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SEA-PHAGES はScience Education Alliance-Phage Hunters Advancing Genomics and Evolutionary Scienceの略で、以前は National Genomics Research Initiative と呼ばれていました。[1]これは、ハワード・ヒューズ医学研究所(HHMI) の Science Education Alliance (SEA) が、そのディレクターであるTuajuanda C. Jordan氏によって 2008 年に立ち上げた最初のイニシアチブであり、科学、技術、工学、数学(STEM) の学生の定着率を向上させることを目的としています。 [2] SEA-PHAGES は、ピッツバーグ大学の Graham Hatfull氏のグループとハワード・ヒューズ医学研究所の科学教育部門によって運営される 2 学期の学部生研究プログラムです。全国 100 以上の大学の学生が、ウェットベンチ実験室とバイオインフォマティクスの要素を含む本格的な個人研究に取り組んでいます。[3]
カリキュラム
このプログラムの第1学期には、1クラス約18～24名の学部生が、2週間のトレーニングワークショップを修了した1～2名の大学教員と大学院生アシスタントの指導の下、地元の土壌サンプルから特定の細菌宿主細胞に感染する独自のバクテリオファージを分離し、特徴づける作業に取り組みます。 [1]学生がファージの分離に成功すると、電子顕微鏡（EM）画像で視覚化して分類できるようになります。[3]また、学生によってDNAが抽出・精製され、サンプルの1つが第2学期のカリキュラムに備えて配列決定に送られます。[1]
2学期目は、クラスが送って配列決定したゲノムの注釈付けからなります。その場合、学生は協力して、開始-終了座標、リボソーム結合部位、および配列がコードするタンパク質の考えられる機能について遺伝子を評価します。注釈が完了すると、国立生物工学情報センター（NCBI）のDNA配列データベースGenBankに送信されます。[1]学期内にまだ時間がある場合、または送信されたDNAを配列決定できなかった場合は、クラスはピッツバーグ大学にまだ配列決定されていないゲノムファイルを要求できます。習得した実験室およびバイオインフォマティクスのスキルに加えて、学生は学術雑誌に研究成果を発表し、ワシントンDCで開催される全国SEA-PHAGES会議または地域のシンポジウムに 参加する機会があります。
使用されるオンラインデータベースとバイオインフォマティクスプログラム
ファージDB
各学生のファージに関するすべての詳細は、オンラインデータベースPhagesDBに入力されて公開され、SEA-PHAGESコミュニティ全体の知識を拡大します。[4]
スターター
Starteratorは、注釈付きファージゲノムと他のドラフト内の同じPham内の遺伝子の呼び出された開始部位を比較してレポートを作成します。そのため、学生はアクチノバクテリオファージゲノム内の自動注釈付き遺伝子の適切な開始を提案できます。[3] [4]これは通常、遺伝子の開始を呼び出すための主要な情報源ではありません。他のプログラムの情報によって常にサポートされているとは限らないため、またはDNAマスターによって呼び出された遺伝子の開始-終了座標が同じではないためです。[5]
ローカルブラストとBlastp
これらは、遺伝子のアミノ酸配列をデータベース内の他の配列または注釈付きのファージゲノムと比較し、SEA-PHAGESコミュニティの学生がタンパク質の開始と機能を予測できるようにします。[5]
ジーンマーク
このソフトウェアは、特定のゲノムの6つの可能なオープンリーディングフレームのコーディングの可能性を示すアルゴリズムを使用してレポートを生成するため、アノテーション中に遺伝子の存在確率を評価できます。[5]
DNAマスター
DNA Masterは、学生がWindowsコンピューターにダウンロードできる無料のソフトウェアツールで、GLIMMER、GeneMark、Aragorn、tRNAscan-SEプログラムを使用して、 FASTA形式のファイルとしてアップロードされたゲノムに自動注釈を付けます。[3]これは3つのプログラムのみを使用するコンピューターアルゴリズムによって行われ、オンラインバージョンほど更新されていない可能性があるため、提案された各遺伝子は学生の注釈によって確認される必要があります。これらは、PhagesDBの専門家によるレビューに承認される前に数回のピアレビューを経て、GenBankに提出できます。[1]
きらめき
DNA Masterはこれらのプログラムを使用して、6つのオープンリーディングフレーム（ORF）とリボソーム結合部位（RBS）シグナルの確率を評価し、遺伝子の開始を予測します。[6]多くの場合、GLIMMERとGeneMarkは自動注釈付け中に予測が一致しますが、手動注釈付け中に評価する必要がある異なる開始を示すこともあります。GLIMMERは現在最も更新されたソフトウェアであり、通常は最終的な開始座標に使用されます。
アラゴルン
