بلوسوم

يُحذف التسلسل الذي تزيد نسبة تطابقه عن r%. هناك طريقتان لحذف التسلسلات: إما بإزالة التسلسلات من المجموعة، أو ببساطة بإيجاد تسلسلات مشابهة واستبدالها بتسلسلات جديدة تُمثل المجموعة. يُجرى الحذف لإزالة تسلسلات البروتين التي تتجاوز نسبة تشابهها العتبة المحددة.

قاعدة بيانات تخزن محاذاة تسلسلات المناطق الأكثر حفظًا في عائلات البروتينات. تُستخدم هذه المحاذاة لاستخلاص مصفوفات BLOSUM. تُستخدم فقط التسلسلات التي تقل نسبة تطابقها عن الحد الأدنى المحدد. باستخدام هذه القاعدة، يتم حساب أزواج الأحماض الأمينية في كل عمود من أعمدة المحاذاة المتعددة.

يُعطي هذا المقياس نسبة حدوث كل تركيبة من الأحماض الأمينية في البيانات المرصودة إلى القيمة المتوقعة لحدوث الزوج. ويتم تقريب هذه النسبة واستخدامها في مصفوفة الاستبدال.

${\displaystyle LogOddRatio=2\log _{2}{\left({\frac {P\left(O\right)}{P\left(E\right)}}\right)}}$

أين${\displaystyle P\left(O\right)}$هي احتمالية ملاحظة الزوج و${\displaystyle P\left(E\right)}$يمثل الاحتمال المتوقع لحدوث مثل هذا الزوج، بالنظر إلى الاحتمالات الأساسية لكل حمض أميني.

يتم حساب احتمالات القرابة من نسبة الاحتمالات اللوغاريتمية، والتي يتم تقريبها بعد ذلك للحصول على مصفوفات الاستبدال BLOSUM.

يتطلب تقييم أهمية محاذاة التسلسل، مثل وصف احتمالية ظهور زوج من الأحماض الأمينية أو النيوكليوتيدات ذات دلالة بيولوجية، استخدام مصفوفة تسجيل أو جدول قيم. عادةً، عند مقارنة تسلسلين من النيوكليوتيدات، يُقيّم فقط ما إذا كانت قاعدتان متطابقتين في موضع واحد أم لا. تُعطى جميع حالات التطابق وعدم التطابق نفس الدرجة (عادةً +1 أو +5 للتطابق، و-1 أو -4 لعدم التطابق). ^{[ 9 ]} لكن الأمر يختلف بالنسبة للبروتينات. مصفوفات استبدال الأحماض الأمينية أكثر تعقيدًا، وتأخذ ضمنيًا في الحسبان كل ما قد يؤثر على تكرار استبدال أي حمض أميني بآخر. الهدف هو فرض عقوبة كبيرة نسبيًا على محاذاة حمضين أمينيين معًا إذا كان احتمال كونهما متماثلين (مُحاذيين بشكل صحيح عن طريق التطور) منخفضًا. هناك عاملان رئيسيان يدفعان معدلات استبدال الأحماض الأمينية بعيدًا عن التماثل: تحدث الاستبدالات بترددات مختلفة، وتكون أقل قبولًا وظيفيًا من غيرها. وبالتالي، يتم استبعاد عمليات الاستبدال. ^{[ 7 ]}

تشمل مصفوفات الاستبدال الشائعة الاستخدام مصفوفة استبدال الكتل (BLOSUM) ^{[ 1 ]} ومصفوفة الطفرات المقبولة النقطية (PAM) ^{[ 10 ] [ 11 ]} . تعتمد كلتاهما على أخذ مجموعات من عمليات المحاذاة عالية الموثوقية للعديد من البروتينات المتماثلة وتقييم ترددات جميع الاستبدالات، لكنهما تُحسبان باستخدام طرق مختلفة. ^{[ 7 ]}

تُمثل الدرجات ضمن مصفوفة BLOSUM درجات احتمالية لوغاريتمية، تقيس في عملية المحاذاة لوغاريتم نسبة احتمالية ظهور حمضين أمينيين بوظيفة بيولوجية إلى احتمالية ظهورهما معًا بالصدفة. وتستند هذه المصفوفات إلى الحد الأدنى لنسبة التطابق في تسلسل البروتين المُحاذى المستخدم في حسابها. ^{[ 12 ]} يُخصص لكل تطابق أو استبدال مُحتمل درجة بناءً على تردداته المُلاحظة في محاذاة البروتينات ذات الصلة. ^{[ 13 ]} تُمنح الاستبدالات الأكثر احتمالًا درجة موجبة، بينما تُمنح الاستبدالات الأقل احتمالًا درجة سالبة.

لحساب مصفوفة BLOSUM، يتم استخدام المعادلة التالية:

${\displaystyle S_{ij}={\frac {1}{\lambda }}\log {\frac {p_{ij}}{q_{i}q_{j}}}}$

هنا،${\displaystyle p_{ij}}$احتمال وجود حمضين أمينيين${\displaystyle i}$و${\displaystyle j}$يحل كل منهما محل الآخر في تسلسل متماثل، و${\displaystyle q_{i}}$و${\displaystyle q_{j}}$هي احتمالات الخلفية للعثور على الأحماض الأمينية${\displaystyle i}$و${\displaystyle j}$في أي تسلسل بروتيني. العامل${\displaystyle \lambda }$هو عامل قياس، يتم تعيينه بحيث تحتوي المصفوفة على قيم عددية صحيحة يسهل حسابها.

