Кіріспе

Биоинформатикадағы тізбектік профильдеу құралы – генетикалық тізбекке, ген атауына немесе кілт сөз енгізуге байланысты ақпаратты ұсынатын бағдарламалық қамтамастың бір түрі. Мұндай құралдар әдетте ДНК, РНК немесе белок тізбегі сияқты сұранысты немесе "кілт сөзді" қабылдап, осы тізбекке қатысты ақпаратты табу үшін бір немесе бірнеше дерекқорды қарастырады. Қорытындылар мен жиынтықталған нәтижелер стандартталған форматта ұсынылады, бұл әйтпесе көптеген шағын сайттарға кіруді немесе әдебиетті тікелей іздеуді талап ететін ақпаратты сипаттайды. Көптеген тізбектік профильдеу құралдары – биоинформатика дерекқорларының үлкен және үнемі өсіп келе жатқан санындағы сұраныс туралы ақпаратты табу процесін жеңілдететін бағдарламалық порталдар немесе шлюздер болып табылады. Мұндай құралдарға қол жеткізу веб-негізді немесе жергілікті түрде жүктеліп алынатын атқарылатын файлдар арқылы жүзеге асырылады.

Кіріспе және пайдалану

"Постгеномдық" дәуірде көптеген веб-құралдар мен бағдарламалық жасақтама пайда болды, олар бастапқы тізбек ақпаратын, сондай-ақ ақуыз құрылымдарын, гендік түсіндірмелерді, тізбектерді салыстыруды және басқа да жалпы биоинформатикалық тапсырмаларды жинақтау, ұйымдастыру және ұсыну үшін қолданылады. Жалпы алғанда, дерекқорлар мен қызмет провайдерлерінің үш түрі бар. Біріншісі – NCBI, ExPASy, Ensembl және PDB сияқты қаржыландыру мен гранттармен қолдау көрсетілетін, кең таралған қоғамдық домендегі немесе ашық қолжетімді дерекқорларды қамтиды. Екіншісі – жеке зерттеу топтары ұйымдастырған және жинақтаған кішірек немесе арнайы дерекқорларды қамтиды. Мысалдарға ашытқы геномдық дерекқоры, РНК дерекқоры жатады. Үшінші және соңғысы – жеке корпоративтік немесе институционалдық дерекқорлар, оларға қол жеткізу үшін төлем немесе институционалдық байланыс қажет. Мұндай мысалдар сирек кездеседі, себебі қоғамдық дерекқорлар жаһандануда, егер ұсынылған қызмет "әзірлену сатысында" болмаса немесе талдаудың соңғы нәтижесі коммерциялық құндылыққа ие болмаса. Профильдеу тәсілінің типовой сценарийлері, әсіресе, алғашқы екі топтың жағдайында маңызды, онда зерттеушілер бір сұрау немесе мақсатты тізбек туралы бірнеше көзден алынған ақпаратты біріктіруді қалайды. Мысалы, пайдаланушылар BLAST тізбектерді салыстыру және іздеу құралын пайдаланып, басқа түрлердегі қызығушылық тудыратын геннің гомологтарын анықтап, содан кейін осы нәтижелерді гомологтардың біреуінің шешілген ақуыз құрылымын табу үшін пайдалана алады. Сол сияқты, олар қызығушылық тудыратын генді кодтайтын мРНК-ның ықтимал екіншілік құрылымын немесе компанияда генді қамтитын ДНК конструкциясының сатылуын білгісі келеді. Тізбек профильдеу құралдары мұндай әртүрлі ақпаратты іздеу процесін автоматтандыру және біріктіру үшін, бірнеше сыртқы дерекқорларды іздеу процесін пайдаланушы үшін түсінікті етуге қызмет етеді. Көптеген қоғамдық дерекқорлар өзара байланысты, сондықтан басқа дерекқордағы қосымша ақпаратқа оңай қол жеткізуге болады; мысалы, Genbank және PDB тығыз байланысты. Дегенмен, арнайы зерттеу топтары ұйымдастырған және басқарған арнайы құралдарды осы байланыс жұмысына интеграциялау қиын болуы мүмкін, өйткені олар тар бағытталған, жиі өзгертіледі немесе жалпы файл форматтарының арнайы нұсқаларын пайдаланады. Тізбек профильдеу құралдарының артықшылықтарына осы арнайы құралдардың бірнешеуін бір сұраумен пайдалану және нәтижені ортақ интерфейспен ұсыну мүмкіндігі, бір құралдар жиынтығының немесе дерекқор іздеуінің нәтижесін басқасының кірісіне бағыттау мүмкіндігі және хостингті тарату және жинақтау міндеттемелерін зерттеу топтары мен институттарының желісіне, емес, бір орталықтандырылған репозиторийге жүктеу мүмкіндігі жатады.

