分子诊断学-第十四章 生物信息学在分子诊断中的作用

1生物信息学在分子诊断中的作用

分子诊断学∙第十四章2第一节生物信息学概论第二节生物信息数据库第三节数据库检索第四节核酸数据分析第五节蛋白质数据分析第六节生物信息学在医学中的应用主要内容3第一节生物信息学概论

生物信息学的定义生物信息学研究的范畴4第一节生物信息学概论一、生物信息学的定义生物信息学是结合了生物学和信息技术，利用计算机和互联网技术，分析海量的并且还在快速积累的生物数据，从中获取生物科学新知识的一门新的交叉科学。56第一节生物信息学概论二、生物信息学研究的范畴第一、各种生物数据库的建立、维护和管理；第二、研究高效率的统计工具、分析算法，发展方便、快捷的分析程序；第三、从海量的原始生物数据中发掘新知识。7

重要生物信息中心生物信息数据库第二节生物信息数据库8一、重要生物信息中心1、美国国家生物技术信息中心(NationalCenterofBiotechnologyInformation,NCBI)(http://);2、欧洲生物信息学研究所(EuropeanBioinformaticsInstitute,EBI)(http://www.ebi.ac.uk/);3、日本国立遗传学研究所(JapanNationalInstituteofGeneticsCenterforInformationBiology)

(http://www.ddbj.nig.ac.jp/)

9二、生物信息数据库核酸和蛋白质一级结构数据库基因组数据库生物大分子三维空间结构数据库以上述数据库和文献资料为基础构建的二级数据库101、核酸数据库1）NCBI的GenBank(http:///web/GenBank/index.html);2）EBI的EMBL)(http://www.ebi.ac.uk/databases/index.html);3）日本国立遗传学研究所的DDBJ(http://www.ddbj.nig.ac.jp/)

112、蛋白质数据库

最重要的蛋白质氨基酸序列数据库是瑞士的SWISS-PROT(/sprot/);

蛋白质信息资源库PIR(ProteinInformationResource),包含所有序列已知的自然界中野生型蛋白质的信息

();PDB蛋白质结构数据库：收集由X射线衍射和核磁共振技术测定的蛋白质大分子三维结构(/pdb)。12第三节数据库检索Entrez检索工具：Entrez是美国国家生物技术信息中心（NCBI）提供的集成检索工具

/Entrez/SRS（SequenceRetrievalSystem）检索工具：是欧洲分子生物学网EMBnet的主要数据库检索工具，可以从

EMBnet的主页进入。

DBGET/LinkDB检索工具：是日本建立的

GenomeNet数据库，该数据库主要针对代谢途径。

http://www.genome.ad.jp/dbget/dbget_manual.html。13图16-1:NCBI网页的Entrez界面14第四节核酸数据分析

核酸序列的基本分析核酸序列的比对分析开放阅读框的分析基因的电子克隆和定位引物设计向数据库提交序列15一、核酸序列的基本分析

核酸序列的分子量、碱基组成、碱基分布等基本分析：

BioEdit(/BioEdit/bioedit.html)DNAMAN(/)

限制性酶切分析：限制性酶数据库(RestrictionEnzymeDataBase,REBASE)(;

/rebase)

测序峰图的查看、核实与修改:Chromas,BioEdit,DNAMAN

测序结果需要识别与去除测序时使用的载体序列：

VecScreen(/VecScreen.html)16程序名称查询序列搜索的数据库BLASTN核酸核酸BLASTP蛋白质蛋白质BLASTX核酸的六读框蛋白质TBLASTN蛋白质核酸的6个读框TBLASTX核酸的6个读框核酸的6个读框二、核酸序列的比对分析BLAST（BasicLocalAlignmentSearchTool）是基本局域联配搜索工具；Blast功能有：1718NCBI网页的BLAST界面19202122NCBI网页的BLAST2SEQUENCES界面232425FASTA：根据用户提交的单个序列进行数据库搜索比对的程序。网上服务器和电子邮件服务：

http://www.ebi.ac.uk/mailto:fasta@ebi.ac.ukhttp://www.fasta.genome.ad.jpmailto:fasta@nig.ac.jp26进行多序列联配：ClustalW:http://www.ebi.ac.uk/clustalw/index.html，

