CC BY
30160
Секция 9
и перемещению по геному. С другой, у интронов группы 2 в большинстве случаев отсутствует сходство между последовательностями, что осложняет их компьютерный поиск и реконструкцию вторичной и третичной структур. В итоге до сих пор отсутствуют представительные коллекции структур эукариоти-ческих интронов группы 2.
На основании аннотированных в базе мобильных интронов группы 2 55 эукариотических последовательностей [1] мы полуавтоматически построили обобщенные модели вторичной структуры. Черновой вариант структуры строили с помощью алгоритма симулированого отжига, который (а) максимизировал число последовательностей с целевой вторичной структурой, минимизировал (б) ее свободную энергию и (в) время работы программы для поиска последовательностей интронов группы 2 по их вторичной структуре в генетических текстах. На втором этапе структуры корректировались вручную, а также отбирались кандидаты с необходимыми третичными взаимодействиями.
Далее мы применили полученные модели вторичной структуры интронов группы 2 для классификации и реконструкции структуры интронов группы 2 в базе RFAM [2], таким образом построив структурные модели для 1999 последовательностей. Для редких случаев гомологичных последовательностей наши модели подтверждаются присутствием коадаптивных пар. Для построенных структур интронов группы 2 мы провели анализ главных компонент параметров структуры и выявили главные структурные детерминанты.
Работа выполнена при финансовой поддержке Бюджетного проекта 0324-2019-0040. Список литературы
1. Dai, L., Toor, N., Olson, R., Keeping, A., and Zimmerly, S. (2003). Database for mobile group II introns. Nucleic Acids Res. 31: 424-426.
2. Kalvari, I., Argasinska, J., Quinones-Olvera, N., Nawrocki, E.P., Rivas, E., Eddy, S.R., Bateman, A., Finn, R.D., and Petrov, A.I. (2018). Rfam 13.0: shifting to a genome-centric resource for non-coding RNA families. Nucleic Acids Res. 46(D1):D335-D342. DOI: 10.24411/9999-017A-2019-10001 10.1093/nar/gkx1038
Проекционные "гипсометрические" карты молекулярных структур, 3Р-редактор Blender: идентификация атомов
С. В. Филиппов
Институт математических проблем биологии РАН — филиал Института прикладной
математики им. М. В. Келдыша РАН
Email: [email protected]
DOI: 10.24411/9999-017A-2019-10323
В основу нашего метода идентификации атомов положен рендеринг изображения, "параллельного" по отношению к "гипсометрической" карте [1], на котором проекция каждого атома заполняется цветом, соответствующим определенному идентификационному номеру атома. Этот номер формируется в процессе построения 3Б-модели молекулярной структуры Python-программой [2-4] в среде Blender [5] и представляет собой 15-битное целое число.
Каждые пять бит идентификатора размещаются в младших разрядах 8-битных значений цветовых RGB-компонент, определяющих цвет атома. Старшие три бита RGB-компонент одинаковы у всех атомов, принадлежащих одному и тому же химическому элементу, и определяют для него один из 512 возможных цветовых оттенков.
При построении молекулярной модели, цвета, соответствующие атомам, сохраняются в индивидуальном для каждого атома шейдере и записываются в текстовый файл - таблицу соответствия цветов PDB-обозначениям атомов.
Для наглядной идентификации атомов нами написана Python-программа, использующая библиотеки PIL [6] и TkInter [7].
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (код проекта 18-07-00354 А).
Список литературы
1. Салищев К. А. "Картоведение". М.: Изд-во Московского ун-та, 1990, 400 с.
2. Филиппов С. В. Программная платформа Blender как среда моделирования объектов и процессов естественно-научных дисциплин // Препринты ИПМ им. М. В. Келдыша, 2018, № 230, 42 c., DOI: 10.24411/9999-017A-2019-1000110.20948/prepr-2018-230 URL: http://keldysh.ru/papers/2018/prep2018_230.pdf (дата обращения: 28.11.2018).
Компьютерная биология
161
3. Филиппов С. В., Сивожелезов В. С. Метод построения динамических молекулярных моделей в среде открытой 3D-платформы Blender на примере ß2-адренорецептора // Доклады Международной конференции "Математическая биология и биоинформатика". Под ред. В. Д. Лахно. Том 7. Пущино: ИМПБ РАН, 2018. Статья № e45. DOI: 10.24411/9999-017A-2019-1000110.17537/icmbb18.23.
