمط محدد من قبل المستخدم ويشبه تسلسل الاستعلام. تم اقتراح هذا المطلب لتقليل عدد النتائج التي تحتوي على النمط فقط ، ولكن من المحتمل ألا يكون لها تماثل حقيقي لطلب البحث. لتشغيل PHI-BLAST ، أدخل الاستعلام في مربع البحث ، وأدخل النمط في مربع نمط PHI. يمكن استخدام نمط واحد فقط في بحث واحد.

مصفوفات التهديف:

تُستخدم مصفوفات الدرجات لتعيين درجة للمقارنة بين أزواج من الأحرف. هناك أنواع مختلفة من مصفوفات الدرجات مثل:

مصفوفات الهوية: في هذا النوع من المصفوفات ، ستكون النتيجة إما 1 & # 039s أو 0 & # 039s. 1 & # 039s تقع على طول القطر. يعتمد مخطط التسجيل بشكل أساسي على المباريات وعدم التطابق.

مصفوفات التهديف الموحدة: تحتوي هذه المصفوفة أيضًا على إما 0 & # 039s أو 1 & # 039s كدرجاتهم. الفرق هو أنه يأخذ في الاعتبار فكرة التحولات (التغيير بين البيورينات أو الأهرامات) والاستعراضات (التغيير بين البيورين والهرمي).

مصفوفات بام: كانت مارجريت دايهوف أول من طور مصفوفة PAM ، أما PAM فتقف على الطفرات المقبولة بالنقطة. يتم حساب مصفوفات PAM من خلال ملاحظة الاختلافات في البروتينات وثيقة الصلة. تحدد وحدة PAM (PAM1) طفرة نقطة واحدة مقبولة لكل 100 من بقايا الأحماض الأمينية ، أي تغيير بنسبة 1 ٪ ويبقى 99 ٪ على هذا النحو.

زهرة: مصفوفة BLOcks SUbstitution ، التي طورها Henikoff و Henikoff في عام 1992 ، باستخدام المناطق المحفوظة ، هذه المصفوفات هي قيم هوية النسبة المئوية الفعلية. ببساطة أقول إنهم يعتمدون على التشابه. Blosum 62 يعني أن هناك تشابه بنسبة 62٪.

المعلمات المستخدمة في خوارزمية بلاست:

عتبة: هو حد أدنى أو أقصى قيمة يمكن استخدامه لتصفية الكلمات أثناء المقارنة.

التنادد الحقيقي: في التماثل الحقيقي بلاست يشير إلى مدى تشابه التسلسل مع تسلسل الاستعلام.

القيمة الإلكترونية: يتناقص بشكل كبير مع الدرجة التي تم تعيينها لمحاذاة بين تسلسلين.

حجم الكلمة: يتم إجراء البحث الكامل عن طريق أخذ تسلسل حجم كلمة معين ومقارنته مع تسلسل قاعدة البيانات ويتم تخصيص الدرجات لكل مقارنة. تم إعطاء حجم الكلمة 11 للأحماض النووية و 3 للبروتينات.

المجالات المفترضة المحفوظة: هذه هي المجالات التي لها وظائف مختلفة.

نقاط الفجوة أو فجوة الجزاء: تستخدم خوارزميات البرمجة الديناميكية عقوبات فجوة لتعظيم المعنى البيولوجي. يتم طرح عقوبة الفجوة لكل فجوة تم إدخالها. هناك فجوات جزائية مختلفة مثل فتح الفجوة وتمديد الفجوة. تحدد درجة الفجوة ، وهي عقوبة تُمنح للمحاذاة عندما يكون لدينا الإدراج أو الحذف. أثناء التطور ، قد تكون هناك حالة يمكننا فيها رؤية فجوات مستمرة على طول التسلسل ، وبالتالي فإن عقوبة الفجوة الخطية لن تكون مناسبة للمحاذاة. وهكذا تم إدخال فجوة مفتوحة وتمديد الفجوة عندما تكون هناك فجوات مستمرة (خمسة أو أكثر). يتم تطبيق العقوبة المفتوحة دائمًا في بداية الفجوة ، ثم تُعطى الثغرات الأخرى التي تليها بعقوبة تمديد فجوة والتي ستكون أقل مقارنة بالعقوبة المفتوحة. القيم النموذجية هي -12 لفتح الفجوة ، و -4 لتوسيع الفجوة.

عمل خوارزمية بلاست:

  • يتم أخذ تسلسل الاستعلام وتحليله للمناطق منخفضة التعقيد. المناطق منخفضة التعقيد هي المناطق التي تحتوي على معلومات أو اختلافات أقل مثل AAAAAAAA أو ATATATAT إلخ.
  • قائمة الكلمات من حجم كلمة معينة. عادة ما يكون حجم الكلمات 3 للبروتينات و 11 للحمض النووي
  • يتم حساب الدرجات لكل زوج من الكلمات (كلمة تسلسل الاستعلام وكلمة قاعدة البيانات) باستخدام مصفوفات تسجيل الاستبدال (مثل PAM أو BLOSUM) ، ويتم أخذ الكلمات ذات الدرجات العالية فقط ، أي أعلى من قيمة العتبة أو درجة القطع لمزيد من المحاذاة. يتم تحديد درجة القطع لتقليل عدد المطابقات لتقليل وقت الحساب.
  • يتم تنظيم الكلمات ذات الدرجات العالية المتبقية في شجرة بحث فعالة ومقارنة بسرعة بتسلسل قاعدة البيانات. يتم ذلك لمعرفة المطابقات الدقيقة.
  • إذا تم العثور على تطابق تام أو جيد ، فسيتم تمديد المحاذاة في كلا الاتجاهين من الموضع الذي حدثت فيه المطابقة التامة

  • يتم حساب أهمية درجة HSP. تعطى المعادلة احتمالية p لملاحظة درجة S تساوي أو تزيد عن x:

أين


انفجار

أداة البحث عن المحاذاة المحلية الأساسية (BLAST) هي في البداية أداة قائمة على الويب عبر الإنترنت تسمح بالعثور على مناطق التشابه بين التسلسلات البيولوجية. يقارن البرنامج تسلسل النوكليوتيدات بتسلسل قواعد البيانات ويحسب الدلالة الإحصائية. اعتمادًا على نوع بيانات التسلسل ، هناك أدوات محددة مختلفة ، ولكن في هذه المقالة ، نركز على استخدام blastn (مما يعني محاذاة تسلسل النوكليوتيدات).


أدوات المعلوماتية الحيوية: محاذاة التسلسل

كما يشير اسمها ، فإن أدوات محاذاة التسلسل المحلي المزدوجة هي تُستخدم للعثور على مناطق متشابهة أو متطابقة بين أزواج من الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي أو تسلسل البروتين.

قد تكون الاستخدامات الشائعة هي محاذاة أزواج إما من البروتين أو طفرات تسلسل الحمض النووي. هذه البرامج مفيدة جدًا أيضًا في محاذاة ومقارنة بيانات تسلسل الحمض النووي مع تسلسل الجين المعروف أو قالب الحمض النووي الأبوي.

مياه امبوس

محاذاة التسلسل الزوجي باستخدام خوارزمية Smith-Waterman المعدلة. يجب توفير أزواج التسلسل إما بتنسيق GCG أو FASTA أو EMBL أو GenBank أو PIR أو NBRF أو Phylip أو UniProtKB / Swiss-Prot.

EMBOSS Matcher

محاذاة التسلسل الزوجي بناءً على تطبيق LALIGN. يجب توفير أزواج التسلسل إما بتنسيق GCG أو FASTA أو EMBL أو GenBank أو PIR أو NBRF أو Phylip أو UniProtKB / Swiss-Prot.

حول أوميغا كلوستال:

كلوستال أوميغا هي أداة محاذاة متعددة التسلسل أفضل استخدام لمحاذاة مناطق التسلسل المتشابهة بين ثلاثة أو أكثر من سلاسل الحمض النووي الريبي أو الحمض النووي أو البروتين. لسنوات عديدة ، تم استخدام الإصدار السابق من الأداة ، Clustal W ، على نطاق واسع لهذا النوع من محاذاة التسلسل المتعدد. Clustal Omega هو نسخة محسنة من تلك الأداة.

تنسيقات التسلسل المقبولة هي GCG أو FASTA أو EMBL أو GenBank أو PIR أو NBRF أو PHYLIP أو UniProtKB / Swiss-Prot. الإصدار الحالي من البرنامج يقبل 2000 تسلسل كحد أقصى. ملفات التسلسل التي تم تحميلها محدودة بحد أقصى 2 ميغا بايت.

خوادم الويب المستضافة:

يمكن استخدام التطبيق عبر الإنترنت عبر خوادم الويب المستضافة في المواقع التالية:

تنزيل التطبيق على جهاز الكمبيوتر الشخصي الخاص بك:

يمكن أيضًا تنزيل برنامج Clustal Omega للاستخدام الفردي على أجهزة الكمبيوتر الشخصية التي تعمل بأنظمة تشغيل Mac أو Windows أو Linux من الموقع التالي:

تنزيل عارض نتائج محاذاة تسلسل JalView:

على الرغم من أن Clustal Omega يوفر عرضًا نصيًا صالحًا لنتائج المحاذاة ، فإن عارض نتائج محاذاة JalView يوفر طريقة أفضل بكثير للقيام بذلك. يمكنك تنزيل مثبت التطبيق المناسب من هنا:

Sievers F و S & oumlding J و Thompson JD و Higgins DG و Wilm A و Dineen D و Gibson TJ و Karplus K و Li W و Lopez R et al. . 2011. توليد سريع وقابل للتطوير لمحاذاة تسلسل متعدد للبروتين عالي الجودة باستخدام Clustal Omega. بيولوجيا الأنظمة الجزيئية 7 (1): 1-6.

حول أداة البحث عن المحاذاة المحلية الأساسية (بلاست):

أداة بحث المحاذاة المحلية الأساسية يسمح لك (بلاست) بإجراء محاذاة محلية بين تسلسل الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي أو البروتين الذي يوفره المستخدم والتسلسلات الموجودة في عدد كبير من قواعد بيانات التسلسل المنسق (على سبيل المثال ، تسلسل الجينوم المُجمَّع ، وعلامات التسلسل المُعبَّر عنها (ESTs) ، وجينومات NCBI ، وتسلسلات البروتين الحاصلة على براءة اختراع ، وبروتينات قاعدة بيانات البروتين (pdb) ، وما إلى ذلك).

توفر مجموعة BLAST واجهات منفصلة للعديد من مقارنات قاعدة البيانات / تسلسل الاستعلام. يتم توفير أدوات المحاذاة الأكثر استخدامًا مع الأوصاف والروابط أدناه:

تتم مقارنة تسلسل النوكليوتيدات الذي يوفره المستخدم مع قاعدة بيانات تسلسل النوكليوتيدات المحددة.

تتم مقارنة تسلسل البروتين المقدم من المستخدم بقاعدة بيانات تسلسل البروتين المحددة.

يتم استخدام تسلسل النوكليوتيدات الذي يوفره المستخدم لتوليد تسلسل البروتين من في السيليكو 6 إطار ترجمة. تتم مقارنة كل تسلسل من تسلسلات البروتين الستة الناتجة مع قاعدة بيانات تسلسل بروتين محددة.

تتم مقارنة تسلسل البروتين المقدم من المستخدم مقابل تسلسل البروتين الناتج عن في السيليكو 6 إطار ترجمة قاعدة بيانات تسلسل النوكليوتيدات المختارة.

يتم استخدام تسلسل النوكليوتيدات الذي يوفره المستخدم لتوليد تسلسل البروتين من في السيليكو 6 إطار ترجمة. تتم مقارنة كل تسلسل من سلاسل البروتين الستة الناتجة مع تسلسل البروتين الناتج عن في السيليكو 6 إطار ترجمة قاعدة بيانات تسلسل النوكليوتيدات المختارة. لذلك على الرغم من أن كلا من الاستعلام الأولي وقاعدة بيانات المقارنة عبارة عن تسلسل نيوكليوتيدات ، يتم توفير نتائج TBLAST-X كمحاذاة لتسلسل البروتين.