/soft/molbio/align/clustal/，

ftp://ftp.ebi.ac.uk/pub/software/dos/clustalw。ClustalX:CluastalW程序的UNIX版本，它使用X窗口图形界面，

ftp://ftp.ebi.ac.uk/pub/software

ftp://ftp-igbmc.u-strassbg.fr/pub/clustalX。对联配结果进一步编辑，形成适于发表的形式，可用的软件有：SeaView:ftp://biom3.univ-lyon1.frBOXSHADE:/software/box_form.html)CINEMA:

http://www.bioinf.man.ac.uk/dbbrowser/cinema2.1/cinema2hdr.html27三、开放阅读框的分析GT-AG法则：外显子与内含子之间的连接区序列高度保守，如大部分内含子5’端起始的两个碱基是GT，3’端最后两个碱基是AG。基因识别软件，常用的有：ORFFinder(/gorf/gorf.html)GRAIL(/grainbin/)GeneFinder(http://genomic.sanger.ac.uk)Glimmer(/labs/compbio/glimmer.html/)GenScan(/genscan.html)GeneLang(/genlang/)28EST序列进行电子延伸：

将待分析的核酸序列（称为种子序列）采用Blast软件搜索GenBank的EST数据库，获得与种子序列有较高同源性的EST序列，一般要求在重叠40个碱基范围内有95％以上的同源性，称匹配序列；将匹配序列与种子序列装配成新序列，即片段重叠群分析(contiganalysis)；再以新产生的序列为种子序列，重复上述过程，直至没有新的匹配序列为止。四、基因的电子克隆与定位29EST序列进行电子延伸种子序列30对核酸序列进行电子基因定位：利用序列标签位点(SequenceTaggedSite,STS);利用UniGene数据库进行基因电子定位;直接利用基因组序列进行基因电子定位。四、基因的电子克隆与定位31NCBI网页的MapViewer界面32五、引物设计PrimerPremier软件:

Primer3软件:/cgi-bin/primer/primer3Oligo、VectorNT、Omiga等33六、向数据库提交核酸序列

向EMBL提交数据的网络表格可参见：

http://www.ebi.ac.uk/subs/emblsubs.tml

向GenBank数据库提交核酸序列可联网进行

/GenBank/index.html

也可用Sequin软件制作好序列提交文件，向NCBI

发送E-mail(gb-sub@)提交

3435第五节蛋白质序列分析

蛋白质基本性质分析蛋白质结构预测蛋白质功能预测36一、蛋白质基本性质分析

蛋白质的氨基酸组成、分子量、等电点等方面的分析:OMIGA、DNAMAN、BioEdit、MacVector等蛋白质疏水性分析：ProtScale，/cgi-bin/protscale.pl

预测跨膜区：http://genome.cbs.dtu.dk/services/TMHMM-2.0//software/TMPRED_form.htmlhttp://www.emblheidelberg.de/services/sander/predictproteinftp://ftp.biochem.ucl.ac.uk。3738394041用TMHMM软件预测的SARS-CoV的E蛋白的跨膜区42预测信号肽：http://genome.cbs.dtu.dk/services/SignalP/

蛋白质亚细胞定位：http://predict.sanger.ac.uk/nnpsl/43预测信号肽44预测信号肽45蛋白质亚细胞定位46蛋白质亚细胞定位47二、蛋白质功能预测蛋白质序列分析和功能预测的一般流程48

第六节蛋白质序列分析二、蛋白质功能预测磷酸化位点、糖基化位点，特殊的结构区（motif）的分析：PROSITE:/prosite/

BLOCKS:/blocks/PFAM:http://www.sanger.ac.uk/software/pfam/PESCAN:http://www.isrec.isb-sib.ch/software/pfscanInterProScan:http://www.ebi.ac.uk/interpro/scan.htmlSMART:http://smart.embl-heidberg.de/

49三、蛋白质结构预测

蛋白质的立体结构数据库PDB(ProteinDataBank):(/microbio/rasmol)PDBFinder(http://www.sander.embl-heideberg.de/pdbfinder)

蛋白质分子模型数据库(MolecularModelingDatabase);

三维结构显示程序Cn3D(/structure)50

同源建模(Homologymodeling)分析服务

(http://www.expasy.ch/swissmod/sm_toppage.html)

常用的有以下几