BLAT (bioinformatics)
BLAT (BLAST-जैसा संरेखण उपकरण) एक जोड़ीदार अनुक्रम संरेखण एल्गोरिथ्म है जिसे 2000 के दशक की शुरुआत में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय सांताक्रूज (UCSC) में जिम केंट द्वारा मानव जीनोम की असेंबली और एनोटेशन में सहायता के लिए विकसित किया गया था। इसे मुख्य रूप से मानव जीनोम अनुक्रम के खिलाफ लाखों माउस जीनोमिक रीड्स और व्यक्त अनुक्रम टैग को संरेखित करने के लिए आवश्यक समय को कम करने के लिए डिज़ाइन किया गया था। उस समय के संरेखण उपकरण इन कार्यों को इस तरह से करने में सक्षम नहीं थे जो मानव जीनोम असेंबली के नियमित अद्यतन की अनुमति दे। पहले से मौजूद उपकरणों की तुलना में, बी. एल. ए. टी. एम. आर. एन. ए./डी. एन. ए. संरेखण के साथ ~ 500 गुना तेज और प्रोटीन/प्रोटीन संरेखण के साथ ~ 50 गुना तेज था। बी. एल. ए. टी. जीनोमिक अनुक्रमों के जैविक कार्य की खोज करने के लिए समरूपता का अनुमान लगाने के प्राथमिक लक्ष्य के साथ डी. एन. ए., आर. एन. ए. और प्रोटीन जैसे जैविक अनुक्रमों के विश्लेषण और तुलना के लिए विकसित कई एल्गोरिदम में से एक है। क्लासिक नीडलमैन-वुन्श और स्मिथ-वाटरमैन डायनेमिक प्रोग्रामिंग एल्गोरिदम जैसे दो अनुक्रमों के बीच गणितीय रूप से इष्टतम संरेखण खोजने की गारंटी नहीं है; बल्कि, यह पहले उन छोटे अनुक्रमों का तेजी से पता लगाने का प्रयास करता है जो समरूप होने की अधिक संभावना रखते हैं, और फिर यह समरूप क्षेत्रों को संरेखित करता है और आगे बढ़ाता है। यह एल्गोरिदम के शोधात्मक ब्लास्ट परिवार के समान है, लेकिन प्रत्येक उपकरण ने विभिन्न एल्गोरिदमिक तकनीकों का प्रयास करके समय पर और कुशल तरीके से जैविक अनुक्रमों को संरेखित करने की समस्या से निपटने की कोशिश की है। बी. एल. ए. टी. बी. एल. ए. टी. का उपयोग डी. एन. ए. अनुक्रमों के साथ-साथ प्रोटीन और अनुवादित न्यूक्लियोटाइड (एम. आर. एन. ए. या डी. एन. ए.) अनुक्रमों को संरेखित करने के लिए किया जा सकता है। इसे बहुत समानता वाले अनुक्रमों पर सबसे अच्छा काम करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। डी. एन. ए. खोज नरवानरों के लिए सबसे प्रभावी है और प्रोटीन खोज भूमि कशेरुकी जीवों के लिए प्रभावी है। इसके अलावा, प्रोटीन या अनुवादित अनुक्रम प्रश्न डी. एन. ए. अनुक्रम प्रश्नों की तुलना में दूर के मिलानों की पहचान करने और क्रॉस-प्रजाति विश्लेषण के लिए अधिक प्रभावी हैं। बी. एल. ए. टी. के विशिष्ट उपयोगों में निम्नलिखित शामिल हैंः उनके जीनोमिक निर्देशांक का अनुमान लगाने के लिए एक जीनोम असेंबली पर कई एम. आर. एन. ए. अनुक्रमों का संरेखण; समरूपता निर्धारित करने के लिए एक प्रजाति से दूसरी प्रजाति के अनुक्रम डेटाबेस पर एक प्रोटीन या