分子診斷學-第十四章 生物信息學在分子診斷中的作用

1生物信息學在分子診斷中的作用

分子診斷學?第十四章2第一節(jié)生物信息學概論第二節(jié)生物信息數(shù)據(jù)庫第三節(jié)數(shù)據(jù)庫檢索第四節(jié)核酸數(shù)據(jù)分析第五節(jié)蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)分析第六節(jié)生物信息學在醫(yī)學中的應用主要內(nèi)容3第一節(jié)生物信息學概論

生物信息學的定義生物信息學研究的范疇4第一節(jié)生物信息學概論一、生物信息學的定義生物信息學是結(jié)合了生物學和信息技術(shù)，利用計算機和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，分析海量的并且還在快速積累的生物數(shù)據(jù)，從中獲取生物科學新知識的一門新的交叉科學。56第一節(jié)生物信息學概論二、生物信息學研究的范疇第一、各種生物數(shù)據(jù)庫的建立、維護和管理；第二、研究高效率的統(tǒng)計工具、分析算法，發(fā)展方便、快捷的分析程序；第三、從海量的原始生物數(shù)據(jù)中發(fā)掘新知識。7

重要生物信息中心生物信息數(shù)據(jù)庫第二節(jié)生物信息數(shù)據(jù)庫8一、重要生物信息中心1、美國國家生物技術(shù)信息中心(NationalCenterofBiotechnologyInformation,NCBI)(http://);2、歐洲生物信息學研究所(EuropeanBioinformaticsInstitute,EBI)(http://www.ebi.ac.uk/);3、日本國立遺傳學研究所(JapanNationalInstituteofGeneticsCenterforInformationBiology)

(http://www.ddbj.nig.ac.jp/)

9二、生物信息數(shù)據(jù)庫核酸和蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫基因組數(shù)據(jù)庫生物大分子三維空間結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫以上述數(shù)據(jù)庫和文獻資料為基礎(chǔ)構(gòu)建的二級數(shù)據(jù)庫101、核酸數(shù)據(jù)庫1）NCBI的GenBank(http:///web/GenBank/index.html);2）EBI的EMBL)(http://www.ebi.ac.uk/databases/index.html);3）日本國立遺傳學研究所的DDBJ(http://www.ddbj.nig.ac.jp/)

112、蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫

最重要的蛋白質(zhì)氨基酸序列數(shù)據(jù)庫是瑞士的SWISS-PROT(/sprot/);

蛋白質(zhì)信息資源庫PIR(ProteinInformationResource),包含所有序列已知的自然界中野生型蛋白質(zhì)的信息

();PDB蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫：收集由X射線衍射和核磁共振技術(shù)測定的蛋白質(zhì)大分子三維結(jié)構(gòu)(/pdb)。12第三節(jié)數(shù)據(jù)庫檢索Entrez檢索工具：Entrez是美國國家生物技術(shù)信息中心（NCBI）提供的集成檢索工具

/Entrez/SRS（SequenceRetrievalSystem）檢索工具：是歐洲分子生物學網(wǎng)EMBnet的主要數(shù)據(jù)庫檢索工具，可以從

EMBnet的主頁進入。

DBGET/LinkDB檢索工具：是日本建立的

GenomeNet數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫主要針對代謝途徑。

http://www.genome.ad.jp/dbget/dbget_manual.html。13圖16-1:NCBI網(wǎng)頁的Entrez界面14第四節(jié)核酸數(shù)據(jù)分析

核酸序列的基本分析核酸序列的比對分析開放閱讀框的分析基因的電子克隆和定位引物設計向數(shù)據(jù)庫提交序列15一、核酸序列的基本分析

核酸序列的分子量、堿基組成、堿基分布等基本分析：

BioEdit(/BioEdit/bioedit.html)DNAMAN(/)

限制性酶切分析：限制性酶數(shù)據(jù)庫(RestrictionEnzymeDataBase,REBASE)(;

/rebase)

測序峰圖的查看、核實與修改:Chromas,BioEdit,DNAMAN

測序結(jié)果需要識別與去除測序時使用的載體序列：

VecScreen(/VecScreen.html)16程序名稱查詢序列搜索的數(shù)據(jù)庫BLASTN核酸核酸BLASTP蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)BLASTX核酸的六讀框蛋白質(zhì)TBLASTN蛋白質(zhì)核酸的6個讀框TBLASTX核酸的6個讀框核酸的6個讀框二、核酸序列的比對分析BLAST（BasicLocalAlignmentSearchTool）是基本局域聯(lián)配搜索工具；Blast功能有：1718NCBI網(wǎng)頁的BLAST界面19202122NCBI網(wǎng)頁的BLAST2SEQUENCES界面232425FASTA：根據(jù)用戶提交的單個序列進行數(shù)據(jù)庫搜索比對的程序。網(wǎng)上服務器和電子郵件服務：

http://www.ebi.ac.uk/mailto:fasta@ebi.ac.ukhttp://www.fasta.genome.ad.jpmailto:fasta@nig.ac.jp26進行多序列聯(lián)配：ClustalW:http://www.ebi.ac.uk/clustalw/index.html，