Кілт сөзге негізделген профильдеушілер

Қазіргі кезде интернетте қол жетімді профильдеу құралдарының көпшілігі осы санатқа жатады. Пайдаланушы сайтқа/құралға кірген кезде, дистрофия, диабет сияқты кілт сөздерді немесе GenBank қосылу нөмірлерін, PDB ID сияқты қажетті ақпаратты енгізеді. Іздеу нәтижесінде алынған барлық маңызды деректер әр құралдың негізгі мақсатына сәйкес келетін форматта ұсынылады. Кілт сөздерді іздеуге негізделген профильдеу құралдары – биоинформатикалық жұмыстар үшін арнайы жасалған іздеу жүйелері болып табылады. Олар Google сияқты дәстүрлі іздеу жүйелерінде кездесетін маңызсыз немесе ғылыми емес ақпараттарды жояды. Көптеген кілт сөздік профильдеу құралдары кілт сөздерді әртүрлі форматта енгізуге, индекстелген деректер қорынан қосылу нөмірлерін пайдалануға, сондай-ақ дәстүрлі кілт сөздік сипаттамаларды қолдануға мүмкіндік береді. Әрбір профильдеу құралының өзіндік ерекшелігі мен қызығушылық саласы бар. Мысалы, NCBI іздеу жүйесі Entrez іздеу нәтижелерін санаттар бойынша бөліп көрсетеді. Сондықтан, ақуыз құрылымы туралы ақпарат іздеген пайдаланушылар құрылымы жоқ тізбектерді іздеуден шығара алады, ал белгілі бір тақырыптағы әдебиеттерді оқығысы келгендер ғылыми журналдарда жарияланған мақалалардың аннотацияларын гендер мен тізбектер туралы нәтижелерден алаңдамай көре алады. PubMed биологиялық ғылымдар әдебиеттерінің дерекқоры әдебиеттерді іздеу үшін танымал құрал болып табылады, бірақ бұл қызмет Google Scholar сияқты жалпы іздеу жүйелерімен де салыстырады. Биоинформатикалық жинақтағыш сияқты кілт сөздік деректерді жинақтау қызметтері әртүрлі үшінші тарап серверлерінен алынған есептерді өзгеріссіз күйде ұсынады, сондықтан пайдаланушылар әрбір жеке қызмет компоненті үшін веб-сайтқа кіруге немесе бағдарламалық жасақтаманы орнатуға қажеттілік сезінеді. Бұл, әсіресе, әртүрлі тізбектерді талдау және өңдеу құралдарын ұсынатын сайттардың жылдам дамуына байланысты өте құнды. Тағы бір жинақтағыш веб-портал – Адам ақуыздарының анықтамалық дерекқоры (Hprd) адам ақуыздары туралы қолмен түсіндірілген және жинақталған жазбаларды қамтиды. Сондықтан ұсынылған ақпарат іріктелген және толық болып табылады, ал сұраныс форматы икемді және түсінікті. Қолмен жинақталған деректер базасын жасаудың артықшылықтарына түзетілген материалдарды ұсыну және белгілі бір ақуыздарға жауапкершілікті өз мойнына алу үшін «молекулалық авторитеттер» тұжырымдамасы кіреді. Алайда, олардың кемшіліктері – жаңарту процесі көбінесе баяу жүреді және онда жаңа немесе даулы деректер болмауы мүмкін.

