Для цитирования:
Зимняков Д. А., Алонова М. В., Скрипаль А. В., Добдин С. Ю., Федорова В. А. Малоугловая поляриметрия как метод идентификации последовательностей нуклеотидов в биоинформатике // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2023. Т. 23, вып. 1. С. 46-55. DOI: 10.18500/1817-3020-2023-23-1-46-55, EDN: IQKRQK
Малоугловая поляриметрия как метод идентификации последовательностей нуклеотидов в биоинформатике
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.
- 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
- 649 просмотров