Scheer Ildikó: A metagenomikai teleszkóp Budapest Science Meetup, 2014.10.09.

1. A Metagenomikai Teleszkóp
Scheer Ildikó,
MTA TTK Enzimológiai Intézet
2014. 10. 09.

3. Metagenomika
 Genom szekvenálás
 Rengeteg szekvencia információ
 Sok új mikroorganizmus felfedezése
 Metagenom: egy adott környezetben
élő közösség teljes genetikai anyaga
 Metagenomikai adatbázisok létrejötte
 Extrém élőhelyek - archaea
gejzír Pyrococcus

4. Hidden Markov modell (HMM)
 Alkalmazása:
◦ Időbeli mintázat felismerés (beszéd)
◦ Lineáris szekvenciák
 '80-as évektől a bioinformatikában
 HMM: fehérje szekvencia
hasonlóságok keresése valószínűségi
módszerekkel
 HMM génkeresésre

5. HMM genom adatok analízisére
és összehasonlítására
 HMM fehérjékre – random aminosav
szekvencia generátor, sok köztes
állapottal
 Az n+1-edik állapot az n-ediktől függ
 Paraméterek:
◦ Állapotok
◦ Állapotok kimeneti valószínűsége
◦ Átmeneti valószínűségek
 „Rejtett”: a belső állapotokat nem lehet
egyértelműen meghatározni a kimeneti
szekvenciák megfigyelésével

6. HMM – „betanítás”
 Egy sorozatnyi (hasonló)
szekvenciával „betanítható”
 A betanítási folyamat iteratívan
változtatja a paramétereit, hogy ráilljen
a betanítási készletre
 Kimenet: hasonló fehérjék
 Egy adott bármely aminosav
szekvencia – modell megmondja,
hogy mi a valószínűsége, hogy
pontosan ez az adott szekvencia
legyen a kimenet

7. Miért is teleszkóp?

8. Modell organizmus
proteómok
Modell organizmus
proteómok
Adott funkciójú fehérjék számos
fajból
Adott funkciójú fehérjék számos
fajból
Az eredeti projekció
A teleszkóp

9. DNS hibajavító fehérjék
A Gerontológia Molekuláris és Klinikai Alapjai, Kvell és munkatársai, 2011. , PTE

10. Vizsgált DNS hibajavító
fehérjék
◦ dUTPáz
◦ Uracil-DNS glikoziláz (UNG)
◦ Timin-DNS glikoziláz (TDG)
◦ Archea uracil-DNS glikoziláz
◦ NTHL1
◦ OGG1
◦ Rad50
◦ Mre11
(Megelőzés)
Bázis kivágó
javítás
Dupla szálú
DNS törés
javítás

11.  Metagenomok:
◦ Iron Mountain savas iszap
◦ Yellowstone Bison Hőforrás
◦ Eltávolító Iszap Közösség
 Archaea proteómok a „régi
HMM”-ben:
◦ Escherichia coli
◦ Archaea fajok
 Haloferax volcanii
 Halobacterium salinarum
 Methanosarcina acetivorans
 Methanococcus maripalidus
 Thermococcus kodakaraensis
 Pyrococcus furiosus
 Archeoglobus fulgidus
 Methanococcus janaschii
 Pyrococcus abyssi
 Pyrococcus horikoshii
 Methanobacterium
thermoautrophicum
 Sulfolobus acidocaldarius
 Sulfolobus islandicus
 Aeropyrum pernix
 Sulfolobus solfataricus
 Eukarióta proteómok:
◦ Élesztő
◦ Caenorhabditis elegans
◦ Lúdfű
◦ Ecet muslica
◦ Zebra hal
◦ Szarvasmarha
◦ Kutya
◦ Csirke
◦ Egér
◦ Sertés
◦ Patkány
◦ Ember

12. HMM építés
Ismert gén
előfordulások
Összerende-zett
fehérjék
Régi HMM
Eredeti
találatok
Eukarióta
modell
proteóm
Extrém
metagenom
Fehérjék a
metagenomból
Metagenom
találatok
Összerende-zett
találatok
1.
cso-port
2.
cso-port
3.
cso-port
Új
HMM
1
Új
HMM
2
Új
HMM
3
Teleszkóp
találatok
Clustal
HMM
építés
HMM
keresés
Clustal
Csoportosítá
s
HMM
keresés
HMM
keresés
ORF keresés

13. „Új” teleszkóp találatok
Eredeti
találatok
Teleszkóp
találatok
Foszfodiészteráz motívum 1-5 (P1-P5)
Dupla szálú DNS kapcsolat felismerő v
hurok 1-6 (R1-R6)
Konzervált hidrofób felületi csoport
Walker A (P-hurok)
v
Q hurok
Zn-hurok
ABC-”aláírás”
motívum
Walker B
v
His-kapcsoló

14. Találatok – Mre11
Találatok száma
 Több teleszkóp találat,
mint eredeti találat
Eredeti találatok
Teleszkóp találatok
„Új” teleszkóp találatok

15. Találatok – Rad50
Találatok száma
 Több teleszkóp találat,
mint eredeti találat
Eredeti találatok
Teleszkóp
találatok
„Új” teleszkóp
találatok

16. Mre11  Részben már ismert funkciók
1.00
0.90
0.80
0.70
0.60
0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
Mre11 original
Mre11 only in new
Adott tulajdonsággal rendelkező találatok száma
Összes Mre11 találat száma
 De „új” teleszkóp találatok egy
része:
 új fehérje család
 további funkcionális tulajdonság
Mre11 eredeti találat
Mre11 „új” teleszkóp
találat

17. Rad50
1.00
0.90
0.80
0.70
0.60
0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
 De „új” teleszkóp találatok egy
része:
további funkcionális tulajdonságok
Rad50 original
Rad50 only in new
Adott tulajdonsággal rendelkező találatok száma
Összes Rad50 találat száma
 Részben már ismert funkciók
Rad50 eredeti találat
Rad50 „új” teleszkóp
találat

18. A Metagenomikai teleszkóp, mint
módszer, haszna
 Ismeretlen funkciójú fehérje
funkciójának megfejtése
 Ismert fehérje új funkciója

19. Köszönöm szépen a
figyelmet!