BLAT (bioinformatics)
বি. এল. এ. টি (বি. এল. এ. এস. টি-এর মতো সারিবদ্ধকরণ সরঞ্জাম) হল একটি জোড়া-ভিত্তিক ক্রম সারিবদ্ধকরণ অ্যালগরিদম যা 2000-এর দশকের গোড়ার দিকে ক্যালিফোর্নিয়া সান্তা ক্রুজ বিশ্ববিদ্যালয়ের (ইউ. সি. এস. সি) জিম কেন্ট দ্বারা মানব জিনোমের সমাবেশ এবং টীকায় সহায়তা করার জন্য তৈরি করা হয়েছিল। এটি প্রাথমিকভাবে মানুষের জিনোম সিকোয়েন্সের বিরুদ্ধে লক্ষ লক্ষ মাউস জিনোমিক রিড এবং এক্সপ্রেসড সিকোয়েন্স ট্যাগ সারিবদ্ধ করার জন্য প্রয়োজনীয় সময় হ্রাস করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছিল। সেই সময়ের সারিবদ্ধকরণ সরঞ্জামগুলি এই ক্রিয়াকলাপগুলি এমনভাবে সম্পাদন করতে সক্ষম ছিল না যা মানব জিনোম সমাবেশের নিয়মিত আপডেটের অনুমতি দেবে। পূর্ব-বিদ্যমান সরঞ্জামগুলির তুলনায়, বি. এল. এ. টি এম. আর. এন. এ/ডি. এন. এ সারিবদ্ধকরণের সাথে ~ 500 গুণ দ্রুত এবং প্রোটিন/প্রোটিন সারিবদ্ধকরণের সাথে ~ 50 গুণ দ্রুত ছিল। জিনোমিক সিকোয়েন্সের জৈবিক কার্যকারিতা আবিষ্কারের জন্য হোমোলজি অনুমানের প্রাথমিক লক্ষ্য সহ ডিএনএ, আরএনএ এবং প্রোটিনের মতো জৈবিক সিকোয়েন্সের বিশ্লেষণ এবং তুলনার জন্য বিকশিত একাধিক অ্যালগরিদমের মধ্যে বিএলএটি একটি। ক্লাসিক নিডলম্যান-উঞ্চ এবং স্মিথ-ওয়াটারম্যান ডায়নামিক প্রোগ্রামিং অ্যালগরিদমের মতো দুটি ক্রমের মধ্যে গাণিতিকভাবে সর্বোত্তম সারিবদ্ধতা খুঁজে পাওয়ার নিশ্চয়তা নেই; বরং, এটি প্রথমে সংক্ষিপ্ত ক্রমগুলি দ্রুত সনাক্ত করার চেষ্টা করে যা সমজাতীয় হওয়ার সম্ভাবনা বেশি, এবং তারপরে এটি সমজাতীয় অঞ্চলগুলিকে সারিবদ্ধ করে এবং আরও প্রসারিত করে। এটি অ্যালগরিদমগুলির হিউরিস্টিক ব্লাস্ট পরিবারের অনুরূপ, তবে প্রতিটি সরঞ্জাম বিভিন্ন অ্যালগরিদম কৌশল চেষ্টা করে সময়োপযোগী এবং দক্ষ পদ্ধতিতে জৈবিক ক্রমগুলি সারিবদ্ধ করার সমস্যাটি মোকাবেলা করার চেষ্টা করেছে। ব্ল্যাট ব্ল্যাটের ব্যবহার ডিএনএ সিকোয়েন্সের পাশাপাশি প্রোটিন এবং অনুবাদিত নিউক্লিওটাইড (এমআরএনএ বা ডিএনএ) সিকোয়েন্স সারিবদ্ধ করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। এটি দুর্দান্ত সাদৃশ্য সহ ক্রমগুলিতে সর্বোত্তমভাবে কাজ করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে। ডিএনএ অনুসন্ধান প্রাইমেটদের জন্য সবচেয়ে কার্যকর এবং প্রোটিন অনুসন্ধান