ALINEAMIENTOS SIMPLE Y MÚLTIPLE

1. ALINEAMIENTOS SIMPLE Y MÚLTIPLE Juan José Nieto Lunes, 11 de Julio de 2005

2. ALINEAMIENTO SIMPLE Consiste en establecer un segmento entre dos secuencias biológicas donde el número de coincidencias sea máximo

3. INDELS • Inserción: INSERT • Se asigna una base demasiado pronto • Eliminación: DELETED • Queda sin asignar una base • Se introduce una nueva letra en el alfabeto DNA: El “hueco” (gap) -

4. Comparación • Secuencia 1: M A R I A • Secuencia 2: M I R I A M • Secuencia 3: M A R I O • Secuencia 4: A R I A D N A

5. Comparación • Secuencia 1: M A R I A • Secuencia 2: M I R I A M 4 coincidencias

6. Comparación • Secuencia 1: MAR I A • Secuencia 3: MAR I O 3 coincidencias

7. Comparación • Secuencia 1: M A R I A • Secuencia 4: A R I A D N A 0 Coincidencias

8. Comparación • Secuencia 1: M A R I A • Secuencia 4: - A R I A D N A 4 Coincidencias

9. Comparación • Secuencia 5: J O S E • Secuencia 6: P E P E

10. Comparación • Secuencia 5: J O S E • Secuencia 6: P E P E 1 coincidencia

11. Comparación DNA - Leucina • Secuencia : T T A • Secuencia : C T G 1 coincidencia

12. SIMILITUD  Cuantitativo HOMOLOGÍA  Cualitativo ALINEAMIENTO

13. Clasificación Alineamientos

14. Por número de secuencias • Simple • Múltiple

15. Por nivel de análisis • Global • Local

16. Programas • BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) http://www.ncbi.nlm.nih.gov • FASTA http://www.ebi.ac.uk

17. BLAST • blastp • blastn • blastx • tblastn • tblastx

18. Ejemplo • g c t g a a c g • c t a t a a t c

19. 2 coincidencias

20. Otro alineamiento (Muy malo)

21. Otro alineamiento(1 coincidencia)

22. Otro alineamiento (malo)

23. Otro alineamiento (bueno)5 coincidencias

24. ¿Cuántos alineamientos posibles hay? • Problema combinatorio • No se permite alinear dos huecos • Hay un número finito de alineamientos

25. Número de alineamientos • Primera secuencia: 8 letras • Segunda secuencia: 8 letras • Hay 265 729 alineamientos posibles

26. ¿Cómo elegir el mejor alineamiento? • Hay que dar un valor a cada alineamiento • Elegiremos el (los) que tengan mayor puntuación. • Por ej.: Coincidencia  +1 puntos No coincidencia  0 puntos Nos da el número de coincidencias

27. Otra puntuación • Por ej.: Coincidencia  +2 puntos No coincidencia  -1 punto

28. 2 coincidenciasPuntuación: -2 puntos

29. Otro alineamiento-10 puntos

30. Otro alineamiento- 11 puntos

31. Otro alineamiento5 puntos

32. Algoritmo (teórico) • Paso 1 : Considerar todos los alineamientos posibles • Paso 2 :Determinar un valor para ese alineamiento • Paso 3 :Guardar el valor máximo

33. Problema • El número de operaciones crece e una forma “exagerada”

34. Número de alineamientos de dos secuencias de longitudn ,m • n = m = 8  265 729 alineamientos • n = m = 10  8 097 453 alineamientos

35. Fórmula del número de alineamientos posibles para dos secuencias de longitud n y m:f(n,m)

36. Fórmula de recurrencia f(n+1 , m+1) = f(n,m+1) + f(n+1,m) + f(n,m)

37. Demostración • Se basa en que el final de un alineamiento es: (- , letra) , (letra , - ) ó (letra , letra) • A. Torres, A. Cabada, J.J. Nieto “An exact formula for the number of alignments between two DNA sequences” DNA SEQUENCE (2003)

38. Consecuencias • f(n+1,n+1) > 3n • f (107 , 107 ) > 1080 • Una secuencia “pequeña” tiene 200-500 nucleótidos • Una proteína sobre 200-400 aminoácidos

39. Alineamiento global:Algoritmo de Neddleman&Wunsch (1970)

40. Ejemplo

42. ¿Cómo se puede determinar el alineamiento óptimo? • Aunque no tengamos ni idea, sabemos una cosa: El alineamiento tiene que tener una de las tres terminaciones siguientes • g-g • -cc

44. Terminación • cg • c-

47. Simplificación del problema original • Secuencia 1: g c t g a a Longitud 6 • Secuencia 2: c t a t a a t Longitud 7

48. Posibles terminaciones • a-a • -tt

50. Terminación • a- • at