المناقشة والاستنتاج

يعد التعليق التوضيحي لبنية ووظيفة البروتين غير المعروف أحد أكبر التحديات في المعلوماتية الحيوية. في الماضي ، تم تطوير عدد من الطرق لإجراء شرح توضيحي على مستوى المخلفات للبروتينات بدقة عالية باستخدام تقنيات جديدة قائمة على المعرفة. بالإضافة إلى ذلك ، هناك تطور كبير في تقنيات البحث عن التشابه [8 ، 17 ، 26]. يثير هذا تساؤلاً عن سبب الحاجة إلى تطوير خادم بسيط قائم على BLAST لتعليق البروتين. يهتم علماء المعلوماتية الحيوية بتطوير تقنيات متقدمة للحصول على شرح أفضل. على الرغم من أن بلاست قد تم تطويره منذ عقدين من الزمن وقد استشهد به

54000 قطعة بحثية ، من الصعب على عالم الأحياء أن يعلق على بروتين استعلام على مستوى المخلفات باستخدام البحث المستند إلى BLAST مقابل PDB. قد يجادل المرء بأنه عمل تافه لعالم المعلوماتية الحيوية أن يقوم بتعليق بروتين على مستوى المخلفات ، لكن يجب أن نفهم أنه من الصعب على عالم الأحياء الذي يحتاج بالفعل إلى شرح توضيحي لمستوى البقايا. في هذه الدراسة ، نقوم بمحاولة منهجية لتسهيل عالم الأحياء في تعيين الهيكل أو الوظيفة لبروتينهم على مستوى المخلفات.

يحتوي خادمنا على سلسلة من الوحدات النمطية لإجراء شرح توضيحي شامل للبروتين. يعتمد التعليق التوضيحي الافتراضي على إجماع معلومات الهيكل / الوظيفة لمعظم سلاسل PDB العشر المماثلة. يتم اشتقاق معلومات الهيكل / الوظيفة لسلاسل PDB من قاعدة بيانات ccPDB ويتم إنشاء قواعد البيانات غير الزائدة باستخدام مجموعة أدوات NCBI. يمكن زيادة عدد سلاسل PDB لتعزيز درجة ثقة التعليقات التوضيحية ومساحة البحث في PDB. نظرًا لأن العديد من سلاسل PDB متشابهة مع بعضها البعض ، يمكن للمستخدم تحديد قواعد البيانات المختلفة غير الزائدة عن الحاجة لزيادة تغطية التعليقات التوضيحية في PDB. تعد وحدة التعليق التوضيحي للروابط هي الطريقة الوحيدة القادرة على التعليق على جميع الروابط الموجودة في PDB. كما يسمح للمستخدمين بتعليق تسلسل استعلامهم مقابل ترابط محدد أو مجموعة من الروابط. باستخدام وحدات الهيكل والوظيفة ، يمكن للمستخدم تحديد سلسلة PDB الأكثر ارتباطًا وفهم بنية تسلسل الاستعلام والمنطقة المتفاعلة بشكل أفضل باستخدام وحدة التعليق التوضيحي لسلسلة PDB. من أجل توفير بيئة تصور غنية ، قمنا بدمج jqxWidgets.

في هذه الدراسة ، أنشأنا عشر قواعد بيانات لإجراء بحث بلاست ، وقاعدة بيانات واحدة لكل نوع من أنواع الهيكل أو الشرح الوظيفي. قد يثير المرء السؤال عن سبب إنشاء قواعد بيانات بنية / وظيفة محددة بدلاً من البحث مقابل PDB بالكامل. يرجع ذلك إلى أن سلاسل PDB المختلفة المتعلقة بالهيكل / الوظيفة لا يتم توزيعها بالتساوي في PDB ، على سبيل المثال ، هناك سلاسل PDB محدودة تفاعل الحمض النووي. من المحتمل أن سلاسل أو مناطق تفاعل الحمض النووي ليست في أفضل النتائج إذا أجرينا بحث BLAST واسع النطاق PDB. في وحدة شرح الحمض النووي الخاصة بنا ، نقوم بإجراء بحث بلاست مقابل سلاسل البروتين المتفاعلة مع الحمض النووي فقط. سيسمح لنا ذلك بتعليق منطقة تفاعل الحمض النووي على الرغم من أن توزيعها في PDB نادر. تسمح هذه الأنواع العشرة من قواعد البيانات المستخدمة في خادمنا للمستخدم بإجراء تعليق توضيحي غير متحيز.

يتيح StarPDB هذا للمستخدم إجراء بحث تشابه ضد سلاسل البروتين على مستوى مختلف يتضمن مستوى التكرار للقطع 100 و 70 و 40٪. هذا مهم لفهم سبب استخدامنا لثلاثة مستويات من التكرار بدلاً من إجراء بحث بلاست مقابل قاعدة بيانات غير زائدة عن الحاجة بنسبة 100٪. بشكل افتراضي ، يقوم الخادم بإجراء بحث على قاعدة بيانات محددة غير مكررة عند مستوى التكرار 100٪ (بروتين فريد). تتمتع قاعدة البيانات هذه الخاصة بسلاسل البروتين الفريدة بميزة لأنها لا تحتوي على أي سلسلة بروتين متطابقة ، لذلك ستتم إزالة الزيارات المتطابقة التي من شأنها تحسين الأداء. على الرغم من أن قاعدة بياناتنا لسلسلة البروتين المتطابقة تزيل جميع السلاسل المتطابقة ، إلا أنها تحتوي على سلاسل بروتينية متشابهة للغاية. من الممكن أن تعلق العشرة الأوائل سلاسل PDB المتشابهة فقط منطقة محددة من بروتين الاستعلام وتفشل في التعليق على تسلسل الاستعلام بالكامل. للتغلب على هذا القيد ، سيؤدي البحث بلاست مقابل سلاسل PDB المتنوعة إلى زيادة مساحة البحث PDB وتغطية التعليقات التوضيحية لتسلسل الاستعلام. نسمح للمستخدمين بأداء BLAST مقابل مجموعات البيانات غير الزائدة بنسبة 70 و 40٪ ، والتي تحتوي على فئة متنوعة من سلاسل PDB. لقد نصحنا المستخدمين ، أولاً يجب عليهم إجراء بحث مقابل عدم التكرار عند مستوى 100٪ إذا فشلوا في إضافة تعليقات توضيحية إلى مناطق بأكملها ، يجب أن يحاولوا التكرار بنسبة 70 أو 40٪. StarPDB هو مورد فريد لعلماء الأحياء ليقوموا بتعديل وتحليل البنية والجوانب الوظيفية لبروتيناتهم.


