معرفی پایگاه های داده بیوانفورماتیکی (BLAST)

 

آنچه در برنامه BLAST انجام می شود پیدا کردن جفت قطعاتی مشابهی از توالی است که امتیاز همردیفی آن ها از یک حد آستانه مشخصی بالاتر باشد. این قطعات (HSPs (high-scoring segment pairs نامیده می شوند. برای این کار برنامه BLAST از روش Dynamic Programming استفاده می‌کند.  

در روشdynamic programming برای حل یک مشکل بزرگ، آن را به چند مشکل کوچک تجزیه می‌کنند. پس از یافتن پاسخ مناسب مشکلات کوچک، آنها را کنار هم چیده و راهی برای پاسخ به مشکل بزرگ پیدا می‌کنند. با ت توجه به طول بلند توالی‌ها و امکان جایگزینی و حذف و اضافه در آنها، جستجوی یک توالی در بین میلیون‌ها رکورد در بانک‌های اطلاعاتی نیازمند عملیات سنگینی است که از عهده ابررایانه‌های امروزی خارج است. در برنامه BLAST از روش dynamic programming برای برون رفت از این معضل استفاده شده است.

سه مرحله اصلی در الگوریتم BLAST وجود دارد که به شرح زیر هستند:

برنامه BLAST  توالی مورد نظر (Query ) را به قطعاتی با طول کوتاه یا کلمه (word ) هم‌پوشان تبدیل می کند. معمولا اندازه کلمات برای توالی های آمینو اسیدی 3 و برای توالی های نوکلئوتیدی 11 تنظیم شده است. بنابراین اگر طول توالی را L  فرض کنیم، به تعداد L–w+1 قطعه در هر جستجو تولید می شود. سپس از بین این کلمات آنهایی انتخاب می شوند که در یک همردیفی دوگانه با توالی الگو دارای امتیاز بالایی از یک حد تعیین شده هستند (مانند LSS ). قابل ذکر است که امتیاز دهی‌ بر اساس جداول PAM250 یا BLOSUM62  صورت می گیرد که توسط کاربر قابل تغییر است. قطعات انتخاب شده برای جستجو در پایگاه توالی ها بکار رفته و توالی‌‌های مشابه ممکن (subjects ) یافت می‌شوند.

برای هر کدام از جفت توالی‌‌های یافت شده با امتیاز بالا (HSP ) همردیفی توالی از دو طرف کلمه ادامه پیدا می کند تا جایی که همردیفی جدیدی از امتیاز حد آستانه تعیین شده‌ای کمتر نشود. سپس اضافات توالی یافت شده حذف و همردیفی حاصل برای کاربر ارسال می‌شود.

کار با BLAST :
از منوی popular resource بلاست را انتخاب کرده و باز می کنیم. توالی مورد جست و جو در بلاست query نامیده می شود.

در منوی بلاست گزینه هایی مشاهده می شود که در ادامه به توضیح آنها می پردازیم:

nucleotide blast : در این بخش می توان با قرار دادن بخشی از توالی مورد نظر ژن هایی را که دارای آن توالی هستند، پیدا کرد. برای این جست و جو توالی را در کادر مربوطه که در زیر نمایش داده شده وارد می کنیم؛ می توانیم گزینه مربوطه به جست و جو در خزانه ژنی انسان را نیز فعال کنیم.
در زیر این جست و جو برای ژن P53 انجام شده است:

نتیجه جست و جو تصویری با تعدادی خطوط رنگی است که هر رنگ دقت شباهت باندها و ژنهای پیدا شده به توالی جست و جو شده را نمایش می دهد.
علاوه بر آن نتیجه جست و جو جدولی را به ما می دهد که در آن جدول نیز همین اطلاعات وجود دارد و اسامی ژن های دارای این توالی بر اساس میزان پوشندگی و شباهت مرتب شده اند.
جدای از آن در زیر این جدول توالی های مشابه در ژنهای پیدا شده را نمایش می دهد که با کلیک بر هر توالی می توانیم به اطلاعات ژن مورد نظر برسیم.

protein blast : این بخش از بلاست نیز شبیه نوکلئوتید بلاست است، با این تفاوت که با جست و جو بر اساس توالی آمینواسیدی ( نشان دادن با یک حرف ) به پروتئین های مشابه می رسیم.
blastx : در این بخش می توان توالی نوکلئوتیدی را به توالی آمینواسیدی و در واقع پروتئینی ترجمه کرد. بلاست این کار را در 6 فرم مختلف انجام می دهد.
tblastn : عمل عکس بلاست X را انجام می دهد.
نمونه: بخشی از توالی ژن P53 در بلاستX جست و جو شد که پروتئین مشابه به فرم زیر بود: