2013年2月28日 星期四

BLAST

昨日下午在台大醫學院,很亢奮地講了三個小時的序列比對(sequence alignment);以前,我總試圖想把動態規劃法(dynamic programming)的觀念講清楚,為了講解為何一個位置只有(而且一定會有)三種可能性,常常耗掉至少半個小時仍徒勞無功;昨日,竟然連dynamic programming都還沒有碰,就講了三個小時,下課前,連BLAST都還沒有完整地講述,我想我真是可以出師了。

回程走在舟山路上,我不住在想,我到底講了什麼自以為重要的東西,它們真的都很重要嗎? 又有什麼也很重要的東西我還沒機會說? 以下是我有強調的觀念:

  • DNA序列是由四種字母組成的序列,RNA亦然;閱讀方向一律從5'end至3'end;
  • 蛋白質序列是由20種字母組成的序列;閱讀方向一律從N-terminal至C-terminal;
  • DNA是雙股螺旋,正股或反股都有可能有基因;
  • 正股和反股的閱讀方向相反;且配對的鹼基必為互補(A<=>T或C<=>G);
  • 真核生物的mRNA(messenger RNA)序列已經少掉了內含子(intron),如果未來要進行mRNA序列與genome sequence的比對,要注意開gaps的必要性;
  • mRNA序列和蛋白質序列有一定的編碼關係(codons),藉此可以進行DNA(或RNA)序列與蛋白質序列的比對;
  • 一條DNA序列因此會有六種讀法(reading frames),其中能順利產生蛋白質序列的讀法即為open reading frame (ORF);
  • 序列比對的目的在於產生兩條序列之間,各字母之間的對應關係(correspondence),在任何一條序列中,其字母的順序不得前後調換;此對應關係將被轉換成一個分數(或數種分數),旨於判斷哪一種alignment為最佳;
  • 所得之分數被期待能反應出兩序列之間的演化距離,分數達某特定門檻的序列比對結果,可以用來判斷此兩條序列是否同源(homology);同源序列暗示其彼此擁有相同功能/結構;
  • 各字母之間的對應,有既定的評分標準,相同字母之對應理應得到比不相同字母之對應(即演化中發生mutation)更高的分數,針對蛋白質序列的比對,常用的評分矩陣有二:(a) PAM (Point Accepted Mutation) tables;(b)BLOSUM (BLOck SUbstitution Matrix);see more about substitution matrix
  • 除了有些字母的對應會得到負分之外,alignment中出現gaps(常以"-"的符號表示之),也應該扣一些分數,gaps的出現反應出演化過程中可能發生的insertions和deletions(統合稱呼為indels);
  • 在生物序列的比對時,最常使用的gap評分方法是affine gap penalty;see more about gap penalties;在這邊需要理解的重要觀念是:open-gap penalty與extend-gap penalty的差異;
  • 接下來就得分區何謂:global alignment和local alignment;
  • 最後就是要回答,比對結果所得到的分數,是否具有統計意義? 常用的統計指標有z-score(假設normal distribution)與e-value(假設extreme-value distribution);
  • 如何利用z-score或e-value推斷兩序列之間具有同源性?
以上是針對生物序列比對的基本觀念,有此基礎之後,才能開始介紹目前最常使用的序列比對演算法:BLAST。

2013年1月30日 星期三

A new beginning

今天在Nature Biotechnology的網頁中搜尋自己的名字
出現了它:
http://www.nature.com/nbt/journal/vaop/ncurrent/full/nbt.2486.html

由於最近正在寫一篇與這個主題相關的論文
我需要認真閱讀它
想藉由讀它的過程,順便邊向大家介紹這個研究主題
或許能讓我的閱讀更有意義些,也更有趣些!!

首先,這篇論文探討的是transcription factor sequence specificitiy
通訊作者是:
Timothy R Hughes
希望有一天我能有機會和Prof. Hughes見面,基於個人對他的好奇心,就這篇論文而言,其實Tim大可不必將DREAM5的參與者都列為共同作者的,但他卻這麼做了,這個事件在我心中埋入一個種子,目前正在萌芽,我想有一天我可能會承認它徹底地改變了我。

這篇論文首先探討從in vitro protein binding microarray (PBM) data建立TF binding specificity model的可能性,一共比較了26種方法;接著進一步瞭解這些model與in vivo實驗之一致性。

"Ideally, sequence specificity models should predict the relative affinity (or dissociation constant) for different individual sequences and/or the probability of occupancy at any position in the genome."