4. Филиппов С. В. Методы работы с динамическими молекулярными моделями, построенными в среде открытого 3D редактора Blender // Доклады Международной конференции "Математическая биология и биоинформатика". Под ред. В. Д. Лахно. Том 7. Пущино: ИМПБ РАН, 2018. Статья № e43. DOI: 10.24411/9999-017A-2019-1000110.17537/icmbb18.62.
5. Сайт программы 3D моделирования, анимации и рендеринга - Blender. [Электрон. ресурс]. URL: https:// www.blender.org (дата обращения: 20.03.2019).
6. Alex Clark. Pillow (PIL Fork) Documentation. Release 5.4.1. [Электрон. ресурс]. URL: http://infohost.nmt.edu/ tcc/help/pubs/tkinter/web/index.html (дата обращения: 23.03.2019). DOI: 10.24411/9999-017A-2019-10001 10.5281/ zenodo.44297.
7. John W. Shipman. Tkinter 8.5 reference: a GUI for Python. [Электрон. ресурс]. URL: http://infohost.nmt.edu/ tcc/help/pubs/tkinter/web/index.html (дата обращения: 23.03.2019).
"Гипсометрические" карты пространственных молекулярных структур
С. В. Филиппов\ Р. В. Полозов2, В. С. Сивожелезов3
1Институт математических проблем биологии РАН — филиал Института прикладной математики им. М. В. Келдыша РАН
2Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН
3Институт биофизики клетки РАН
Email: [email protected]
DOI: 10.24411/9999-017A-2019-10324
Предложен метод графического 2Б-представления (био)молекулярных структур посредством цилиндрического проецирования их 3Б-моделей, где развернутая в плоскость поверхность цилиндра отображает взаимное расположение атомов, а цвет определяет их взаиморасположение по глубине. Цвет выбирается в соответствии с откладываемым на градиентной цветовой шкале кратчайшим расстоянием от центра атома до оси цилиндра.
"Гипсометрические" карты, применяемые в картографии [1], мы предлагаем использовать для представления и анализа пространственной организации биомакромолекулярных и небиологических наноструктур. В особенности они полезны для структур, имеющих цилиндрическую симметрию (многие мембранные белки и нанотрубки). Метод удобен для исследований молекулярных структур, содержащих труднодоступные для визуального анализа сайты связывания. Наш метод позволяет разместить проекционную поверхность в полости молекулярной модели и получить наглядную карту для оценки сайта связывания по его доступности молекулам-лигандам или канала по прохождению через него специфических молекул/ионов.
Метод реализован в виде Python-программы [2-4], исполняемой в среде 3Б-редактора Blender [5].
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (код проекта 18-07-00354 А).
Список литературы
1. Салищев К. А. Картоведение. Изд. 3. М.: Изд-во Московского ун-та, 1990, 400 с.
2. Филиппов С. В. Программная платформа Blender как среда моделирования объектов и процессов естественно-научных дисциплин // Препринты ИПМ им. М. В. Келдыша, 2018, № 230, 42 c., DOI: 10.24411/9999-017A-2019-1000110.20948/prepr-2018-230 URL: http://keldysh.ru/papers/2018/prep2018_230.pdf (дата обращения: 28.11.2018).
3. Филиппов С. В., Сивожелезов В. С. Метод построения динамических молекулярных моделей в среде открытой 3D-платформы Blender на примере ß2-адренорецептора // Доклады Международной конференции "Математическая биология и биоинформатика". Под ред. В. Д. Лахно. Том 7. Пущино: ИМПБ РАН, 2018. Статья № e45. DOI: 10.24411/9999-017A-2019-1000110.17537/icmbb18.23.
4. Филиппов С. В. Методы работы с динамическими молекулярными моделями, построенными в среде открытого 3D редактора Blender // Доклады Международной конференции "Математическая биология и биоинформатика". Под ред. В. Д. Лахно. Т. 7. Пущино: ИМПБ РАН, 2018. Статья № e43. DOI: 10.24411/9999-017A-2019-1000110.17537/icmbb18.62.
5. Сайт программы 3D моделирования, анимации и рендеринга - Blender. [Электрон. ресурс]. URL: https:// www.blender.org (дата обращения: 20.03.2019).