স্থল মেরুদণ্ডী প্রাণীর জন্য কার্যকর। উপরন্তু, প্রোটিন বা অনুবাদিত সিকোয়েন্স প্রশ্নগুলি ডিএনএ সিকোয়েন্স প্রশ্নের চেয়ে দূরবর্তী মিলগুলি সনাক্ত করতে এবং ক্রস-প্রজাতি বিশ্লেষণের জন্য আরও কার্যকর। বি. এল. এ. টি-র সাধারণ ব্যবহারগুলির মধ্যে নিম্নলিখিতগুলি অন্তর্ভুক্ত রয়েছেঃ জিনোম সমাবেশের উপর একাধিক এম. আর. এন. এ সিকোয়েন্সের সারিবদ্ধকরণ যাতে তাদের জিনোমিক স্থানাঙ্ক অনুমান করা যায়; সমসংস্থান নির্ধারণের জন্য একটি প্রজাতি থেকে অন্য প্রজাতি থেকে একটি সিকোয়েন্স ডাটাবেসে একটি প্রোটিন বা এম. আর. এন. এ সিকোয়েন্সের সারিবদ্ধকরণ। যদি দুটি প্রজাতি খুব বেশি বৈচিত্র্যময় না হয়, তবে ক্রস-প্রজাতির সারিবদ্ধকরণ সাধারণত বি. এল. এ. টি-র ক্ষেত্রে কার্যকর। এটি সম্ভব কারণ বি. এল. এ. টি-তে নিখুঁত মিলগুলির প্রয়োজন হয় না, বরং সারিবদ্ধকরণে অসামঞ্জস্য গ্রহণ করে; বি. এল. এ. টি দুটি প্রোটিন অনুক্রমের সারিবদ্ধকরণের জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে। তবে, এই ধরনের সারিবদ্ধকরণের জন্য এটি পছন্দের হাতিয়ার নয়। বি. এল. এ. এস. টি. পি, স্ট্যান্ডার্ড প্রোটিন ব্লাস্ট টুল, প্রোটিন-প্রোটিন সারিবদ্ধকরণে আরও দক্ষ; একটি জিনের বহিরাগত এবং অন্তর্নিহিত অঞ্চলের বিতরণ নির্ধারণ; একটি নির্দিষ্ট জিন প্রশ্নের জিন পরিবারের সদস্যদের সনাক্তকরণ; একটি নির্দিষ্ট জিনের প্রোটিন-কোডিং ক্রম প্রদর্শন। বি. এল. এ. টি কমপক্ষে 40 টি ক্ষারের দৈর্ঘ্যের ক্রমের মধ্যে মিল খুঁজে বের করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে যা 95 শতাংশ নিউক্লিওটাইড পরিচয় বা 80 শতাংশ অনুবাদিত প্রোটিন পরিচয় ভাগ করে নেয়। প্রসেস বি. এল. এ. টি একটি লক্ষ্য জিনোমিক ডাটাবেসে অঞ্চলগুলি খুঁজে বের করতে ব্যবহৃত হয় যা পরীক্ষার অধীনে একটি প্রশ্ন অনুক্রমের অনুরূপ। বি. এল. এ. টি দ্বারা অনুসরণ করা সাধারণ অ্যালগরিদমিক প্রক্রিয়াটি বি. এল. এ. এস. টি-র অনুরূপ যে এটি প্রথমে ডাটাবেস এবং ক্যোয়ারি সিকোয়েন্সের সংক্ষিপ্ত অংশগুলির জন্য অনুসন্ধান করে যার একটি নির্দিষ্ট সংখ্যক মিলযুক্ত উপাদান রয়েছে। এই সারিবদ্ধ বীজগুলি তারপর ক্রমের উভয় দিকে প্রসারিত করা হয় যাতে উচ্চ-স্কোরিং জোড়া তৈরি করা যায়। যাইহোক, বি. এল. এ. টি বি. এল. এ. এস. টি থেকে একটি ভিন্ন সূচীকরণ পদ্ধতি ব্যবহার করে, যা