Hispanopedia WikiSEA-PHAGES son las siglas de Science Education Alliance-Phage Hunters Advancing Genomics and Evolutionary Science ; anteriormente se llamaba National Genomics Research Initiative. [ 1 ] Esta fue la primera iniciativa lanzada por la Alianza para la Educación Científica (SEA) del Instituto Médico Howard Hughes (HHMI) por su directora Tuajuanda C. Jordan en 2008 para mejorar la retención de estudiantes de ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas (STEM). [ 2 ] SEA-PHAGES es un programa de investigación de pregrado de dos semestres administrado por el grupo de Graham Hatfull de la Universidad de Pittsburgh y la División de Educación Científica del Instituto Médico Howard Hughes . Estudiantes de más de 100 universidades de todo el país participan en una investigación individual auténtica que incluye un laboratorio húmedo y un componente de bioinformática . [ 3 ]
Plan de estudios
Durante el primer semestre de este programa, grupos de entre 18 y 24 estudiantes de pregrado trabajan bajo la supervisión de uno o dos profesores universitarios y un asistente de posgrado —quienes han completado dos talleres de capacitación de una semana de duración— para aislar y caracterizar su propio bacteriófago personal que infecta una célula huésped bacteriana específica a partir de muestras de suelo locales. [ 1 ] Una vez que los estudiantes han aislado con éxito un fago, pueden clasificarlo visualizándolo mediante imágenes de microscopio electrónico (ME) . [ 3 ] Además, los estudiantes extraen y purifican el ADN , y una muestra se envía para su secuenciación, para que esté lista para el plan de estudios del segundo semestre. [ 1 ]
El segundo semestre consiste en la anotación del genoma que la clase envió para su secuenciación. En ese caso, los estudiantes trabajan juntos para evaluar los genes en busca de coordenadas de inicio y fin, sitios de unión a ribosomas y posibles funciones de las proteínas que codifica la secuencia. Una vez completada la anotación, se envía a la base de datos de secuencias de ADN GenBank del Centro Nacional de Información Biotecnológica (NCBI) . [ 1 ] Si aún hay tiempo en el semestre o el ADN enviado no pudo ser secuenciado, la clase puede solicitar el archivo del genoma a la Universidad de Pittsburgh que aún no ha sido secuenciado. Además de las habilidades de laboratorio y bioinformáticas adquiridas, los estudiantes tienen la oportunidad de publicar su trabajo en revistas académicas y asistir a la conferencia nacional SEA-PHAGES en Washington, DC o a un simposio regional.
Bases de datos en línea y programas bioinformáticos utilizados
Base de datos de fagos
Todos los detalles relativos al fago de cada estudiante se hacen públicos al introducirlos en la base de datos en línea PhagesDB para ampliar el conocimiento de la comunidad SEA-PHAGES en su conjunto. [ 4 ]
Arrancador
Starterator crea un informe comparando los sitios de inicio de los genes identificados en el mismo Pham en genomas de fagos anotados y otros borradores; por lo tanto, los estudiantes pueden sugerir un inicio apropiado para los genes autoanotados en su genoma de actinobacteriófago. [ 3 ] [ 4 ] Esta no suele ser una fuente primaria para identificar el inicio de un gen porque no siempre está respaldada por la información de otros programas o las coordenadas de inicio y fin no son las mismas para un gen identificado por DNA Master. [ 5 ]
Explosión local y Blastp
Estos comparan la secuencia de aminoácidos de un gen con otros genomas de fagos secuenciados o anotados dentro de la base de datos para que los estudiantes de la comunidad SEA-PHAGES predigan los inicios y las funciones de sus proteínas. [ 5 ]
Marca genética
Este software genera un informe con su algoritmo que muestra el potencial de codificación para los seis posibles marcos de lectura abiertos de un genoma específico, de modo que se puede evaluar la probabilidad de existencia de un gen durante la anotación. [ 5 ]
Maestro del ADN
DNA Master es una herramienta de software gratuita que los estudiantes pueden descargar en una computadora con Windows y que utiliza los programas GLIMMER , GeneMark , Aragorn y tRNAscan-SE para anotar automáticamente un genoma que se carga como un archivo en formato FASTA . [ 3 ] Dado que esto se realiza mediante un algoritmo informático que solo utiliza tres programas y puede no estar tan actualizado como las versiones en línea, cada gen sugerido debe ser confirmado por las anotaciones de los estudiantes. Estas pasan por varias rondas de revisión por pares antes de ser aceptadas para ser revisadas por expertos de PhagesDB, y luego pueden ser enviadas a GenBank . [ 1 ]
LUZ TENUE
Estos programas son utilizados por DNA Master para predecir el inicio de los genes evaluando la probabilidad de los seis marcos de lectura abiertos (ORF) y las señales del sitio de unión del ribosoma (RBS). [ 6 ] A menudo, GLIMMER y GeneMark coinciden en las predicciones durante la anotación automática, pero a veces dan inicios diferentes que deben evaluarse durante la anotación manual; GLIMMER es actualmente el software más actualizado y se suele utilizar para la coordenada de inicio final.
