BLAST

BLAST

BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) és un algoritme i programa informàtic d'alineamiento de seqüències de tipo local, ya siga d'ADN, ARN o de proteïnas. El programa és capaç de comparar una seqüència problema (també denominada en la lliteratura seqüència query) contra una gran cantitat de seqüències que es troben en una base de senyes. l'algoritme troba les seqüències de la base de senyes que tenen major semblat a la seqüència problema. És important mencionar que BLAST usa un algoritme heurístic per lo que no nos pot garantisar que ha trobat la solució correcta. No obstant, BLAST és capaç de calcular la significació dels seus resultats, per lo que nos proveïx d'un paràmetro per a jujar els resultats que s'obtenen.

Normalment el BLAST és usat per a trobar provables gens homòlecs. Per lo general, quan una nova seqüència és obtinguda, s'usa el BLAST per a comparar-la en atres seqüències que han segut prèviament caracterisades, per a aixina poder inferir la seua funció. El BLAST és la ferramenta més usada per a l'anotació i predicció funcional de genés o seqüències proteiques. Moltes variants han segut creades per a resoldre alguns problemes específics de busca.

BLAST és desenrollat pels Instituts Nacionals de Salut del govern d'EE. UU., per lo que és de domini públic i pot usar-se gratuïtament des del servidor del Centre Nacional per a l'Informació Biotecnológica (NCBI). També està disponible per a ser instalat localment. Algunes ventages d'usar el servidor del NCBI són que l'usuari no té que mantindre ni actualisar les bases de senyes i que la busca es fa en un cluster de computadores, lo que otorga rapidea. Les desventages són: no es permeten fer busques massives ya que és un recurs compartit, no es pot personalisar les bases de senyes contra la que busca el programa, i les seqüències són enviades al servidor del NCBI sense cap tipo de sifrat, lo que pot ser un problema per a els qui vullguen mantindre les seues seqüències privades. L'aplicació local de BLAST té la ventaja de que permet manejar varis paràmetros que en les busques de NCBI estan estandardisats, per lo que proveïx una major flexibilitat per als usuaris alvançats.

Algoritme de el BLAST

BLAST usa l'algoritme Smith-Waterman per a realisar els seus alineamientos

BLAST usa una matriu de substitució d'aminoàcits o nucleòtits per a calificar els seus alineamientos. Dita matriu conté la puntuació (també cridada score) que se li dona en alinear un nucleòtit o un aminoàcit X de la seqüència A en un atre aminoàcit I de la seqüència B. Les matrius més usades per a calificar alineamientos de proteïnes són la BLOSUM i la PAM (abdós varen ser obtingudes medint la freqüència dels aminoàcits en una gran mostra de proteïnes). També es permet a l'usuari definir la seua pròpia matriu. El tipo de matriu usada és determinant per als resultats que s'obtindran, l'us d'una matriu incorrecta pot dur a calificar erròneament els alineamientos i per lo tant obtindre resultats equivocats.

L'algoritme de BLAST té tres etapes principals: ensemillado, extensió i evaluació. A continuació es descriuen breument cada una d'elles:

Primera etapa: ensemillado o seeding.

En esta etapa es busquen "paraules" chicotetes en les seqüències de la base de senyes, que corresponen a fragments de la seqüència problema. BLAST assumix que els alineamientos significatius deuen contindre estes paraules. Només es consideren significatives les paraules que tinguen una puntuació major a T (T és un paràmetro que es puga modificar en usar el programa) i que es troben a lo manco a una distància A de una atra paraula. W és un atre paràmetro usat per BLAST i es referix al tamany de les paraules a buscar. Ajustant els paràmetros T, A i W es pot triar entre fer un alineamiento sensible pero llent, o un més ràpit pero en menor sensibilitat.

Segona etapa: extensió.

Una volta obtingudes les paraules que complixen en els criteris donats, es passa a l'etapa d'extensió. En esta etapa el alineamiento es va estenent a abdós costats de les paraules. L'extensió realisada en este punt es realisa fent us de l'algoritme de Smith-Waterman. BLAST va estenent el alineamiento fins que la puntuació del alineamiento descendixca X o més punts sobre la puntuació més alta obtinguda anteriorment. Ací residix el factor heurístic de el BLAST, ya que en impondre el llímit X, evita estendre a lo llarc de tota la seqüència tots els alineamientos (procés que duria massa temps). El perill que açò comporta és que el programa es pot quedar atorado en un màxim local. És per això que la definició de X és determinant per al resultat.

Tercera etapa: evaluació

Una volta terminada l'extensió de totes les paraules, cada u dels alineamientos realisats és evaluat per a determinar la seua significació estadística. Per a això, el programa elimina els alineamientos inconsistentes (alineamientos que junten la mateixa part de la seqüència problema en distintes parts d'una seqüència en la base de senyes). Els alineamientos resultants són cridats parells d'alta puntuació (High Score Pairs o HSPs, per les seues sigles en anglés). Una volta realisat açò, es calcula la puntuació final dels alineamientos resultants i es determina la seua significació prenent en conte la provabilitat que té dit alineamiento d'haver segut obtingut per encert d'acort al tamany de la base de senyes. Al final es reporten només els alineamientos que hagen obtingut una provabilitat menor a E. El paràmetro I és conegut com i-valor (i-value) de tall, i nos permet definir qué alineamientos volem obtindre d'acort a la seua significació estadística. Quant menor siga el valor d'I, més significatiu és un alineamiento.

Programes de la família BLAST

Blastn

És dels més comunament usats. Compara una seqüència de nucleòtits contra una base de senyes que continga també seqüències nucleotídicas.

Blastp

És l'atre tipo de BLAST més usat. És un BLAST "en buits" (o gaps) que compara una seqüència d'aminoàcits contra una base de senyes del mateix tipo. Usualment usa la matriu de substitució BLOSUM o PAM per a realisar els alineamientos, encara que pot usar una matriu definida per l'usuari.

BlastX

Este programa usa com a entrada una seqüència de nucléotidos. Traduïx la seqüència en les seues sis possibles marcs de llectura (tres marcs de llectures per bri) i compara estes seqüències traduïdes contra una base de senyes de proteïnes. S'usa quan es té sospita de que la seqüència d'entrada codifica per a una proteïna pero no se sap exactament quin és el seu producte.

TBlastn

Compara una seqüència proteica en una base de senyes de nucléotidos. Per a realisar açò traduïx totes les seqüències de nucleòtits en els seus sis marcs de llectura. S'usa quan es té una proteïna, i l'anàlisis en Blastp no ha segut exitós. Es deu anar en conte en els resultats d'este Blast, perque una bona cantitat de les seqüències traduïdes no són proteïnes que existixquen en la naturalea.

TBlastX

Tblastx compara les traduccions de sis quadros d'una seqüència de consulta de nucleòtits contra les traduccions de sis quadros d'una base de senyes de seqüències de nucleòtits.

Bl2seq

Bl2seq (BLAST 2 Seqüències) permet la busca BLAST d'una seqüència en contra d'una atra seqüència, sense tindre que eixecutar formatdb per a crear una base de senyes BLAST de la seqüència que ha de ser contrastada. Bl2seq és un dels programes distribuïts junt en l'antic programa blastall per el NCBI. El NCBI recomana que les persones comencen a usar els programes del paquet blast+ en el seu lloc.