ELABORAÇÃO DE ALGORITMO ALTERNATIVO EFICIENTE NA CONSTRUÇÃO DE ÁRVORES FILOGENÉTICAS: VETORES DE FREQUÊNCIA DE TRI-PEPTÍDEOS E ENTRADAS INTERPRO

  • Lucas Felipe SILVA Graduando em Engenharia Química; Centro Universitário de Belo Horizonte Unibh, Belo Horizonte – Minas Gerais
  • Dalila Dominique Duarte ROCHA Graduada em Biotecnologia pela Faculdade Ciências da Vida, Sete Lagoas-MG
  • Marcos Augusto dos SANTOS Doutor em Engenharia de Sistemas e Computação; Universidade Federal de Minas Gerais UFMG, Belo Horizonte-Minas Gerais
  • Bráulio Roberto Gonçalves Marinho COUTO Doutor em Bioinformática; Centro Universitário de Belo Horizonte Unibh, Belo Horizonte-Minas Gerais

Resumo

No estudo da evolução das espécies, é imprescindível a utilização de árvores filogenéticas para verificar a relação entre os mesmos. Entretanto, a reconstrução evolutiva de organismos usando métodos filogenéticos tradicionais pode ser afetada por erros, por exemplo, de alinhamentos incorretos ou por utilizar um número restrito de genes. Além disto, métodos de alinhamentos de sequências completas de genoma são impraticáveis, pois demandam um enorme esforço computacional. Neste contexto, a representação de proteínas como vetores no espaço multidimensional abre possibilidades em aplicação de métodos de Álgebra Linear para investigar tais relações. O banco de dados InterPro integra modelos preditivos ou "assinaturas" de proteínas, qualificando-o como ferramenta no estudo de processos evolutivos. A presente pesquisa busca responder às seguintes questões: a) genomas analisados por métodos de Álgebra Linear, usando como representação vetorial a frequência de tripeptídeos e entradas de InterPro podem gerar relações filogenéticas válidas do ponto de vista biológico? b) comparado a métodos clássicos, de alinhamentos de sequências completas de genoma, como são os resultados usando Álgebra Linear, tanto do ponto de vista das árvores filogenéticas geradas, quanto do resulto computacional? Foram analisados genomas completos de 14 espécies de plantas modelos retiradas do banco de dados Uniprot (http://www.uniprot.org/proteomes/), sendo realizada análise filogenética por meio de duas técnicas distintas: Metodologia clássica (alinhamentos par-a-par), uso de Álgebra Linear com vetores de frequência de tri-peptídeos e com vetores de entradas do InterPro. Na análise clássica as sequencias dos genomas foram testados nos programas: MEGA, ClustalW, Clustal Omega, MUSCLE, BioEdit, CLC Sequence. Na análise utilizando álgebra linear foi elaborada uma matriz com a presença (1) ou ausência (0) de entradas InterPro, e a partir disto, construído vetores para a representação dos genomas das espécies. Em outra representação, as sequências proteicas foram transformadas em vetores de frequências de tri-peptídeos e posteriormente realizada a filogenia através do software MATLAB (algoritmo de Needleman-Wunsch para alinhamento global).  Utilizando-se o método clássico não foi possível gerar nenhum resultado válido, devido a problemas computacionais sendo que nenhum dos programas apresentados suportou a grande quantidade de dados (os genomas avaliados tinham, em média, aproximadamente 13 milhões de aminoácidos). Com o uso da Álgebra Linear foi possível construir árvores filogenéticas que apresentaram resultados similares, tanto quando os genomas completos foram representados por vetores de frequência de tri-peptídeos quanto como vetores de entradas do InterPro. Foi verificado que a distribuição das espécies no dendograma gerado estava de acordo com a taxonomia apresentada na literatura.  Os resultados obtidos demonstram que genomas podem ser avaliados por meio de técnicas de Álgebra Linear, esta premissa e de suma importância no tratamento de dados de relação evolutiva de espécies, e para o planejamento de melhoristas no estudo de genes com base em marcadores moleculares e programas de preservação de espécies.   Palavras-chave: Árvore filogenética. Interpro. Álgebra linear

Referências

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SALEMI, M.; VANDAMME, A. M. The Phylogenetic Handbook: a practical approach to DNA and protein phylogeny. Cambridge: Cambridge University Press. 2003.

COUTO, B.; COIMBRA, B.; TOFANI, G.; IRFFI, G.; ROCHA, C.; SANTOS, M. dos. Codifying Primary Protein Structure as Peptides Frequencies Vector An Efficient Alternative Method to Investigate Relationships among Genes and Organisms. IARIA, p. 84-92, 2014.

MARCOLINO, L. S.; COUTO, B. R. G. M.; SANTOS, M. A. Genome Visualization in Space. Advances in Soft Computing, p. 225-232. 2010.

XIE, D.; SCHLICK, T. Visualization of chemical databases using the singular value decomposition and truncated-Newton minimization. In: FLOUDAS, C. A.; PARDALOS, P. M. (eds.). Optimization in Computational Chemistry and Molecular Biology: Local and Global Approaches, Dororecht/Boston/London: Kluwer Academic Publishers, v. 40, p. 267-286, 2000.
Publicado
2015-11-16
Como Citar
SILVA, Lucas Felipe et al. ELABORAÇÃO DE ALGORITMO ALTERNATIVO EFICIENTE NA CONSTRUÇÃO DE ÁRVORES FILOGENÉTICAS: VETORES DE FREQUÊNCIA DE TRI-PEPTÍDEOS E ENTRADAS INTERPRO. Revista Brasileira de Ciências da Vida, [S.l.], v. 3, n. 2, p. 4, nov. 2015. ISSN 2525-359X. Disponível em: <http://jornal.faculdadecienciasdavida.com.br/index.php/RBCV/article/view/57>. Acesso em: 26 jun. 2017.

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