এটিকে একটি অনুসন্ধান অনুক্রমের সাথে সাদৃশ্যের জন্য খুব বড় জিনোমিক এবং প্রোটিন ডেটাবেসগুলি দ্রুত স্ক্যান করতে দেয়। এটি লক্ষ্য ডাটাবেসের একটি সূচী (হ্যাশ টেবিল) মেমরিতে রেখে এটি করে, যা লক্ষ্য ডাটাবেসের সাথে অনুসন্ধানের ক্রমের তুলনা করার জন্য প্রয়োজনীয় সময়কে উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে। এই সূচকটি অত্যন্ত পুনরাবৃত্ত কে-মার্স ব্যতীত লক্ষ্য ডাটাবেসে সমস্ত নন-ওভারল্যাপিং কে-মার্সের (কে অক্ষর সহ শব্দ) স্থানাঙ্ক গ্রহণ করে তৈরি করা হয়। বি. এল. এ. টি তারপর অনুসন্ধানের ক্রম থেকে সমস্ত ওভারল্যাপিং কে-মার্সের একটি তালিকা তৈরি করে এবং লক্ষ্য ডাটাবেসে এগুলির জন্য অনুসন্ধান করে, হিটগুলির একটি তালিকা তৈরি করে যেখানে ক্রমগুলির মধ্যে মিল রয়েছে (চিত্র 1 এই প্রক্রিয়াটি চিত্রিত করে)। অনুসন্ধান পর্যায় প্রার্থী সমজাতীয় অঞ্চলগুলি অনুসন্ধান করার জন্য তিনটি ভিন্ন কৌশল ব্যবহার করা হয়ঃ প্রথম পদ্ধতিতে অনুসন্ধান এবং ডাটাবেস ক্রমের মধ্যে একক নিখুঁত মিল প্রয়োজন। দুটি কে-মের শব্দ ঠিক একই। এই পদ্ধতিটিকে সবচেয়ে ব্যবহারিক বলে মনে করা হয় না। এর কারণ হল উচ্চ মাত্রার সংবেদনশীলতা অর্জনের জন্য একটি ছোট কে-মের আকারের প্রয়োজন, তবে এটি মিথ্যা ইতিবাচক আঘাতের সংখ্যা বাড়ায়, এইভাবে অ্যালগরিদমের সারিবদ্ধকরণ পর্যায়ে ব্যয় করা সময়ের পরিমাণ বৃদ্ধি করে। দ্বিতীয় পদ্ধতিটি দুটি কে-মের শব্দের মধ্যে কমপক্ষে একটি অসামঞ্জস্যের অনুমতি দেয়। এটি মিথ্যা ধনাত্মকের পরিমাণ হ্রাস করে, যা পূর্ববর্তী পদ্ধতি থেকে উত্পাদিত তুলনায় কম গণনামূলকভাবে ব্যয়বহুল বড় কে-মের আকারগুলিকে পরিচালনা করার অনুমতি দেয়। এই পদ্ধতিটি ছোট সমজাতীয় অঞ্চলগুলি সনাক্ত করতে খুব কার্যকর। তৃতীয় পদ্ধতিতে একাধিক নিখুঁত মিল প্রয়োজন যা একে অপরের কাছাকাছি থাকে। কেন্ট যেমন দেখিয়েছে, এটি একটি খুব কার্যকর কৌশল যা সমজাতীয় অঞ্চলের মধ্যে ছোট সন্নিবেশ এবং মুছে ফেলার বিষয়টি বিবেচনা করতে সক্ষম। নিউক্লিওটাইডগুলি সারিবদ্ধ করার সময়, বি. এল. এ. টি তৃতীয় পদ্ধতিটি ব্যবহার করে যার জন্য 11 (11-মার্শ) আকারের দুটি নিখুঁত শব্দের মিল প্রয়োজন। প্রোটিন সারিবদ্ধ করার সময়, বি. এল. এ. টি সংস্করণটি ব্যবহৃত অনুসন্ধান পদ্ধতি নির্ধারণ করেঃ যখন ক্লায়েন্ট/সার্ভার সংস্করণটি ব্যবহার করা হয়, তখন