एम. आर. एन. ए. अनुक्रम का संरेखण। बशर्ते कि दोनों प्रजातियां बहुत भिन्न न हों, क्रॉस-प्रजाति संरेखण आम तौर पर बी. एल. ए. टी. के साथ प्रभावी होता है। यह संभव है क्योंकि बी. एल. ए. टी. को सही मिलान की आवश्यकता नहीं होती है, बल्कि संरेखण में बेमेल को स्वीकार करता है; बी. एल. ए. टी. का उपयोग दो प्रोटीन अनुक्रमों के संरेखण के लिए किया जा सकता है। हालाँकि, यह इस प्रकार के संरेखण के लिए पसंद का उपकरण नहीं है। बी. एल. ए. एस. टी. पी., मानक प्रोटीन ब्लास्ट उपकरण, प्रोटीन-प्रोटीन संरेखण में अधिक कुशल है; एक जीन के एक्सोनिक और इंट्रोनिक क्षेत्रों के वितरण का निर्धारण; एक विशिष्ट जीन क्वेरी के जीन परिवार के सदस्यों का पता लगाना; एक विशिष्ट जीन के प्रोटीन-कोडिंग अनुक्रम का प्रदर्शन। बी. एल. ए. टी. को कम से कम 40 आधारों की लंबाई के अनुक्रमों के बीच मिलान खोजने के लिए डिज़ाइन किया गया है जो 95 प्रतिशत न्यूक्लियोटाइड पहचान या 80 प्रतिशत अनुवादित प्रोटीन पहचान साझा करते हैं। प्रोसेस बी. एल. ए. टी. का उपयोग लक्षित जीनोमिक डेटाबेस में उन क्षेत्रों को खोजने के लिए किया जाता है जो परीक्षण के तहत एक प्रश्न अनुक्रम के समान होते हैं। बी. एल. ए. टी. द्वारा अपनाई जाने वाली सामान्य एल्गोरिथमिक प्रक्रिया बी. एल. ए. एस. टी. के समान है जिसमें यह पहले डेटाबेस और क्वेरी अनुक्रमों में छोटे खंडों की खोज करता है जिनमें एक निश्चित संख्या में मिलान करने वाले तत्व होते हैं। इन संरेखण बीजों को फिर उच्च-स्कोरिंग जोड़े बनाने के लिए अनुक्रमों की दोनों दिशाओं में बढ़ाया जाता है। हालांकि, बी. एल. ए. टी. बी. एल. ए. एस. टी. से एक अलग अनुक्रमण दृष्टिकोण का उपयोग करता है, जो इसे एक प्रश्न अनुक्रम की समानता के लिए बहुत बड़े जीनोमिक और प्रोटीन डेटाबेस को तेजी से स्कैन करने की अनुमति देता है। यह लक्ष्य डेटाबेस की एक अनुक्रमित सूची (हैश तालिका) को स्मृति में रखकर ऐसा करता है, जो लक्ष्य डेटाबेस के साथ क्वेरी अनुक्रमों की तुलना के लिए आवश्यक समय को काफी कम कर देता है। यह सूचकांक लक्ष्य डेटाबेस में सभी गैर-अतिव्यापी के-मेर्स (के अक्षरों वाले शब्द) के निर्देशांक लेकर बनाया गया है, सिवाय अत्यधिक दोहराए गए के-मेर्स के। BLAT तब प्रश्न अनुक्रम से सभी अतिव्यापी k-mers की एक सूची बनाता है और लक्ष्य डेटाबेस में इनकी खोज करता है, हिट की एक सूची बनाता है जहां अनुक्रमों के बीच मिलान होते हैं (चित्र 1 इस प्रक्रिया को दर्शाता है)। खोज चरण उम्मीदवार समरूप क्षेत्रों की खोज के लिए तीन अलग-अलग रणनीतियों का उपयोग किया जाता हैः पहली विधि के लिए क्वेरी और डेटाबेस अनुक्रमों के बीच एकल पूर्ण मिलान की आवश्यकता होती है अर्थात। दो के-मेर शब्द बिल्कुल समान हैं। इस दृष्टिकोण को सबसे