BLOSUM80: المزيد من البروتينات ذات الصلة

BLOSUM62: متوسط ​​المدى

BLOSUM45: بروتينات ذات صلة بعيدة

مصفوفة BLOSUM62 التي تحتوي على الأحماض الأمينية في الجدول مُجمّعة وفقًا لتركيب السلسلة الجانبية، كما في (أ). تُحسب كل قيمة في المصفوفة بقسمة تكرار ظهور زوج الأحماض الأمينية في قاعدة بيانات BLOCKS، مُجمّعة عند مستوى 62%، على احتمال تطابق هذين الحمضين الأمينيين بالصدفة. ثم تُحوّل النسبة إلى لوغاريتم وتُعبّر عنها كقيمة احتمالية لوغاريتمية، كما هو الحال في PAM. عادةً ما تُقاس مصفوفات BLOSUM بوحدات نصف بت. ^{[ 14 ]} تشير القيمة صفر إلى أن تكرار تطابق حمضين أمينيين مُحددين في قاعدة البيانات كان متوقعًا بالصدفة، بينما تشير القيمة الموجبة إلى أن التطابق وُجد أكثر تكرارًا من الصدفة، وتشير القيمة السالبة إلى أن التطابق وُجد أقل تكرارًا من الصدفة.

تستخدم مصفوفة الاحتمالات من الكتل (PMB) لعام 2004 خاصية جمع المسافات التطورية لتحسين تحليل BLOSUM لقاعدة بيانات BLOCKS. استُخدم الإصدار المُحدّث من BLOCKS لعام 2001 لإنشاء مجموعة جديدة من مصفوفات BLOSUM. تُستخدم "ترددات الاستبدال المرصودة" الموجودة في هذه المصفوفات لتقدير ترددات الاستبدال الفعلية (مع زيادة المسافة التطورية، أي انخفاض قيمة r ، قد يُخفي بعض الاستبدال اللاحق استبدالات سابقة). وبذلك، تُعرّف PMB نموذجًا تطوريًا حقيقيًا كما تفعل PAM وJTT. وهي ليست مصفوفة متناظرة . ^{[ 15 ]}

لا يعمل الكود الأصلي الذي كتبه هينيكوف وهينيكوف تمامًا وفقًا لوصف الخوارزمية الوارد في بحثهما ^{[ 1 ]} . وقد استُخدمت دالة BLOSUM62 من ذلك البرنامج كمعيار لسنوات عديدة. والمثير للدهشة أن دالة BLOSUM62 المحسوبة بشكل خاطئ تُحسّن أداء البحث مقارنةً بالنسخة المصححة لعام 2008 من نفس الإنتروبيا النسبية (RBLOSUM64). ^{[ 16 ]}

تزعم مقالة نُشرت عام 2018 أن RBLOSUM أفضل من BLOSUM و CorBLOSUM. ^{[ 17 ]}

كشفت دراسة نُشرت عام 2016 عن أخطاء أخرى في الكود الأصلي لم تُعالجها نسخة RBLOSUM المُصححة عام 2008. وقد أظهرت النسخة المُصححة من هذه الدراسة، CorBLOSUM، فعاليةً أكبر من BLOSUM في البحث عن التشابه في حوالي 75% من الحالات. ^{[ 18 ]}

استُخدمت نتائج BLOSUM للتنبؤ بفهم متغيرات الجينات السطحية بين حاملي فيروس التهاب الكبد B ^{[ 19 ]} ومحددات الخلايا التائية. ^{[ 20 ]}

تُستخدم مصفوفات BLOSUM أيضًا كمصفوفة تقييم عند مقارنة تسلسلات الحمض النووي أو تسلسلات البروتين لتقييم جودة المحاذاة. ويُستخدم هذا النوع من أنظمة التقييم في مجموعة واسعة من برامج المحاذاة، بما في ذلك BLAST . ^{[ 21 ]}

توجد النسخة "المرجعية" من BLOSUM في مجموعات أدوات NCBI . توفر كل من مجموعة أدوات NCBI C القديمة (التي تم إيقاف دعمها) ومجموعة أدوات NCBI C++ الحالية مصفوفات BLOSUM45 وBLOSUM50 وBLOSUM62 وBLOSUM80 وBLOSUM90. كما توفر كلتاهما واجهات برمجة تطبيقات (APIs) لاستخدام هذه المصفوفات. ^{[ 24 ] [ 25 ]}

يُمكن العثور على الشفرة المصدرية الأصلية لحساب BLOSUM على موقع NCBI الإلكتروني، على الرابط التالي: https://ftp.ncbi.nih.gov/repository/blocks/unix/blosum/ . يُمثل هذا الأرشيف "blosum.tar.Z" النسخة الأصلية التي احتوت على أخطاء في الحساب مع تحسين أداء البحث منذ عام 1992. ^{[ 16 ]} كما يحتوي الأرشيف على مخرجات BLOSUM مُحسوبة مُسبقًا عند مستويات التشابه التالية: "-2" (blosumn)، 30، 40، 45، 50، 55، 60، 62، 65، 70، 75، 80، 85، 90، 95، و100. ^{[ 26 ]}