বি. এল. এ. টি তিনটি নিখুঁত 4-মিটার ম্যাচ অনুসন্ধান করে; যখন স্বতন্ত্র সংস্করণটি ব্যবহার করা হয়, তখন বি. এল. এ. টি অনুসন্ধান এবং ডাটাবেস সিকোয়েন্সের মধ্যে একটি একক নিখুঁত 5-মিটার অনুসন্ধান করে। ব্লাট বনাম। BLAT এবং BLAST-এর মধ্যে কিছু পার্থক্য নীচে বর্ণিত হয়েছেঃ BLAT জিনোম/প্রোটিন ডাটাবেসকে সূচীভুক্ত করে, স্মৃতিতে সূচকটি ধরে রাখে এবং তারপরে মিলগুলির জন্য অনুসন্ধানের ক্রমটি স্ক্যান করে। অন্যদিকে, ব্লাস্ট প্রশ্নের ক্রমগুলির একটি সূচক তৈরি করে এবং ডেটাবেসের মাধ্যমে মিলগুলির জন্য অনুসন্ধান করে। মেগাব্লাস্ট নামক একটি ব্লাস্ট সংস্করণ সারিবদ্ধকরণের গতি বাড়ানোর জন্য 4টি ডাটাবেসকে সূচীভুক্ত করে। বি. এল. এ. টি একাধিক নিখুঁত এবং প্রায় নিখুঁত মিলগুলিতে প্রসারিত হতে পারে (ডিফল্ট নিউক্লিওটাইড অনুসন্ধানের জন্য 11 দৈর্ঘ্যের 2টি নিখুঁত মিল এবং প্রোটিন অনুসন্ধানের জন্য 4 দৈর্ঘ্যের 3টি নিখুঁত মিল), যেখানে বি. এল. এ. এস. টি কেবল তখনই প্রসারিত হয় যখন একটি বা দুটি মিল একসঙ্গে কাছাকাছি ঘটে। বি. এল. এ. টি দুটি ক্রমের মধ্যে প্রতিটি সমজাতীয় অঞ্চলকে একটি একক বৃহত্তর সারিবদ্ধতায় সংযুক্ত করে, বি. এল. এ. এস. টি-র বিপরীতে যা প্রতিটি সমজাতীয় অঞ্চলকে একটি পৃথক স্থানীয় সারিবদ্ধকরণ হিসাবে ফিরিয়ে দেয়। ব্লাস্টের ফলাফল হল এক্সনের একটি তালিকা যার প্রতিটি প্রান্তিককরণ এক্সনের শেষ অবধি প্রসারিত। তবে, বি. এল. এ. টি, জিনোমের উপর এম. আর. এন. এ-র প্রতিটি ভিত্তিকে সঠিকভাবে স্থাপন করে, প্রতিটি ভিত্তিকে শুধুমাত্র একবার ব্যবহার করে এবং ইন্ট্রন-এক্সন সীমানা সনাক্ত করতে ব্যবহার করা যেতে পারে (অর্থাৎ। স্প্লাইস সাইট)। ব্ল্যাটের তুলনায় ব্ল্যাট কম সংবেদনশীল। প্রোগ্রাম ব্যবহার বি. এল. এ. টি একটি ওয়েব-ভিত্তিক সার্ভার-ক্লায়েন্ট প্রোগ্রাম হিসাবে বা স্বতন্ত্র প্রোগ্রাম হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে। সার্ভার-ক্লায়েন্ট ব্ল্যাটের ওয়েব-ভিত্তিক অ্যাপ্লিকেশনটি ইউসিএসসি জিনোম বায়োইনফরম্যাটিক্স সাইট থেকে অ্যাক্সেস করা যেতে পারে। সূচক তৈরি করা তুলনামূলকভাবে ধীর প্রক্রিয়া। অতএব, ওয়েব-ভিত্তিক বি. এল. এ. টি দ্বারা ব্যবহৃত প্রতিটি জিনোম সমাবেশ একটি বি. এল. এ. টি সার্ভারের সাথে যুক্ত, যাতে সারিবদ্ধকরণের জন্য একটি পূর্ব-সংগণিত সূচক উপলব্ধ থাকে। এই