Aragorn
Este algoritmo es utilizado por DNA Master, y existe una versión en línea que permite contrastar las llamadas realizadas por el software. [ 3 ] Muestra ARNt y ARNm definitivos dentro de un genoma buscando secuencias muy específicas que se plegarían en la distintiva estructura secundaria en forma de trébol. [ 7 ] Si bien este algoritmo se considera muy preciso dada la rapidez con la que produce resultados, puede pasar por alto algunos ARNt que no se ajustan exactamente a sus parámetros de búsqueda. [ 7 ]
tRNAscan-SE
Este programa permite a los estudiantes identificar posibles regiones codificantes de ARNt en secuencias que Aragorn habría pasado por alto, ya que incluye la detección de homólogos de ARNt inusuales; sin embargo, ambos programas tienen sensibilidades entre el 99 y el 100 %. [ 8 ] tRNAscan-SE no detecta los ARNt por sí mismo, sino que genera los resultados de la información procesada de tres programas independientes de predicción de ARNt: tRNAscan, EufindtRNA y búsqueda de modelos de covarianza de ARNt. [ 8 ]
Farmerator
Phamerator muestra una representación visual de los genes y su similitud con otros genomas de fagos seleccionados, marcándolos con rectángulos de colores según la familia o el grupo en el que los agrupa. [ 3 ] Los estudiantes pueden visualizar, comparar, guardar e imprimir mapas genómicos codificados por colores durante sus anotaciones. [ 5 ] Se pueden observar posibles inserciones o deleciones mediante líneas que conectan los genomas de fagos seleccionados. [ 9 ] Además, se puede acceder a las secuencias de nucleótidos y proteínas a través de este programa; sin embargo, los puntos de inicio y fin no siempre coinciden con los de DNA Master, por lo que las secuencias pueden ser incorrectas. [ 10 ]
NCBI Blast y HHPred
Estos programas en línea se utilizan para predecir las funciones de las proteínas mediante la comparación de las secuencias de aminoácidos o nucleótidos de todos los genomas secuenciados, no solo los de los fagos. HHPred detecta homología en las secuencias con otras proteínas cuyas funciones se han descrito en cualquier organismo. [ 11 ] Además, si la proteína se ha identificado en otra secuencia, se puede proporcionar la estructura generada por computadora para visualizar el posible plegamiento de los aminoácidos. [ 11 ]
Referencias
- 1 2 3 4 5 Jordan TC, Burnett SH, Carson S, Caruso SM, Clase K, DeJong RJ, et al. (febrero de 2014). "Un curso de investigación ampliamente implementable en descubrimiento de fagos y genómica para estudiantes de primer año de pregrado" . mBio . 5 (1): e01051-13. doi : 10.1128/mBio.01051-13 . PMC 3950523. PMID 24496795 .
- ↑ "Alianza para la Educación Científica | HHMI.org" . www.hhmi.org . Consultado el 7 de abril de 2018 .
- 1 2 3 4 5 6 "FÁGICAS MARINAS" . Consultado el 3 de abril de 2018 .
- 1 2 Russell, Daniel A.; Hatfull, Graham (6 de diciembre de 2016). "PhagesDB: la base de datos de actinobacteriófagos" . Bioinformatics . 33 ( 5): 784– 786. doi : 10.1093/bioinformatics/btw711 . PMC 5860397. PMID 28365761 .
- 1 2 3 4 "Base de datos de actinobacteriófagos | Inicio" . phagesdb.org . Consultado el 10 de abril de 2018 .
- ↑ Kelley DR, Liu B, Delcher AL, Pop M, Salzberg SL (enero de 2012). "Predicción de genes con Glimmer para secuencias metagenómicas aumentada por clasificación y agrupamiento" . Nucleic Acids Research . 40 (1): e9. doi : 10.1093 / nar/gkr1067 . PMC 3245904. PMID 22102569 .
- 1 2 Laslett D, Canback B (2004). "ARAGORN, un programa para detectar genes de ARNt y genes de ARNmt en secuencias de nucleótidos" . Nucleic Acids Research . 32 (1): 11– 6. doi : 10.1093 / nar/gkh152 . PMC 373265. PMID 14704338 .
- 1 2 Lowe TM, Eddy SR (marzo de 1997). "tRNAscan-SE: un programa para la detección mejorada de genes de ARN de transferencia en secuencias genómicas" . Nucleic Acids Research . 25 (5): 955– 64. doi : 10.1093 / nar/25.5.955 . PMC 146525. PMID 9023104 .
- ↑ Cresawn SG, Bogel M, Day N, Jacobs-Sera D, Hendrix RW, Hatfull GF (octubre de 2011). " Phamerator: una herramienta bioinformática para la genómica comparativa de bacteriófagos" . BMC Bioinformatics . 12 : 395. doi : 10.1186/1471-2105-12-395 . PMC 3233612. PMID 21991981 .
- ↑ "Phamerator" . phamerator.org . Consultado el 10 de abril de 2018 .
- 1 2 "Kit de herramientas de bioinformática" . toolkit.tuebingen.mpg.de . Consultado el 10 de abril de 2018 .
- La enseñanza de las ciencias en los Estados Unidos
- educación en biología