व्यावहारिक नहीं माना जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि उच्च स्तर की संवेदनशीलता प्राप्त करने के लिए एक छोटा के-मेर आकार आवश्यक है, लेकिन इससे गलत सकारात्मक हिट की संख्या बढ़ जाती है, इस प्रकार एल्गोरिथ्म के संरेखण चरण में बिताए गए समय की मात्रा बढ़ जाती है। दूसरी विधि दो के-मेर शब्दों के बीच कम से कम एक बेमेल होने की अनुमति देती है। यह गलत सकारात्मक की मात्रा को कम करता है, जिससे बड़े के-मेर आकारों को संभालने की अनुमति मिलती है जो पिछली विधि से उत्पादित की तुलना में कम कम्प्यूटेशनल रूप से महंगे होते हैं। यह विधि छोटे समरूप क्षेत्रों की पहचान करने में बहुत प्रभावी है। तीसरी विधि के लिए कई परिपूर्ण मिलानों की आवश्यकता होती है जो एक दूसरे के करीब होते हैं। जैसा कि केंट से पता चलता है, यह एक बहुत ही प्रभावी तकनीक है जो समरूप क्षेत्रों के भीतर छोटे सम्मिलन और विलोपन को ध्यान में रखने में सक्षम है। न्यूक्लियोटाइड्स को संरेखित करते समय, बी. एल. ए. टी. तीसरी विधि का उपयोग करता है जिसके लिए आकार 11 (11-मेर्स) के दो पूर्ण शब्द मिलान की आवश्यकता होती है। प्रोटीनों को संरेखित करते समय, बी. एल. ए. टी. संस्करण उपयोग की जाने वाली खोज पद्धति को निर्धारित करता हैः जब क्लाइंट/सर्वर संस्करण का उपयोग किया जाता है, तो बी. एल. ए. टी. तीन पूर्ण 4-मीटर मिलानों की खोज करता है; जब स्वतंत्र संस्करण का उपयोग किया जाता है, तो बी. एल. ए. टी. क्वेरी और डेटाबेस अनुक्रमों के बीच एक पूर्ण 5-मीटर की खोज करता है। BLAT बनाम। BLAT और BLAST के बीच कुछ अंतर नीचे दिए गए हैंः BLAT जीनोम/प्रोटीन डेटाबेस को अनुक्रमित करता है, स्मृति में सूचकांक को बनाए रखता है, और फिर मिलान के लिए प्रश्न अनुक्रम को स्कैन करता है। दूसरी ओर, ब्लास्ट पूछताछ अनुक्रमों का एक सूचकांक बनाता है और मिलान के लिए डेटाबेस के माध्यम से खोज करता है। मेगा ब्लास्ट नामक एक ब्लास्ट संस्करण संरेखण को तेज करने के लिए 4 डेटाबेस को अनुक्रमित करता है। बी. एल. ए. टी. कई सही और लगभग सही मिलानों पर विस्तारित हो सकता है (डिफ़ॉल्ट रूप से न्यूक्लियोटाइड खोजों के लिए लंबाई के 2 सही मिलान 11 और प्रोटीन खोजों के लिए लंबाई 4 के 3 सही मिलान हैं), जबकि बी. एल. ए. टी. केवल तभी विस्तारित होता है जब एक या दो मिलान एक साथ होते हैं। BLAT दो अनुक्रमों के बीच प्रत्येक समरूप क्षेत्र को एक बड़े संरेखण में जोड़ता है, BLAST के विपरीत जो प्रत्येक समरूप क्षेत्र को एक अलग स्थानीय संरेखण के रूप में लौटाता है। ब्लास्ट का परिणाम एक्सॉन की एक सूची है जिसमें प्रत्येक संरेखण एक्सॉन के अंत से ठीक आगे तक फैला हुआ है। हालाँकि, बी. एल. ए. टी. एम. आर. एन. ए. के प्रत्येक आधार को जीनोम पर सही