ওয়েব-ভিত্তিক বি. এল. এ. টি সার্ভারগুলি ব্যবহারকারীদের তাদের অনুসন্ধানের ক্রমগুলি ইনপুট করার জন্য সূচকটি স্মৃতিতে রাখে। একবার অনুসন্ধানের ক্ষেত্রে অনুসন্ধানের ক্রম আপলোড/আটকানো হয়ে গেলে, ব্যবহারকারী বিভিন্ন পরামিতি নির্বাচন করতে পারেন যেমন কোন প্রজাতির জিনোমকে লক্ষ্য করতে হবে (বর্তমানে 50 টিরও বেশি প্রজাতি উপলব্ধ রয়েছে) এবং সেই জিনোমের সমাবেশ সংস্করণ (উদাহরণস্বরূপ, মানব জিনোমের চারটি সমাবেশ রয়েছে), অনুসন্ধানের ধরণ (অর্থাৎ। ক্রমটি ডিএনএ, প্রোটিন ইত্যাদির সাথে সম্পর্কিত কিনা) এবং আউটপুট সেটিংস (অর্থাৎ। কিভাবে আউটপুট সাজানো এবং কল্পনা করা যায়)। ব্যবহারকারী তখন প্রশ্ন জমা দিয়ে বা "আমি ভাগ্যবান বোধ করছি" বি. এল. এ. টি ব্যবহার করে অনুসন্ধান চালাতে পারেন। ভাগবত এবং অন্যান্য। কিভাবে বি. এল. এ. টি ব্যবহার করতে হয় তার জন্য ধাপে ধাপে প্রটোকল প্রদান করুনঃ একটি জিনোমিক সিকোয়েন্সে একটি এম. আর. এন. এ/সি. ডি. এন. এ সিকোয়েন্স ম্যাপ করুন; জিনোমে একটি প্রোটিন সিকোয়েন্স ম্যাপ করুন; হোমোলজি অনুসন্ধান করুন। ইনপুট বি. এল. এ. টি দীর্ঘ ডাটাবেস সিকোয়েন্স পরিচালনা করতে পারে, তবে, এটি দীর্ঘ ক্যোয়ারি সিকোয়েন্সের তুলনায় সংক্ষিপ্ত কোয়েরি সিকোয়েন্সের ক্ষেত্রে বেশি কার্যকর। কেন্ট সর্বোচ্চ 200,000 বেসের অনুসন্ধানের দৈর্ঘ্য সুপারিশ করে। ইউ. সি. এস. সি ব্রাউজার অনুসন্ধানের ক্রমকে 25,000 অক্ষরের কম সীমাবদ্ধ করে (অর্থাৎ। নিউক্লিওটাইড) ডিএনএ অনুসন্ধানের জন্য এবং 10,000 অক্ষরের কম (অর্থাৎ। অ্যামিনো অ্যাসিড) প্রোটিনের জন্য এবং অনুবাদিত ক্রম অনুসন্ধান। ইউ. সি. এস. সি ওয়েবসাইটে উপলব্ধ বি. এল. এ. টি সার্চ জিনোম কোয়েরি সিকোয়েন্সকে টেক্সট (কাটা এবং কোয়েরি বাক্সে আটকানো) বা টেক্সট ফাইল হিসাবে আপলোড হিসাবে গ্রহণ করে। বি. এল. এ. টি সার্চ জিনোম একবারে একই ধরনের একাধিক ক্রম গ্রহণ করতে পারে, সর্বোচ্চ 25টি পর্যন্ত। একাধিক ক্রমের জন্য, ডিএনএ অনুসন্ধানের জন্য নিউক্লিওটাইডের মোট সংখ্যা 50,000 বা প্রোটিন বা অনুবাদিত ক্রম অনুসন্ধানের জন্য 25,000 অক্ষরের বেশি হওয়া উচিত নয়। ডিএনএ অনুসন্ধানের ক্রম সহ একটি লক্ষ্যযুক্ত ডাটাবেস অনুসন্ধানের একটি উদাহরণ চিত্র 2-এ দেখানো হয়েছে। আউটপুট একটি ব্ল্যাট অনুসন্ধান ফলাফলের একটি তালিকা প্রদান করে যা স্কোরের উপর ভিত্তি