الانفجار المشبع: بحث آلي متعدد التسلسل الوسيط يستخدم لاكتشاف التماثل البعيد

التحفيز: يمكن أن يكون لبروتينين بنية متشابهة ثلاثية الأبعاد ووظيفة بيولوجية ، لكن لهما تسلسلات مختلفة بما فيه الكفاية بحيث لا تحدد خوارزميات مقارنة تسلسل البروتين التقليدية علاقتها. أدت الرغبة في تحديد مثل هذه العلاقات إلى تطوير استراتيجيات محاذاة التسلسل الأكثر حساسية. إحدى هذه الإستراتيجيات هي البحث عن التسلسل الوسيط (ISS) ، الذي يربط بين بروتينين من خلال واحد أو أكثر من التسلسلات الوسيطة. في تطبيق القوة الغاشمة ، تعد ISS استراتيجية تستخدم بشكل متكرر نتائج الاستعلام السابق كبذور بحث جديدة ، مما يجعلها تستغرق وقتًا طويلاً ويصعب تحليلها.

نتائج: الانفجار المشبع عبارة عن حزمة تؤدي ISS بطريقة فعالة وآلية. تم تطويره باستخدام Perl و Perl / Tk وتم تنفيذه على نظام التشغيل LINUX. بدءًا من تسلسل البروتين ، يتم إجراء بحث BLAST عن الإشعاع المشبع ويحدد التسلسلات التمثيلية للجيل التالي من عمليات البحث. يتم تشغيل الإجراء حتى التقارب أو حتى يتم استيفاء بعض المعايير المحددة مسبقًا. يحتوي BLAST المشبع على واجهة مستخدم رسومية سهلة الاستخدام ، ومحلل نتائج BLAST مدمج ، والعديد من أدوات المحاذاة المتعددة ، وخوارزميات التجميع والمرشحات المختلفة للتخلص من الإيجابيات الخاطئة ، وبالتالي توفير طريقة سهلة لتحرير وتصور وتحليل ومراقبة والتحكم في بحث. إلى جانب اكتشاف التماثلات البعيدة ، يمكن استخدام BLAST المشبع للحفاظ على قواعد بيانات عائلة البروتين والبحث عن جينات جديدة في قواعد البيانات الجينية.


دعوة صديق في الجيش للمساعدة ترسل عالِمًا في مهمة بحث عن إصابة دماغية

ملاحظة المحرر: هذا المشروع الصحفي الطويل يؤرخ سعي جندي-عالم لاكتشاف كيف أن انفجارات ساحة المعركة تؤذي العقول. تم نشره لأول مرة على Shots في يونيو ، ويتم تشغيله على NPR's Morning Edition في 25 يوليو و 1 أغسطس. يتضمن المشروع قصة ثانية حول كيفية تغيير الجيش الأمريكي لاستجابته لإصابات الدماغ الرضحية بناءً على هذا الاكتشاف.

قصة كيت باركر الجزء الأول

قصة كيت باركر الجزء الثاني

في المرة الأولى التي رن فيها هاتف Kit Parker ، بدا كل شيء على ما يرام. كان ذلك في كانون الثاني (يناير) 2006 ، وكان صديق باركر القديم في الجيش كريس موروسكي يتصل ليقول مرحباً.

قفز باركر وموروسكي من الطائرات معًا في التسعينيات عندما كانا مظليين في الحرس الوطني. ولكن بعد هجمات 11 سبتمبر ، تم نشر باركر في أفغانستان ، صديقه في العراق. لقد فقدوا الاتصال.

عاد باركر من جولته في 2003 ليبدأ وظيفة جديدة كعالم فيزياء حيوية في كلية هارفارد. في 6 أقدام و 5 ، برأس حليق وشد مزدهر ، لم يندمج أبدًا في الحرم الجامعي. لكنه تجنب الحديث عن الأشياء العسكرية. وقد عمل بقلق شديد لتأسيس مؤهلاته العلمية كخبير في خلايا عضلة القلب.

الآن عاد موروسكي أيضًا. لكن عودته كانت أصعب. كان يتصل من مركز دوايت أيزنهاور الطبي التابع للجيش في فورت جوردون بولاية جورجيا. انتهى به الأمر هناك بعد أن فجرت عبوة ناسفة سيارته أثناء دورية بالقرب من الرمادي. أصيب موروسكي ، لكن أطبائه وعدوا أنه سيتعافى.

ألقى الرجال حديثًا قصيرًا ، وتبادلوا الإهانات ، ومازحون عن الجيش. ثم أغلقوا الخط.

بعد يومين ، تلقى باركر مكالمة ثانية من صديقه. بعد أيام قليلة ، كانت هناك مكالمة ثالثة. شيء ما عن موروسكي لم يكن صحيحًا.

يقول باركر: "سيفقد قطار أفكاره". "لم يستطع تذكر الأشياء" ، بما في ذلك الأحداث التي لن ينساها الجندي أبدًا. سأل باركر موروسكي عما إذا كان قد حصل على القلب الأرجواني في العراق. لم يعرف موروسكي. يقول باركر: "هذا عندما أدركت أن هناك شيئًا ما خطأ".

جاءت التفاصيل ببطء. كان موروسكي من النوع الجندي الذي لم يتحدث عن مشاكله. وكان باركر من الصديق الذي لم يدفع.

يقول باركر: "أدركت بطريقة ما أنه يطلب المساعدة". "لا يتم التحدث بها ، ولكن هذا هو سبب اتصاله".

سيقضي باركر العقد القادم في الرد على تلك المكالمة. سيعيد ضبط مسار حياته المهنية. وفي النهاية ، توصل إلى اكتشاف غير فهم العلماء لإصابات الدماغ في ساحة المعركة التي أصيب بها مئات الآلاف من الجنود في العراق وأفغانستان.