ढंग से रखता है, प्रत्येक आधार का उपयोग केवल एक बार करता है और इसका उपयोग इंट्रॉन-एक्सॉन सीमाओं (यानी। स्प्लाइस साइटें)। BLAT, BLAST की तुलना में कम संवेदनशील है। कार्यक्रम उपयोग बी. एल. ए. टी. का उपयोग या तो वेब-आधारित सर्वर-क्लाइंट कार्यक्रम के रूप में या एक स्वतंत्र कार्यक्रम के रूप में किया जा सकता है। सर्वर-क्लाइंट बी. एल. ए. टी. के वेब-आधारित अनुप्रयोग को यू. सी. एस. सी. जीनोम जैव सूचना विज्ञान साइट से प्राप्त किया जा सकता है। सूचकांक का निर्माण एक अपेक्षाकृत धीमी प्रक्रिया है। इसलिए, वेब-आधारित बी. एल. ए. टी. द्वारा उपयोग की जाने वाली प्रत्येक जीनोम असेंबली एक बी. एल. ए. टी. सर्वर से जुड़ी होती है, ताकि संरेखण के लिए एक पूर्व-संगणित सूचकांक उपलब्ध हो। ये वेब-आधारित बी. एल. ए. टी. सर्वर अनुक्रमणिका को स्मृति में रखते हैं ताकि उपयोगकर्ता अपने प्रश्न अनुक्रमों को दर्ज कर सकें। एक बार क्वेरी अनुक्रम को खोज क्षेत्र में अपलोड/चिपकाने के बाद, उपयोगकर्ता विभिन्न मापदंडों का चयन कर सकता है जैसे कि किस प्रजाति के जीनोम को लक्षित करना है (वर्तमान में 50 से अधिक प्रजातियां उपलब्ध हैं) और उस जीनोम का असेंबली संस्करण (उदाहरण के लिए, मानव जीनोम में चुनने के लिए चार असेंबली हैं), क्वेरी प्रकार (यानी। क्या अनुक्रम डीएनए, प्रोटीन आदि से संबंधित है) और आउटपुट सेटिंग (अर्थात। आउटपुट को कैसे क्रमबद्ध और कल्पना की जाए)। उपयोगकर्ता तब या तो क्वेरी जमा करके या बी. एल. ए. टी. "आई एम फीलिंग लकी" खोज का उपयोग करके खोज चला सकता है। भागवत और अन्य। बी. एल. ए. टी. का उपयोग कैसे किया जाए, इसके लिए चरण-दर-चरण प्रोटोकॉल प्रदान करनाः एक एम. आर. एन. ए./सी. डी. एन. ए. अनुक्रम को एक जीनोमिक अनुक्रम में मैप करना; जीनोम में एक प्रोटीन अनुक्रम को मैप करना; समरूपता खोज करना। इनपुट बी. एल. ए. टी. लंबे डेटाबेस अनुक्रमों को संभाल सकता है, हालांकि, यह लंबे क्वेरी अनुक्रमों की तुलना में छोटे क्वेरी अनुक्रमों के साथ अधिक प्रभावी है। केंट 200,000 आधारों की अधिकतम क्वेरी लंबाई की सिफारिश करता है। यू. सी. एस. सी. ब्राउज़र प्रश्न अनुक्रमों को 25,000 से कम अक्षरों तक सीमित करता है (अर्थात। न्यूक्लियोटाइड्स) डी. एन. ए. खोजों के लिए और 10,000 से कम अक्षरों के लिए (अर्थात। अमीनो एसिड) प्रोटीन और अनुवादित अनुक्रम खोजों के लिए। यू. सी. एस. सी. वेबसाइट पर उपलब्ध बी. एल. ए. टी. खोज जीनोम प्रश्न अनुक्रमों को पाठ के रूप में स्वीकार करता है (प्रश्न बॉक्स में काटा और चिपकाया जाता है) या पाठ फ़ाइलों के रूप में अपलोड किया जाता है। बी. एल. ए. टी. खोज जीनोम एक बार में एक ही प्रकार के कई अनुक्रमों को अधिकतम 25 तक स्वीकार कर सकता है। कई अनुक्रमों के