করে ক্রমহ্রাসমান ক্রমে অর্ডার করা হয়। নিম্নলিখিত তথ্যগুলি ফেরত দেওয়া হয়ঃ সারিবদ্ধকরণের স্কোর, অনুসন্ধান ক্রমের অঞ্চল যা ডাটাবেস ক্রমের সাথে মেলে, অনুসন্ধান ক্রমের আকার, সারিবদ্ধকরণের শতাংশ হিসাবে পরিচয়ের স্তর এবং ক্রোমোজোম এবং অবস্থান যা অনুসন্ধান ক্রমটি মানচিত্র করে। ভাগবত এবং অন্যান্য। ব্ল্যাট "স্কোর" এবং "আইডেন্টিটি" পরিমাপগুলি কীভাবে গণনা করা হয় তা বর্ণনা করুন। প্রতিটি অনুসন্ধান ফলাফলের জন্য, ব্যবহারকারীকে ইউসিএসসি জিনোম ব্রাউজারের একটি লিঙ্ক দেওয়া হয় যাতে তারা ক্রোমোজোমের সারিবদ্ধকরণটি কল্পনা করতে পারে। এটি স্বতন্ত্র ব্ল্যাটের তুলনায় ওয়েব-ভিত্তিক ব্ল্যাটের একটি বড় সুবিধা। ব্যবহারকারী সারিবদ্ধকরণের সাথে সম্পর্কিত জৈবিক তথ্য পেতে সক্ষম, যেমন জিন সম্পর্কে তথ্য যার সাথে অনুসন্ধানটি মেলে। ব্যবহারকারীকে জিনোম সমাবেশের সাথে অনুসন্ধানের ক্রমের সারিবদ্ধকরণ দেখার জন্য একটি লিঙ্কও দেওয়া হয়। অনুসন্ধান এবং জিনোম সমাবেশের মধ্যে মিল নীল এবং সারিবদ্ধকরণের সীমানা হালকা রঙের হয়। এই এক্সন সীমানা স্প্লাইস সাইটগুলি নির্দেশ করে। "আমি ভাগ্যবান বোধ করছি" অনুসন্ধানের ফলাফল ব্যবহারকারীর দ্বারা নির্বাচিত আউটপুট বাছাই বিকল্পের উপর ভিত্তি করে প্রথম প্রশ্ন অনুক্রমের জন্য সর্বোচ্চ স্কোরিং প্রান্তিককরণ প্রদান করে। স্বতন্ত্র স্বতন্ত্র বি. এল. এ. টি ব্যাচ রানের জন্য বেশি উপযুক্ত এবং ওয়েব-ভিত্তিক বি. এল. এ. টি-র চেয়ে বেশি দক্ষ। এটি আরও কার্যকর কারণ এটি জিনোমকে স্মৃতিতে সংরক্ষণ করতে সক্ষম, ওয়েব-ভিত্তিক অ্যাপ্লিকেশনের বিপরীতে যা শুধুমাত্র সূচকটিকে স্মৃতিতে সংরক্ষণ করে। লাইসেন্স বি. এল. এ. টি-র উৎস এবং পূর্ব-সংকলিত বাইনারি উভয়ই একাডেমিক এবং ব্যক্তিগত ব্যবহারের জন্য বিনামূল্যে উপলব্ধ। স্বতন্ত্র বিএলএটি-র বাণিজ্যিক লাইসেন্স কেন্ট ইনফরম্যাটিক্স, ইনকর্পোরেটেড দ্বারা বিতরণ করা হয়। এছাড়াও দেখুন বিএলএএসটি বেসিক লোকাল অ্যালাইনমেন্ট সার্চ টুল সিকোয়েন্স অ্যালাইনমেন্ট সফ্টওয়্যার রেফারেন্স এক্সটার্নাল লিঙ্ক ইউসিএসসি বিএলএটি সার্চ জিনোম কেন্ট ইনফরম্যাটিক্স, ইনকর্পোরেটেড। বিএলএটি সোর্স কোড বিএলএটি এফএকিউ-ইউসিএসসি বিএলএটি স্যুট প্রোগ্রাম স্পেসিফিকেশান এবং ইউজার গাইড হিউম্যান বিএলএটি সার্চ বায়োইনফরম্যাটিক্স সফ্টওয়্যার ল্যাবরেটরি সফ্টওয়্যার