Сызықтық деректер негізінде профильдеушілер

Типтік реттілік профильдеу құралы бұл процесті одан әрі дамытады, нақты ДНК, РНК немесе белок тізбегін кіріс ретінде пайдаланып, пайдаланушыға қажетті ақпарат алу үшін әртүрлі веб-базалы талдау құралдарын қолдануға мүмкіндік береді. Мұндай құралдар коммерциялық зертханалық жабдықтармен, мысалы, гендік секвенсерлермен бірге келеді немесе кейде молекулалық биология үшін бағдарламалық қамтамасыз ету ретінде сатылады. Мысалы, NCBI-дің BLAST тізбек іздеу есебі басқа ашық деректер базасындағыдай, егер осындай нақты ақпарат болса, өзінің сәйкестік есебінен басқа да тиісті ақпаратқа сілтеме береді. Адам тізбегін қамтитын алынған жазбада адам геном картасындағы орналасқан жеріне жеке сілтеме болады; ал 3D құрылымы анықталған тізбекті қамтитын жазбада оның құрылымдық деректер базасына сілтеме болады. Sequerome, қоғамдық қызмет құралы, BLAST есебінің барлық бөлігін үшінші тараптың көптеген серверлерімен/сайттарымен байланыстырады, олар тізбектерді өңдеуде арнайы қызметтер ұсынады, мысалы, шектеу ферменттерінің карталары, нуклеотидтік тізбектер үшін ашық оқу кадрларын талдау және екінші реттік құрылымды болжау. Бұл құрал пайдаланушы жасаған операциялардың зерттеу журналын сақтаудың қосымша артықшылығын ұсынады, оны «пошта», «басып шығару» немесе «сақтау» функцияларын пайдаланып ыңғайлы түрде мұрағаттауға болады. Осылайша, әртүрлі зерттеу құралдарын қолдана отырып, бір тізбек бойынша зерттеудің барлық операциясы және жобаны аяқтау бір браузер интерфейсінде жүзеге асырылуы мүмкін. Осыған байланысты, болашақ тізбек профильдеу құралдары зерттеушілермен жобалық журналдар мен зерттеу құралдарын бөлісуге, тізбек талдауының немесе зертханалық жұмыстың нәтижелерін түсіндіруге, тізбек деректерінің жиынтығын өңдеуді бейімдеуге және автоматтандыруға мүмкіндік беретін онлайн ынтымақтастық мүмкіндігін қамтиды. InstaSeq – Google қолдауымен жұмыс істейтін іздеу құралы, ол пайдаланушыға тізбекті тікелей енгізіп, бүкіл Дүниежүзілік Желіде іздеуге мүмкіндік береді. Бұл бірегей іздеу жүйесі, өзінің түрінде бірегей, мысалы, GenBank сияқты нақты деректер базасын іздеуден өзгеше. Нәтижесінде пайдаланушы жеке хостингте орналасқан құжатты немесе әлемнің кез келген жерінен аз танымал деректер базасынан алынған бетті таба алады. Тізбекке негізделген профильдеушілердің қазіргі жағдайда аз болуына қарамастан, олардың маңызды рөлі порталдар мен домендерде үлкен көлемдегі тізбек деректерін өңдеу қажет болған кезде анық болады.

Болашақ өсу және бағыттар

Генетикалық талдауға арналған биоинформатикалық құралдардың көбеюі зерттеушілерге жұмыстарында қызығушылық тудыратын гендер мен гендер жиынтығын анықтауға және жіктеуге көмектеседі; алайда, бірдей жиынтақтау және талдау функцияларын орындайтын құралдардың көптеген түрлілігі жаңа пайдаланушыларды шатастырып, көңілін қалдыруы мүмкін. Жиынтақтау құралдарының ынталандыруымен жүзеге асырылатын орталықтандырылмау жеке зерттеу топтарына белгілі бір деректерді талдау түрлеріне арналған мамандандырылған серверлерді басқа зерттеушілерге қызығушылық тудыратын ген немесе белок туралы толық есеп құру үшін жинақталатынына үміттене отырып, сақтауға мүмкіндік береді. Микромассивтік эксперименттер, екі гибридтік скрининг және басқа да жоғары өнімді биологиялық эксперименттерден алынған деректердің көлемі зор және қолмен талдау қиын; әртүрлі белок құрылымдарының көп санын жылдам анықтауға бағытталған құрылымдық геномика ынтымақтастығының күш-жігері, реттілік және құрылым деректер базалары мен порталдары арасындағы интеграция қажеттілігін арттырады. Осы серпіліс реттіліктерді тереңірек талдаудың толыққанды және пайдаланушыға ыңғайлы әдістерін жасауға бағытталғандықтан, қазіргі геномика зерттеушілері үшін белсенді зерттеу саласы болып табылады.