このアルゴリズムはDNAマスターで利用されており、ソフトウェアによる呼び出しを相互参照するために使用できるオンラインバージョンがあります。[3]このアルゴリズムは、特徴的なクローバーリーフ二次構造に折り畳まれる非常に特定の配列を探すことで、ゲノム内の決定的なtRNAとtmRNAを表示します。 [7]このアルゴリズムは、結果を生成する速度を考えると非常に正確であると考えられていますが、検索パラメータ内に正確に収まらないtRNAを見逃す可能性があります。[7]
tRNAスキャンSE
このプログラムでは、異常なtRNA相同体の検出も含まれるため、Aragornでは見逃されていたであろう配列中のtRNAのコード領域を特定することができます。ただし、両プログラムの感度は99～100%です。[8] tRNAscan-SEはtRNA自体を検出するのではなく、tRNAscan、EufindtRNA、tRNA共分散モデル検索という3つの独立したtRNA予測プログラムから処理された情報の結果を出力します。[8]
ファメレーター
Phamerator は、遺伝子の視覚的表現と、それらがグループ化されている Phamily または Pham に基づいて色付きの四角でマークすることにより、他の選択されたファージゲノムとの類似性を示します。[3] 学生は注釈付け中に、色分けされたゲノムマップを表示、比較、保存、印刷できます。[5]挿入または削除の可能性は、選択したファージゲノム間の接続線で確認できます。[9]また、このプログラムを通じてヌクレオチドおよびタンパク質配列にアクセスできますが、開始と終了が DNA Master と常に一致するとは限らないため、配列が間違っている可能性があります。[10]
NCBI Blast と HHPred
これらのオンラインプログラムは、ファージだけでなく、配列されたすべてのゲノムのアミノ酸またはヌクレオチド配列を比較して、タンパク質の機能を予測するために使用されます。HHPredは、任意の生物で機能が呼び出された他のタンパク質との配列の相同性を検出します。[11]また、タンパク質が別の配列で特定されている場合は、コンピューターで生成された構造が提供され、アミノ酸の可能な折り畳みを視覚化できます。[11]
参考文献
- ^ abcde Jordan TC、Burnett SH、Carson S、Caruso SM、Clase K、DeJong RJ、他 (2014 年 2 月)。「学部 1 年生向けのファージ発見とゲノミクスに関する幅広く実施可能な研究コース」。mBio . 5 ( 1): e01051-13. doi :10.1128/mBio.01051-13. PMC 3950523. PMID 24496795 。
- ^ 「Science Education Alliance | HHMI.org」www.hhmi.org . 2018年4月7日閲覧。
- ^ abcdef 「SEA-PHAGES」。2018年4月3日閲覧。
- ^ ab Russell, Daniel A.; Hatfull, Graham (2016年12月6日). 「PhagesDB: アクチノバクテリオファージデータベース」.バイオインフォマティクス. 33 (5): 784–786. doi : 10.1093/bioinformatics/btw711. PMC 5860397. PMID 28365761.
- ^ abcd 「アクチノバクテリオファージデータベース | ホーム」。phagesdb.org 。2018年4月10日閲覧。
- ^ Kelley DR、Liu B、Delcher AL、Pop M、Salzberg SL (2012 年 1 月)。「分類とクラスタリングによって強化されたメタゲノム配列の Glimmer による遺伝子予測」。核酸研究。40 ( 1): e9。doi : 10.1093/ nar /gkr1067。PMC 3245904。PMID 22102569。
- ^ ab Laslett D, Canback B (2004). 「ARAGORN、ヌクレオチド配列中のtRNA遺伝子とtmRNA遺伝子を検出するプログラム」。Nucleic Acids Research . 32 (1): 11–6. doi :10.1093/nar/gkh152. PMC 373265 . PMID 14704338.
- ^ ab Lowe TM、Eddy SR (1997 年3 月)。「tRNAscan- SE : ゲノム配列中の転移 RNA 遺伝子 の検出精度を向上させるプログラム」。核酸研究。25 (5): 955–64。doi :10.1093/nar/25.5.955。PMC 146525。PMID 9023104。
- ^ Cresawn SG、Bogel M、Day N、Jacobs-Sera D、Hendrix RW、Hatfull GF (2011 年 10 月)。 「 Phamerator: 比較バクテリオファージゲノミクスのためのバイオインフォマティクスツール」。BMC Bioinformatics。12 : 395。doi : 10.1186 / 1471-2105-12-395。PMC 3233612。PMID 21991981。
- ^ 「Phamerator」。phamerator.org 。 2018年4月10日閲覧。
- ^ ab "Bioinformatics Toolkit". toolkit.tuebingen.mpg.de . 2018年4月10日閲覧。