Отправить статью по E-mail Малоугловая поляриметрия как метод идентификации последовательностей нуклеотидов в биоинформатике
- Авторы: Зимняков Д.А.1, Алонова М.В.1, Скрипаль А.В.2, Добдин С.Ю.2, Федорова В.А.2
-
Учреждения:
- Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю. А.
- Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
- Выпуск: Том 23, № 1 (2023)
- Страницы: 46-55
- Раздел: Статьи
- URL: https://ogarev-online.ru/1817-3020/article/view/250726
- DOI: https://doi.org/10.18500/1817-3020-2023-23-1-46-55
- EDN: https://elibrary.ru/IQKRQK
- ID: 250726
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Рассмотрен метод идентификации символьных последовательностей, ассоциируемых с генетической структурой биологических объектов, с использованием принципов малоугловой поляриметрии. В рамках метода анализируемая символьная последовательность представляется двумерной фазомодулирующей матрицей, каждый элемент которой соответствует одному из четырех базовых нуклеотидов (аденину, цитозину, тимину, гуанину), а глубина модуляции фазы считывающего когерентного линейно поляризованного пучка определяется содержанием данного нуклеотида в соответствующем триплете в последовательности нуклеотидов. В результате дифракции считывающего когерентного пучка с плоскостью поляризации, ориентированной под углом 45° к сторонам фазомодулирующей матрицы, в приосевой области дальней зоны дифракции формируется пространственное распределение локальных состояний поляризации дифрагировавшего на матрице считывающего поля. Дискриминация локальных состояний поляризации в соответствии с предложенным алгоритмом позволяет синтезировать бинарное пространственное распределение, являющееся уникальным идентификатором анализируемой символьной последовательности. Моделирование процессов фазового кодирования и последующего анализа локальных состояний поляризации в приосевой области с использованием результатов секвенирования для штаммов «Ухань», «Дельта» и «Омикрон» вируса SARS-CoV-2 показало высокую чувствительность метода к локальным изменениям в структуре последовательностей нуклеотидов.
Об авторах
Дмитрий Александрович Зимняков
Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю. А.410054, Саратов, ул. Политехническая, 77
Марина Васильевна Алонова
Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю. А.410054, Саратов, ул. Политехническая, 77
Анатолий Владимирович Скрипаль
Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского410012, Россия, г. Саратов, ул. Астраханская, 83
Сергей Юрьевич Добдин
Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского410012, Россия, г. Саратов, ул. Астраханская, 83
Валентина Анатольевна Федорова
Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского410012, Россия, г. Саратов, ул. Астраханская, 83
Список литературы
- Andelfinger G., Hitte C., Etter L., Guyon R., Bourque G., Tesler G., Pevzner P., Kirkness E., Galibert F., Benson D. W. Detailed four-way comparative mapping and gene order analysis of the canine ctvm locus reveals evolutionary chromosome rearrangements // Genomics. 2004. Vol. 83. P. 1053–1062. https://doi.org/10.1016/j.ygeno.2003.12.009
- Anisimova M., Bielawski J. P., Yang Z. Accuracy and power of Bayes prediction of amino acid sites under positive selection // Mol. Biol. Evol. 2002. Vol. 19. P. 950–958. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.molbev.a004152
- Rivas E., Eddy S. R. Noncoding RNA gene detection using comparative sequence analysis // BMC Bioinform. 2001. Vol. 2. P. 1–19. https://doi.org/10.1186/1471-2105-2-8
- Hwang D. G., Green P. Bayesian Markov chain Monte Carlo sequence analysis reveals varying neutral substitution patterns in mammalian evolution // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004. Vol. 101. P. 13994–14001. https://doi.org/10.1073/pnas.0404142101
- Eddy S. R. A model of the statistical power of comparative genome sequence analysis // PLoS Biol. 2005. Vol. 3. P. e10. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.0030010
- Gitter A., Siegfried Z., Klutstein M., Fornés O., Oliva B., Simon I., Bar-Joseph Z. Backup in gene regulatory networks explains differences between binding and knockout results // Mol. Syst. Biol. 2009. Vol. 5. P. 276. https://doi.org/10.1038/msb.2009.33
- Cooper G. M., Brudno M., Green E. D., Batzoglou S., Sidow A. Quantitative estimates of sequence divergence for comparative analyses of mammalian genomes // Genome Res. 2003. Vol. 13. P. 813–820. https://doi.org/10.1101/gr.1064503
- Abnizova I., Walter K. Te Boekhorst R., Elgar G., Gilks W. R. Statistical information characterization of conserved non-coding elements in vertebrates // J. Bioinform. Comput. Biol. 2007. Vol. 5. P. 533–547. https://doi.org/10.1142/S0219720007002898
- Orlov Y. L. Te Boekhorst R., Abnizova I. I. Statistical measures of the structure of genomic sequences: Entropy, complexity, and position information // J. Bioinform. Comput. Biol. 2006. Vol. 4. P. 523–536. https://doi.org/10.1142/S0219720006001801
- Sorek R., Safer H. M. A novel algorithm for computational identification of contaminated EST libraries // Nucleic Acids Res. 2003. Vol. 31, iss. 3. P. 1067–1074. https://doi.org/10.1093/nar/gkg170
- Altschul S. F., Gish W., Miller W., Myers E. W., Lipman D. J. Basic local alignment search tool // J. Mol. Biol. 1990. Vol. 215. P. 403–410. https://doi.org/10.1016/S0022-2836(05)80360-2
- Guide to Human Genome Computing / ed. M. J. Bishop. 2nd ed. San Diego, CA, USA : Academic Press, 1998. 306 p.