لكن الخطوة الأولى لباركر كانت تعلم كل ما في وسعه عما حدث لموروسكي في العراق.

موجة الانفجار تلتقي بالدماغ

في عام 2005 ، كان موروسكي مسؤولاً عن فريق كان يذهب في كثير من الأحيان إلى حي التأميم ، وهو حي خارج الرمادي على طول نهر الفرات. كانوا يغادرون في الظلام في ناقلة جند مدرعة M113 ، ويصلون قبل الفجر بوقت طويل ، ثم يشاهدون شروق الشمس فوق الصحراء.

لقد كانوا جزءا من جهد لكسب قلوب وعقول العراقيين.

أمضى الفريق أيامه في توزيع كتب التلوين وأقلام الشمع وكرات كرة القدم على الأولاد الذين يتدفقون على الدبابة الأمريكية وكأنها شاحنة آيس كريم. لأسباب ثقافية ، نادرًا ما يتفاعل الجنود الذكور مع النساء أو الفتيات العراقيات. ولكن بعد ظهر أحد الأيام ، بعد نفاد كرات كرة القدم ، اكتشف موروسكي فتاة في الرابعة أو الخامسة من عمرها تقف على جانب الطريق. أمسك بدميتين من القماش وخرج من M113.

يقول: "تركت بندقيتي بالداخل لأنني 6 أقدام و 3 مخيفين بدرجة كافية". ركع موروسكي على ركبتيه ليقدم الدمى. أخذتهم الفتاة بابتسامة كبيرة. يقول موروسكي: "لقد كان ارتباطًا بشريًا". "كان رائعا."

في اليوم التالي ، في نفس الحي ، انقلبت سيارة موروسكي فوق عبوة ناسفة. بصفته قائد الفريق ، كان يركب رأسه بعيدًا بما يكفي عن الفتحة لمسح الطريق أمامه. قام درع السيارة بحرف الحرارة والشظايا عن القنبلة ، ولكن ليس موجة الانفجار.

موجة الانفجار هي نبضة من هواء مضغوط للغاية يتمدد للخارج من انفجار أسرع من سرعة الصوت. مزقت القوة إحدى طبلة أذن موروسكي وألقت به في السيارة.

كريس موروسكي يمشي على الشاطئ بالقرب من منزله في ناراغانسيت ، لا يتذكر ري موروسكي ، الذي أصيب في انفجار عبوة ناسفة في عام 2005 أثناء قيامه بدورية في العراق ، ما حدث. إيلين ويبر لـ NPR إخفاء التسمية التوضيحية

كانت النتيجة الجرح المميز للحرب في العراق وأفغانستان: إصابة دماغية رضية خفيفة ، أو TBI ، ناجمة عن انفجار قنبلة.

مثل الكثير من أعضاء الخدمة ، عانى موروسكي من عدة ارتجاجات خلال فترة القتال. يقول إن التعرض لموجة انفجارية يشبه إلى حد ما الانهيار بسبب موجة المحيط الكبيرة: "لا يمكنك التحكم في جسمك أو ما يحدث حتى تستريح ، وبعد ذلك يؤلم كل شيء."

بعد كل انفجار من الانفجارات السابقة ، كان موروسكي قادرًا على تجاهل أعراضه والعودة في دورية. لكن هذه كانت قنبلة أكبر من مسافة قريبة.

يكاد لا يتذكر موروسكي الساعات التي أعقبت الانفجار ، رغم أنه قيل له إنه شارك في تبادل لإطلاق النار. يتذكر عدم قدرته على سماع الكثير أو إدراك الألوان.

في الأيام والأسابيع المقبلة ، كان موروسكي يعاني من صداع شديد. شعر بالدوار والقيء بشكل متكرر. لم يستطع التفكير بوضوح أو تذكر الأشياء. ولم يستطع النوم.

يقول موروسكي: "في ذلك الوقت ، لم تكن إصابات الرأس شيئًا حقيقيًا". "لم يفكر أحد حقًا في سبب قيئي طوال الوقت. لم يفكر أحد في أنه ربما كان من ارتجاج في المخ."

As was often the case with a TBI caused by a blast wave, Moroski had no sign of physical injury, other than his burst eardrum. Military doctors assured him he was fine.

And Moroski wasn't a complainer. "You want to go back to work," he says. "You don't want to let anyone down."

When Moroski didn't get better after a few weeks, medical personnel began to suggest the problems were not from the force of the blast, but from the fear it induced. In other words, his wounds were purely psychological. They began to talk about things like combat stress reaction and post-traumatic stress disorder.

Eventually, he got sent to Fort Gordon. There, another group of doctors seemed baffled by his symptoms and suspicious of their origin. "They were saying, 'This can't be a head injury there's some psychological reason you're acting this way,' " Moroski says.

He spent months in a dormitory-like building separate from the hospital. The doctors gave him pain pills for his headaches and motion sickness medication for his dizziness. But he says the only real treatment plan seemed to be waiting.

When Chris Moroski was hurt in 2005, "head injuries weren't really a thing," he recalls. "No one really considered why I was vomiting all the time. No one considered that it was probably from a concussion." Ellen Webber for NPR إخفاء التسمية التوضيحية

When Chris Moroski was hurt in 2005, "head injuries weren't really a thing," he recalls. "No one really considered why I was vomiting all the time. No one considered that it was probably from a concussion."

Moroski hit a low point over the Christmas holidays, when maintenance workers apparently forgot there were still patients in the building. "They turned the heat off, and I felt very alone," he says. "I kept thinking, 'I'm not faking this, and no one believes me.' "

Diagnosis Missed

The military doctors had labeled Moroski a head case. But they didn't know Moroski. Parker did. And the Moroski he knew had been sharp and focused, and never seemed to get rattled.

Still, Parker was perplexed. His friend's persistent symptoms were what you might expect with a more severe head injury, one that caused obvious bleeding and swelling in the brain. But Moroski just had a concussion. He'd had his bell rung. Or at least that's what everyone kept telling him.

One night, after yet another phone conversation with Moroski, Parker sat in his Cambridge apartment and stared at the wall. "I was infuriated by the whole thing," he says.