लिए, न्यूक्लियोटाइड्स की कुल संख्या डीएनए खोजों के लिए 50,000 या प्रोटीन या अनुवादित अनुक्रम खोजों के लिए 25,000 अक्षरों से अधिक नहीं होनी चाहिए। डी. एन. ए. क्वेरी अनुक्रम के साथ लक्षित डेटाबेस खोजने का एक उदाहरण चित्र 2 में दिखाया गया है। आउटपुट ए बी. एल. ए. टी. खोज उन परिणामों की सूची देता है जिन्हें अंक के आधार पर घटते क्रम में क्रमबद्ध किया जाता है। निम्नलिखित जानकारी वापस की जाती हैः संरेखण का अंक, प्रश्न अनुक्रम का क्षेत्र जो डेटाबेस अनुक्रम से मेल खाता है, प्रश्न अनुक्रम का आकार, संरेखण के प्रतिशत के रूप में पहचान का स्तर और गुणसूत्र और स्थिति जिसे प्रश्न अनुक्रम मानचित्रित करता है। भागवत और अन्य। वर्णन करें कि बी. एल. ए. टी. "स्कोर" और "आइडेंटिटी" मापों की गणना कैसे की जाती है। प्रत्येक खोज परिणाम के लिए, उपयोगकर्ता को यू. सी. एस. सी. जीनोम ब्राउज़र का एक लिंक प्रदान किया जाता है ताकि वे गुणसूत्र पर संरेखण की कल्पना कर सकें। यह स्टैंड-अलोन बी. एल. ए. टी. पर वेब-आधारित बी. एल. ए. टी. का एक बड़ा लाभ है। उपयोगकर्ता संरेखण से जुड़ी जैविक जानकारी प्राप्त करने में सक्षम है, जैसे कि उस जीन के बारे में जानकारी जिससे प्रश्न मेल खा सकता है। उपयोगकर्ता को जीनोम असेंबली के साथ क्वेरी अनुक्रम के संरेखण को देखने के लिए एक लिंक भी प्रदान किया जाता है। क्वेरी और जीनोम असेंबली के बीच मिलान नीले रंग के होते हैं और संरेखण की सीमाएँ हल्के रंग की होती हैं। ये एक्सॉन सीमाएँ स्प्लाइस साइटों को इंगित करती हैं। "आई एम फीलिंग लकी" खोज परिणाम उपयोगकर्ता द्वारा चुने गए आउटपुट सॉर्ट विकल्प के आधार पर पहले क्वेरी अनुक्रम के लिए उच्चतम स्कोरिंग संरेखण देता है। स्टैंड-अलोन स्टैंड-अलोन बी. एल. ए. टी. बैच रन के लिए अधिक उपयुक्त है, और वेब-आधारित बी. एल. ए. टी. से अधिक कुशल है। यह अधिक कुशल है क्योंकि यह जीनोम को स्मृति में संग्रहीत करने में सक्षम है, वेब-आधारित अनुप्रयोग के विपरीत जो केवल स्मृति में सूचकांक को संग्रहीत करता है। बी. एल. ए. टी. के स्रोत और पूर्व संकलित द्विआधारी दोनों ही शैक्षिक और व्यक्तिगत उपयोग के लिए स्वतंत्र रूप से उपलब्ध हैं। एकल बी. एल. ए. टी. का वाणिज्यिक लाइसेंस केंट इन्फॉर्मेटिक्स, आई. एन. सी. द्वारा वितरित किया जाता है। बी. एल. ए. एस. टी. बुनियादी स्थानीय संरेखण खोज उपकरण अनुक्रम संरेखण सॉफ्टवेयर भी देखें संदर्भ बाहरी लिंक यू. सी. एस. सी. बी. एल. ए. टी. खोज जीनोम केंट इन्फॉर्मेटिक्स, आई. एन. सी. बी. एल. ए. टी. स्रोत कोड बी. एल. ए. टी. एफ. ए. क्यू.-यू. सी. एस. सी. बी. एल. ए. टी. सूट प्रोग्राम विनिर्देशों और उपयोगकर्ता गाइड मानव बी. एल. ए. टी. खोज जैव सूचना विज्ञान सॉफ्टवेयर प्रयोगशाला सॉफ्टवेयर द्वारा।