/soft/molbio/align/clustal/，

ftp://ftp.ebi.ac.uk/pub/software/dos/clustalw。ClustalX:CluastalW程序的UNIX版本，它使用X窗口圖形界面，

ftp://ftp.ebi.ac.uk/pub/software

ftp://ftp-igbmc.u-strassbg.fr/pub/clustalX。對聯(lián)配結(jié)果進一步編輯，形成適于發(fā)表的形式，可用的軟件有：SeaView:ftp://biom3.univ-lyon1.frBOXSHADE:/software/box_form.html)CINEMA:

http://www.bioinf.man.ac.uk/dbbrowser/cinema2.1/cinema2hdr.html27三、開放閱讀框的分析GT-AG法則：外顯子與內(nèi)含子之間的連接區(qū)序列高度保守，如大部分內(nèi)含子5’端起始的兩個堿基是GT，3’端最后兩個堿基是AG?；蜃R別軟件，常用的有：ORFFinder(/gorf/gorf.html)GRAIL(/grainbin/)GeneFinder(http://genomic.sanger.ac.uk)Glimmer(/labs/compbio/glimmer.html/)GenScan(/genscan.html)GeneLang(/genlang/)28EST序列進行電子延伸：

將待分析的核酸序列（稱為種子序列）采用Blast軟件搜索GenBank的EST數(shù)據(jù)庫，獲得與種子序列有較高同源性的EST序列，一般要求在重疊40個堿基范圍內(nèi)有95％以上的同源性，稱匹配序列；將匹配序列與種子序列裝配成新序列，即片段重疊群分析(contiganalysis)；再以新產(chǎn)生的序列為種子序列，重復上述過程，直至沒有新的匹配序列為止。四、基因的電子克隆與定位29EST序列進行電子延伸種子序列30對核酸序列進行電子基因定位：利用序列標簽位點(SequenceTaggedSite,STS);利用UniGene數(shù)據(jù)庫進行基因電子定位;直接利用基因組序列進行基因電子定位。四、基因的電子克隆與定位31NCBI網(wǎng)頁的MapViewer界面32五、引物設計PrimerPremier軟件:

Primer3軟件:/cgi-bin/primer/primer3Oligo、VectorNT、Omiga等33六、向數(shù)據(jù)庫提交核酸序列

向EMBL提交數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡表格可參見：

http://www.ebi.ac.uk/subs/emblsubs.tml

向GenBank數(shù)據(jù)庫提交核酸序列可聯(lián)網(wǎng)進行

/GenBank/index.html

也可用Sequin軟件制作好序列提交文件，向NCBI

發(fā)送E-mail(gb-sub@)提交

3435第五節(jié)蛋白質(zhì)序列分析

蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預測蛋白質(zhì)功能預測36一、蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析

蛋白質(zhì)的氨基酸組成、分子量、等電點等方面的分析:OMIGA、DNAMAN、BioEdit、MacVector等蛋白質(zhì)疏水性分析：ProtScale，/cgi-bin/protscale.pl

預測跨膜區(qū)：http://genome.cbs.dtu.dk/services/TMHMM-2.0//software/TMPRED_form.htmlhttp://www.emblheidelberg.de/services/sander/predictproteinftp://ftp.biochem.ucl.ac.uk。3738394041用TMHMM軟件預測的SARS-CoV的E蛋白的跨膜區(qū)42預測信號肽：http://genome.cbs.dtu.dk/services/SignalP/

蛋白質(zhì)亞細胞定位：http://predict.sanger.ac.uk/nnpsl/43預測信號肽44預測信號肽45蛋白質(zhì)亞細胞定位46蛋白質(zhì)亞細胞定位47二、蛋白質(zhì)功能預測蛋白質(zhì)序列分析和功能預測的一般流程48

第六節(jié)蛋白質(zhì)序列分析二、蛋白質(zhì)功能預測磷酸化位點、糖基化位點，特殊的結(jié)構(gòu)區(qū)（motif）的分析：PROSITE:/prosite/

BLOCKS:/blocks/PFAM:http://www.sanger.ac.uk/software/pfam/PESCAN:http://www.isrec.isb-sib.ch/software/pfscanInterProScan:http://www.ebi.ac.uk/interpro/scan.htmlSMART:http://smart.embl-heidberg.de/

49三、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預測

蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫PDB(ProteinDataBank):(/microbio/rasmol)PDBFinder(http://www.sander.embl-heideberg.de/pdbfinder)

蛋白質(zhì)分子模型數(shù)據(jù)庫(MolecularModelingDatabase);

三維結(jié)構(gòu)顯示程序Cn3D(/structure)50

同源建模(Homologymodeling)分析服務

(http://www.expasy.ch/swissmod/sm_toppage.html)

常用的有以下幾