The next day, he used his military contacts to get Moroski moved to Walter Reed Army Medical Center in Washington, D.C., where doctors finally gave him medications that helped him sleep. Before long he would be well enough to return home to Rhode Island.

But what about Moroski's brain? There had to be a scientific explanation for what had happened. Parker decided he would launch a mission to find it. "I had to bring the battlefield into the lab," he says.

It was a decision that would merge Parker the soldier with Parker the scientist. And ultimately, it would lead him to a discovery about the brain that came directly from his years of research on the heart.

From Heart Cells To Brain Cells

At Harvard, Parker had been studying the structure and function of heart muscle cells. He'd published several groundbreaking papers on how these cells respond to mechanical forces, like the stretching that occurs when blood pressure goes up.

Now, though, Parker was planning to take on a problem affecting a different organ, one considered the most complex object in biology. "What I knew about brain injury was zero," he says.

Even so, Parker wasn't intimidated. As a boy growing up in the cows-and-cotton landscape of central Texas, he'd dissected roadkill to figure out how animals worked. Later, he'd chosen biophysics because it allowed him to study life at every level, from atoms to environments. He was used to big questions.

How A Blast Wave Affects The Brain

The integrin protein (red) connects the outermost layers of a cell to the structures inside. The shock wave from a blast can cause the integrin to send unhealthy and sometimes fatal signals to the structures inside cells.

Source: Harvard University

Parker began to ponder what he did know: the heart. And he came up with a hunch about how blast waves were causing brain injury.

By a twist of fate, Parker's doctoral thesis had looked at a potentially lethal injury known as cardiac concussion. The victim is typically a healthy young athlete struck by a baseball or some other projectile, just over the heart.

"A hockey puck hits someone and they go down, sudden cardiac death," Parker says. "A single blow to the heart causes an electrical irregularity, and they can die."

Parker had investigated how this sort of blow — a brief mechanical force — could affect the behavior of heart cells. And his research had led him to proteins called integrins, which connect the outermost layers of a cell to the structures inside.

When a force is applied to the outside of a heart cell, integrins convert the energy into chemical signals. Usually, these signals are helpful. For example, when integrins detect physical stresses associated with exercise, the proteins produce signals that cause heart muscle to become thicker and stronger.

But Parker had discovered that certain forces, like being struck in the chest by a hockey puck, can cause the integrins in heart cells to send signals that are unhealthy, sometimes even lethal.

Now he was wondering whether a brain concussion might be a bit like a cardiac concussion. "The blast wave hits the head — BOOM! — and these signaling pathways inside the cell are pathologically activated," he says.

The heart guy had come up with a hypothesis about the brain. Now he needed money and researchers to test it.

Science On A Starbucks Napkin

On a set of napkins, Kit Parker sketched out his theory about blast wave damage to the brain. His team then designed experimental equipment to test the effects of blast waves on cells in the lab. Ellen Webber for NPR Courtesy of Harvard University إخفاء التسمية التوضيحية

On a set of napkins, Kit Parker sketched out his theory about blast wave damage to the brain. His team then designed experimental equipment to test the effects of blast waves on cells in the lab.

Ellen Webber for NPR Courtesy of Harvard University

At 6 a.m. on Oct. 27, 2006, Parker met with Borna Dabiri, an undergrad from his lab. They sat down at a table in a Starbucks, and Parker began sketching out his hypothesis on paper napkins.

By the end of the meeting, "I had this stack of napkins," Dabiri says. "So I stapled all those napkins into my lab notebook."

Dabiri's assignment was to build instruments that would allow the lab to subject living brain cells to the same forces produced by an IED blast wave. And pretty soon Dabiri had come up with devices that could stretch and twist and compress cells just as an explosion does.

Next, Parker needed to see whether applying blast-wave-like force to brain cells really did change the signals coming from integrin proteins. He didn't have the time or money to do a lot of preliminary experiments. "We had to go for broke from the beginning," Parker says.

He assembled a small team that included Dabiri and Josh Goss, a Marine who had served in Iraq. For four years, they tweaked living brain cells in every way imaginable.

Back In Combat

In 2009, Parker returned to Afghanistan. This time, he was deployed as a scientist as well as a soldier, helping the Center for Army Lessons Learned figure out how to protect troops from IEDs.

On March 22, he was with a platoon in the Tangi Valley looking for explosives along a narrow, twisting road carved into the side of a cliff. They found one — the hard way.

A mine-resistant, ambush-protected vehicle, or MRAP, that was leading a patrol in Afghanistan's Tangi Valley in 2009 was upended by a 500-pound homemade explosive. Minutes later, a rocket-propelled grenade hit the cliff wall above, initiating a firefight that pinned down Kit Parker and the rest of the platoon. Courtesy of Kit Parker إخفاء التسمية التوضيحية

A mine-resistant, ambush-protected vehicle, or MRAP, that was leading a patrol in Afghanistan's Tangi Valley in 2009 was upended by a 500-pound homemade explosive. Minutes later, a rocket-propelled grenade hit the cliff wall above, initiating a firefight that pinned down Kit Parker and the rest of the platoon.

"We had an IED blow up a [mine-resistant, ambush-protected] vehicle," Parker says. "Four dudes inside. Four brain injuries. Some of these guys had already been blown up a dozen times."

The 500-pound bomb that caused those injuries was just the beginning of an ambush that pinned Parker and the rest of the platoon against the cliff. Most of them didn't get out until the next day.

Parker's second tour made him realize how bad things had become. In 2005, the year Moroski got hurt, the Department of Defense reported 15,530 TBIs among service members. By 2011, that number had increased to 32,907. By the time the wars in Iraq and Afghanistan were winding down, about 1 in 6 combat troops and a total of more than 300,000 service members had sustained some sort of concussion or traumatic brain injury, often from a blast wave.

When U.S. troops began using heavier armor on their vehicles, the insurgents simply made bigger bombs. "They have a great weapon because it hits us at our scientific weak point," Parker says. "And that's the brain."

The military medical system still didn't see it that way, though. It had been working under the assumption that most concussions weren't causing physical damage to the brain. As a result, troops who'd been near a blast but had no obvious injury were routinely returning to combat, where many got blown up again.