- Automated DNA Sequencing and Analysis / eds. M. D. Adams, C. Fields, J. C. Venter. 1st ed. San Diego, CA, USA : Academic Press, 1994. 368 p.
- Bioinformatics for DNA Sequence Analysis / ed. D. Posada. 1st ed. Totova, NJ, USA : Humana Press Inc., 2009. 368 p. https://doi.org/10.1007/978-1-59745-251-9
- Оптическая голография: в 2 т. / под ред. Г. Колфилда. М. : Мир, 1982. Т. 2. 186 с.
- Ulianova O. V., Zaytsev S. S., Saltykov Y. V., Lyapina A., Subbotina I., Filonova N., Ulyanov S. S., Feodorova V. A. Speckle-interferometry and speckle-correlometry of GB-speckles // Front. Biosci. (Landmark Ed). 2019. Vol. 24. P. 700–711. https://doi.org/10.2741/4744
- Ulyanov S. S., Ulianova O. V., Zaytsev S. S., Saltykov Y. V., Feodorova V. A. Statistics on genebased laser speckles with a small number of scatterers: Implications for the detection of polymorphism in the Chlamydia trachomatis omp1 gene // Las. Phys. Lett. 2018. Vol. 15, № 4. Article number 045601. https://doi.org/10.1088/1612-202X/aaa11c
- Goodman J. W. Introduction to Fourier Optics. 4th ed. New York, USA : Macmillan Learning, 2017. 564 p.
- Goodman J. W. Statistical Optics. 2nd ed. Hoboken, NJ, USA : J. Wiley and Sons, Inc., 2015. 544 p.
- Chipman R., Lam W.-S. T., Young G. Polarized Light and Optical Systems. 1st ed. Boca-Raton, FL, USA : CRC Press, 2018. 1036 p. (Optical Sciences and Applications of Light).
- GISAID: Official hCoV-19 Reference Sequence. URL: https://gisaid.org/wiv04/. Acc. ID: EPI_ISL_402124 (дата обращения: 15.08.2021).
- GISAID: Official hCoV-19 Reference Sequence. URL: https://gisaid.org/wiv04/. Acc. ID: EPI_ISL_2552101 (дата обращения: 15.08.2021).
- GISAID: Official hCoV-19 Reference Sequence. URL: https://gisaid.org/wiv04/. Acc. ID: EPI_ISL_9991311 (дата обращения: 15.08.2021).
- Bennett C. H., Brassard G. Quantum cryptography: Public key distribution and coin tossing // Proceedings of International Conference on Computers, Systems & Signal Processing, Dec. 9–12, 1984, Bangalore, India. IEEE, 1984. P. 175–179.
- Bennett C. H., Brassard G. Quantum cryptography: Public key distribution and coin tossing // Theoretical Computer Science. 2014. Vol. 560 (part 1). P. 7–11. https://doi.org/10.1016/j.tcs.2014.05.025
- Bennett C. H. Quantum cryptography using any two nonorthogonal states // Phys. Rev. Lett. 1992. Vol. 68. P. 3121–3124. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.68.3121
Дополнительные файлы
