scheer ildikó: a metagenomikai teleszkóp
DESCRIPTION
Scheer Ildikó: A metagenomikai teleszkóp Budapest Science Meetup, 2014.10.09.TRANSCRIPT
A Metagenomikai Teleszkóp
Scheer Ildikó,
MTA TTK Enzimológiai Intézet
2014. 10. 09.
Metagenomika
Genom szekvenálás
Rengeteg szekvencia információ
Sok új mikroorganizmus felfedezése
Metagenom: egy adott környezetben
élő közösség teljes genetikai anyaga
Metagenomikai adatbázisok létrejötte
Extrém élőhelyek - archaea
gejzír Pyrococcus
furiosus
Hidden Markov modell (HMM)
Alkalmazása:
◦ Időbeli mintázat felismerés (beszéd)
◦ Lineáris szekvenciák
'80-as évektől a bioinformatikában
HMM: fehérje szekvencia
hasonlóságok keresése valószínűségi
módszerekkel
HMM génkeresésre
HMM genom adatok analízisére
és összehasonlítására HMM fehérjékre – random aminosav
szekvencia generátor, sok köztes állapottal
Az n+1-edik állapot az n-ediktől függ
Paraméterek:◦ Állapotok
◦ Állapotok kimeneti valószínűsége
◦ Átmeneti valószínűségek
„Rejtett”: a belső állapotokat nem lehet egyértelműen meghatározni a kimeneti szekvenciák megfigyelésével
HMM – „betanítás”
Egy sorozatnyi (hasonló) szekvenciával „betanítható”
A betanítási folyamat iteratívan változtatja a paramétereit, hogy ráilljen a betanítási készletre
Kimenet: hasonló fehérjék
Egy adott bármely aminosav szekvencia – modell megmondja, hogy mi a valószínűsége, hogy pontosan ez az adott szekvencia legyen a kimenet
Miért is teleszkóp?
Mo
del
l org
aniz
mu
s p
rote
óm
ok
Mo
del
l org
aniz
mu
s p
rote
óm
ok
Ad
ott
fu
nkc
iójú
feh
érjé
k sz
ámo
s fa
jbó
lA
do
tt f
un
kció
jú f
ehér
jék
szám
os
fajb
ól
Az eredeti projekció
A teleszkóp
DNS hibajavító fehérjék
A Gerontológia Molekuláris és Klinikai Alapjai, Kvell és munkatársai, 2011. , PTE
Vizsgált DNS hibajavító
fehérjék◦ dUTPáz
◦ Uracil-DNS glikoziláz (UNG)
◦ Timin-DNS glikoziláz (TDG)
◦ Archea uracil-DNS glikoziláz
◦ NTHL1
◦ OGG1
◦ Rad50
◦ Mre11
Bázis kivágó
javítás
Dupla szálú
DNS törés
javítás
(Megelőzés)
Metagenomok:◦ Iron Mountain savas iszap
◦ Yellowstone Bison Hőforrás
◦ Eltávolító Iszap Közösség
Archaea proteómok a „régi HMM”-ben:◦ Escherichia coli
◦ Archaea fajok Haloferax volcanii
Halobacterium salinarum
Methanosarcina acetivorans
Methanococcus maripalidus
Thermococcus kodakaraensis
Pyrococcus furiosus
Archeoglobus fulgidus
Methanococcus janaschii
Pyrococcus abyssi
Pyrococcus horikoshii
Methanobacteriumthermoautrophicum
Sulfolobus acidocaldarius
Sulfolobus islandicus
Aeropyrum pernix
Sulfolobus solfataricus
Eukarióta proteómok:◦ Élesztő
◦ Caenorhabditis elegans
◦ Lúdfű
◦ Ecet muslica
◦ Zebra hal
◦ Szarvasmarha
◦ Kutya
◦ Csirke
◦ Egér
◦ Sertés
◦ Patkány
◦ Ember
HMM építés
Ismert gén
előfordulások
Összerende-
zett fehérjék
Régi HMM
Eredeti
találatok
Eukarióta
modell
proteóm
Extrém
metagenom
Fehérjék a
metagenomból
Metagenom
találatok
Összerende-
zett találatok
1.
cso-
port
2.
cso-
port
3.
cso-
port
Új
HMM
1
Új
HMM
2
Új
HMM
3
Teleszkóp
találatok
Clustal
HMM
építés
HMM
keresés Clustal
Csoportosítá
s
HMM
keresés
HMM
keresés
ORF keresés
„Új” teleszkóp találatok
Eredeti
találatokTeleszkóp
találatok
v
v
Foszfodiészteráz motívum 1-5 (P1-P5)
Dupla szálú DNS kapcsolat felismerő hurok 1-6 (R1-R6)
Konzervált hidrofób felületi csoport
Walker A (P-hurok)
Q hurok
Zn-hurok
v
ABC-”aláírás” motívum
Walker B
His-kapcsoló
Találatok – Mre11
Ta
lála
tok s
zám
a Eredeti találatok
Teleszkóp találatok
„Új” teleszkóp találatok
Több teleszkóp találat,mint eredeti találat
Találatok – Rad50
Ta
lála
tok s
zám
aEredeti találatok
Teleszkóp
találatok
„Új” teleszkóp
találatok
Több teleszkóp találat,mint eredeti találat
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
Mre11 original
Mre11 only in new
Mre11 Részben már ismert funkciók
Adott tulajdonsággal rendelkező találatok száma
Összes Mre11 találat száma
De „új” teleszkóp találatok egy része:
új fehérje család
további funkcionális tulajdonság
Mre11 eredeti találat
Mre11 „új” teleszkóp találat
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
Rad50 original
Rad50 only in new
Adott tulajdonsággal rendelkező találatok száma
Összes Rad50 találat száma
Rad50 Részben már ismert funkciók
Rad50 eredeti találat
Rad50 „új” teleszkóp találat
De „új” teleszkóp találatok egy része: további funkcionális tulajdonságok
A Metagenomikai teleszkóp, mint
módszer, haszna Ismeretlen funkciójú fehérje
funkciójának megfejtése
Ismert fehérje új funkciója
Köszönöm szépen a
figyelmet!