Parker wanted to change that by providing evidence that the military couldn't ignore.

When Parker returned from Afghanistan, nearly five years after Chris Moroski had called him asking for help, the integrin experiments were nearly done. Finally, the team had results. "And we were right," Parker says. "We nailed it."

Harvard scientist Kit Parker realized the calls from a friend he'd served with in the National Guard were more than they seemed. His friend couldn't remember things a soldier would never forget. Ellen Webber for NPR إخفاء التسمية التوضيحية

In 2011, Parker's lab published a paper that showed how a blast wave could cause integrins to send signals that would disrupt the connections among brain cells. "When that happens, it affects the networks that allow you to recognize your grandmother's face or count your change at the fast-food restaurant," Parker says.

"It was a fundamental insight," says Dr. Geoffrey Ling, who was considered the Army's leading expert on traumatic brain injury before he retired in 2012.

Parker's research had shown how a blast wave could produce an injury that might be invisible but was indisputably real. And, at about the same time, another team of researchers found a way to finally reveal some of these hidden injuries.

That team, led by David Brody of Washington University in St. Louis, studied the brains of 63 military personnel with blast-related TBIs. In about a quarter of them, a special type of MRI scan showed "definitive evidence of injury," Brody says. The images showed damage to the connections in the brain, which was precisely what Parker's work on integrins had predicted.

The Gray Team

The next time Parker returned to Afghanistan, he was a member of the Gray Team, an elite group of doctors and scientists working to change the military's entire approach to battlefield TBIs. In 2011, they spent time in hospitals and clinics making sure a new protocol for detecting and treating concussions was being used and was actually helping soldiers recover.

لقطات - أخبار الصحة

How A Team Of Elite Doctors Changed The Military's Stance On Brain Trauma

The Gray Teams (there would be four in all) had been created by Adm. Mike Mullen, the chairman of the Joint Chiefs of Staff. "We would tolerate multiple blasts, deployment after deployment," Mullen says. "I was determined to see if I could do something about this."

To run the Gray Team, Mullen selected Christian Macedonia, a military doctor who had seen the concussion problem up close while serving in Iraq. Macedonia then picked a handful of doctors and scientists he called his "Super Friends."

"Quite simply, the Gray Team was there to establish ground truth with respect to traumatic brain injury," Macedonia says.

Dr. Christian Macedonia led the military's Gray Team of doctors and scientists charged with finding the "ground truth" about traumatic brain injuries. Now, he's a maternal and fetal health specialist at Lancaster General Health's Women and Babies Hospital in Lancaster, Pa. Meredith Rizzo/NPR إخفاء التسمية التوضيحية

Dr. Christian Macedonia led the military's Gray Team of doctors and scientists charged with finding the "ground truth" about traumatic brain injuries. Now, he's a maternal and fetal health specialist at Lancaster General Health's Women and Babies Hospital in Lancaster, Pa.

That meant challenging assumptions that went back to World War I, when shell shock was labeled a psychological or moral failing. And one finding of the first Gray Team was that in 2009, Macedonia says, military doctors were still following the dictum: "If you don't have blood coming out of your head, if you don't have a penetrating injury, you're fine, everything's OK, have a nice day."

Macedonia's in-your-face style and relentless campaigning for change within the Pentagon infuriated many senior military medical officers. "He really stirred things up, and they came after him," Mullen says.

Gray Team members say Macedonia never wavered. "Chris Macedonia doesn't give a f*** what people think about him if he thinks he's on the right course," Parker says.

Ultimately, the military did an about-face on blast-induced TBIs. By the time Parker returned in 2011, it had adopted a protocol that required screening and a 24-hour rest period for any service member within 50 meters of a blast or with symptoms of a head injury. The protocol, put in place in 2010, also provided clinical algorithms for treatment of mild traumatic brain injuries, including multiple concussions. It had combat troops wear blast-wave sensors. And it began placing concussion clinics near the battle zone.

Rest, time and sleep can make a big difference. After Parker intervened for his friend Chris Moroski, he improved. Today, Moroski still has memory problems, but has recovered enough to fly Black Hawk helicopters.

Now nearly all troops with battlefield brain injuries get that chance to heal. "If I got a concussion in 2011," Parker says, "I'd rather have been treated in Afghanistan than the U.S."

Searching For A TBI Treatment

Injured troops are less likely to be sent back into combat right away. But treatment options remain extremely limited. When the lab published its research on integrins, Parker thought drug companies would see the potential for new treatments. If faulty integrin signals were causing the problem, why not develop a drug that could block the signals or interrupt some other part of the cascade of events that damaged the brain?

A treatment that works on blast-induced TBI would be likely to help people with brain injuries caused by a car wreck, or a fall, or a collision on a football field. And, if given soon enough after the injury, it would treat the problem in a way that no currently available drug can.

But the pharmaceutical industry has lost billions of dollars trying to develop drugs for other brain diseases, especially Alzheimer's. And the companies evidently weren't ready to take on the costly search for a drug that might help people with traumatic brain injury. "I was surprised," Parker says. "No one wanted to get in the fight."

His frustration peaked during a phone conversation with representatives of Johnson & Johnson. Parker was speaking from a forward operating base in Afghanistan at the time.

The purpose of the call was to discuss a discovery his lab had made involving heart cells. But Parker wanted to talk about the brain injury problem he was seeing all around him: "I was on the battlefield saying, 'Why don't you think about TBI?' " he says. "That seemed to have no impact."

A Band of Soldier-Scientists

On a brisk January morning in Woods Hole, Mass., Parker, still an active reservist, is barking orders at several dozen scientists. They're shuffling around in identical gray hooded sweatshirts that say "Disease Biophysics."

"Come on," he tells them. "Take bold steps. Only the bold win."

The Disease Biophysics Group talks over progress in their research. John Doyle (from left), Stacey Fitzgibbons, Kit Parker, Ian Perkins, Jonathan Wood and John Ferrier are all veterans of the U.S. military. Ellen Webber for NPR إخفاء التسمية التوضيحية

The Disease Biophysics Group talks over progress in their research. John Doyle (from left), Stacey Fitzgibbons, Kit Parker, Ian Perkins, Jonathan Wood and John Ferrier are all veterans of the U.S. military.