2013年1月14日 星期一

Computing for biologists 到底有多難?

最近在總圖遊蕩時,看到這本書:

Practical computing for biologists
by HADDOCK and DUNN

想知道它是否對學生的學習有幫助,因此借回來看看!

以下是個人閱讀建議:

Chapter 1: getting set up

本章節首先談論一個非常重要的問題:如何處理純文字檔案 (極重要!!)

純文字是DOS時代很常見的檔案格式,因此,在那個純樸的年代,接觸過電腦的人或許都知道該怎麼開啟純文字檔進行編輯,但自從式窗介面與Office普及之後,Word與Excel成為編輯檔案與整理資料的主流,很多我們看起來不算花俏的排版卻早已嵌入了一堆使用者看不見的控制碼。就視覺化的效果而言,這些字型與字體大小或行距等排版效果的作用很大,但對資料處理者來說,最重要的資訊其實是資料本身,因此,大部分資料分析工具所訂定的檔案交換格式,皆是以純文字的方式呈現。舉例來說,生物序列所使用的 FASTA format,即是我們在交換序列檔案的時後的首選,幾乎所有的序列分析工具都接受FASTA檔,唯有我們遵守FASTA格式的規範,別人才能正確解讀我們所提供的訊息。

既然純文字檔如此地重要,選擇一個好用的純文字編輯軟體就能事半功倍,本書的第一章中有介紹一些常用軟體,因此,沒有用過純文字編輯器的同學們一定要參考一下這個章節的啦!!

除了提及純文字檔的重要性之外,作者還提醒我們另一個地雷,那就是所謂的換行符號(return),由於Windows系統和Linux系統所使用的換行符號不一樣,如果沒有小心處理,常常會造成程式無法正確解讀資料或無法正常執行。

基於上述兩個重點,因此,在此非常推薦Chapter 1的內容!!

2013年1月10日 星期四

直接跳到NGS吧!

Next-generation sequencing (NGS) 像大浪般捲來

尚不知會帶我們漂向何處

但可以確定的是,我們都將在這波浪潮中,適者生存

先推薦幾本你可能會需要的書吧:

Practical Computing for Biologists
by Steven Haddock, Casey Dunn

Building Bioinformatics Solutions: with Perl, R and MySQL
by Conrad Bessant, Ian Shadforth, Darren Oakley

Bioinformatics for High Throughput Sequencing
by Naiara Rodriguez-Ezpeleta, Michael Hackenberg, Ana M. Aransay
台大圖書館有電子書

2013年1月9日 星期三

好ㄟ!! Clustering!!

我對Clustering有著一般人無法想像的情感

在博一(1999年)的時候,老師給我的第一個研究主題就是:開發分群演算法

當時,身邊幾乎沒有人知道什麼是cluster analysis, clustering 

我奉命做一次完整的survey

當時,也沒有資料探勘這樣的課程,更別說是教科書 
(Ian H. Witten 和 Eibe Frank 寫的Data Mining 幾乎可以說是第一本資料探勘的教科書,第一版的出版日期是1999 十月,現在已經有第三版了)

於是我走圖書館,找到大約6~7本與cluster analysis相關的書籍 (有一些還得去數圖才借的到)

一口氣把這些有限的資源都搬回實驗室,開始啃讀

老實說,蠻懷念這樣的年代,這樣的研究步調

現在不一樣了,電子書當道,坐在家裡的電腦前就能享用

幸或不幸?

Cluster Analysis
by Brian S. Everitt et al.   
台大圖書館有電子書 




雖然有點久遠,但如果有興趣的話,仍然可以參考一下這部經典之作:
Data clustering: a review
by A. K. Jain et al.

2013年1月4日 星期五

原來是這樣,為什麼我以前不知道呢?

 老實說,知識的累積需要時間,除非你有超能力 ...

看看別人在做什麼?

有時候,會看到和c4Lab興趣很相似的實驗室,有時候,會看到自己很想成為的那樣的人 ...