He's joking. Parker is just trying to get the scientists from his lab to line up for a group photo as part of the lab's annual retreat. But it's a moment that reveals how completely Parker has integrated his soldiering and his science.

At lunch, Parker points to some of his researchers who are also combat veterans. "Stacey got back about a year ago from Afghanistan," he says. "Angie Greer was in Iraq and got a Bronze star over there. John Ferrier was in the Air Force in Afghanistan."

Parker says he feels a special bond with the veterans in his lab. "It's pretty strong. I don't know really how to describe it," he says. "You love them."

And Parker is counting on them to help turn a scientific discovery into something that will actually make a difference to people with brain injuries, including civilians. "Success is that a quarterback doesn't suffer from dementia after being sacked," he says. "Success is that brain injury is no longer the leading cause of death of children. Success is a war fighter gets blown up in some Third World rathole somewhere and he can still count his change at Burger King afterwards."

So Parker's TBI team is sifting through thousands of proteins in the brain, trying to identify an easy target for drugmakers. It's painstaking work, and the lab no longer has much grant money to support it. But Parker says there's no chance they'll give up.

"It's a very personal issue for us," he says. "This is not an occupation. This is an obsession."


مقدمة

Whole genome sequence (WGS) data has changed our view of bacterial relatedness and evolution. Computational analyses available for WGS data include, but are not limited to, single nucleotide polymorphism (SNP) discovery (DePristo et al., 2011), core genome phylogenetics (Sahl et al., 2011), and gene based comparative methods (Hazen et al., 2013 Sahl et al., 2013). In 2005, a BLAST score ratio (BSR) method was introduced in order to compare peptide identity from a limited number of bacterial genomes (Rasko, Myers & Ravel, 2005). However, the “all vs. all” implementation of this method scales poorly with a larger number of sequenced genomes.

Here we present the Large Scale BSR method (LS-BSR) that can rapidly compare gene content of a large number of bacterial genomes. Comparable methods have been published in order to group genes into gene families, including OrthoMCL (Li, Stoeckert & Roos, 2003), TribeMCL (Enright, Van Dongen & Ouzounis, 2002), and GETHOGs (Altenhoff et al., 2013). Although grouping peptides into gene families is not the primary focus of LS-BSR, the output can be parsed to identify the pan-genome (Tettelin et al., 2008) structure of a species scripts are included with LS-BSR that classify coding sequences (CDSs) into pan-genome categories based on user-defined identity thresholds.

Pipelines have also been established to perform comprehensive pan-genome analyses, including the pan-genome analysis pipeline (PGAP) (Zhao et al., 2012), which requires specific gene annotation from GenBank and complicates the analysis of large numbers of novel genomes. PGAP also doesn’t allow for the screen of specific genes of interest against query genomes in order to identify patterns of distribution. GET_HOMOLOGUES (Contreras-Moreira & Vinuesa, 2013) is a recently published tool that can be used for pan-genome analyses, including the generation of dendrograms based on the presence/absence of homologous genes by only using presence/absence based on gene homology, more distantly related gene relatedness cannot be fully investigated. The integrated toolkit for the exploration of microbial pan-genomes (ITEP) toolkit (Benedict et al., 2014) was recently published and performs similar functions to LS-BSR, including the identification of gene gain/loss at nodes of a phylogeny. ITEP relies on multiple dependencies and workflows, which are available as a pre-packaged virtual machine. The authors of ITEP report that an analysis of 200 diverse genomes would take ∼6 days on a server with 12 processors and scales quadratically with additional genomes.


A Burp or a Blast? Seismic Signals Reveal the Volcanic Eruption to Come

Volcanoes such as the recent outburst in Iceland, seen here on May 24, can switch from effusive to explosive. Much depends on the consistency on the magma itself.

Courtesy of Sigurjón Jónsson

Robin George Andrews

Last December, a gloopy ooze of lava began extruding out of the summit of La Soufrière, a volcano on the Caribbean island of St. Vincent. The effusion was slow at first no one was threatened. Then in late March and early April, the volcano began to emit seismic waves associated with swiftly rising magma. Noxious fumes vigorously vented from the peak.

Fearing a magmatic bomb was imminent, scientists sounded the alarm, and the government ordered a full evacuation of the island’s north on April 8. The next day, the volcano began catastrophically exploding. The evacuation had come just in time: At the time of writing, no lives have been lost.

Simultaneously, something superficially similar but profoundly different was happening up on the edge of the Arctic.

Increasingly intense tectonic earthquakes had been rumbling beneath Iceland’s Reykjanes Peninsula since late 2019, strongly implying that the underworld was opening up, making space for magma to ascend. Early in 2021, as a subterranean serpent of magma migrated around the peninsula, looking for an escape hatch to the surface, the ground itself began to change shape. Then in mid-March, the first fissure of several snaked through the earth roughly where scientists expected it might, spilling lava into an uninhabited valley named Geldingadalur.

Here, locals immediately flocked to the eruption, picnicking and posing for selfies a literal stone’s throw away from the lava flows. A concert recently took place there, with people treating the ridges like the seats of an amphitheater.

In both cases, scientists didn’t just accurately suggest a new eruption was on its way. They also forecast the two very different forms these eruptions would take. And while the “when” part of the equation is never easy to forecast, getting the “how” part right is especially challenging, especially in the case of the explosive eruption at La Soufrière. “That’s a tricky one, and they nailed it, they absolutely nailed it,” said Diana Roman, a volcanologist at Carnegie Institution for Science.

Volcanologists have developed an increasingly detailed understanding of the conditions that are likely to produce an explosive eruption. The presence or absence of underground water matters, for instance, as does the gassiness and gloopiness of the magma itself. And in a recent series of studies, researchers have shown how to read hidden signals — from seismic waves to satellite observations — so that they may better forecast exactly how the eruption will develop: with a bang, or a whimper.


شاهد الفيديو: تشغيل الفلاشة على اجهزة الاندرويد ال realme و oppo وما شابههم عن طريق وصلة otg - الخلاصة باذن الله (كانون الثاني 2022).