Главная
АИ #24 (206)
Статьи журнала АИ #24 (206)
Инструменты сетевого анализа регуляции генов и визуализации сетей и путей

Инструменты сетевого анализа регуляции генов и визуализации сетей и путей

Научный руководитель

Прокудина Елена Ивановна

Рубрика

Информационные технологии

Ключевые слова

сетевой анализ
регуляция генов
биологические сети
анализ сетей

Аннотация статьи

Сетевой анализ регуляции генов является мощным подходом для изучения сложных биологических систем. Для проведения такого анализа разработано несколько программных пакетов, включая Cytoscape, Ingenuity Pathway Analysis (IPA), GeneMANIA и STRING. Cytoscape – это бесплатное и открытое программное обеспечение с широкими возможностями для анализа и визуализации биологических сетей. IPA предлагает доступ к обширной базе данных биологических путей и взаимодействий, упрощая анализ сетей и выявление новых биологических связей. GeneMANIA и STRING также предоставляют функции для анализа и визуализации сетей, дополняя возможности Cytoscape и IPA.

Текст статьи

Введение

Одним из самых популярных ПО для сетевого анализа регуляции генов является Cytoscape. Это бесплатное и открытое программное обеспечение, которое предоставляет широкие возможности для анализа и визуализации биологических сетей. Cytoscape позволяет создавать сложные графы взаимодействий между генами, белками, метаболитами и другими биологическими объектами. Также в Cytoscape доступны различные плагины и расширения, которые позволяют проводить разнообразные анализы сетей, включая поиск подсетей, анализ модульной структуры, предсказание функций генов и многое другое.

Еще одним популярным ПО для сетевого анализа регуляции генов является Ingenuity Pathway Analysis (IPA). IPA предоставляет доступ к огромной базе данных биологических путей и сетей взаимодействий, что позволяет исследователям быстро и эффективно анализировать генные сети, исследовать их функциональные свойства и находить новые биологические взаимодействия.

Кроме того, для сетевого анализа регуляции генов используются такие ПО, как GeneMANIA, STRING и другие. Все эти программы предоставляют широкие возможности для анализа и визуализации биологических сетей, что делает их важными инструментами для исследования генных взаимодействий.

Cytoscape

Cytoscape является одним из наиболее популярных инструментов для визуализации и анализа молекулярных взаимодействий и биологических путей. Он широко используется в области системной биологии для изучения сетевых взаимодействий на различных уровнях, включая генетические, протеомные и метаболомные данные. Вот основные характеристики и функции Cytoscape:

  1. Визуализация сетей: Cytoscape позволяет создавать сложные графические представления сетей, где узлы представляют молекулы (например, гены, белки, метаболиты), а рёбра – их взаимодействия или функциональные связи. Пользователи могут настраивать внешний вид сети, изменяя цвета, размеры и формы узлов и рёбер, чтобы выделить важные аспекты данных.
  2. Интеграция данных: Cytoscape умеет интегрировать разнообразные типы данных, такие как экспрессия генов, результаты двухгибридного скрининга, данные ЧИП-секвенирования и многое другое. Пользователи могут загружать свои данные в Cytoscape и использовать их для аннотации сетей или для взвешивания связей.
  3. Аналитические инструменты: Cytoscape предоставляет широкий спектр аналитических инструментов для изучения сетевых структур и паттернов. Это включает в себя вычисление топологических параметров (например, степень узлов, коэффициенты кластеризации), выявление модулей и сообществ в сетях, функциональный анализ обогащения и поиск путей, связывающих определённые узлы.

Cytoscape является мощным инструментом для исследователей, занимающихся изучением сложных сетей в биологии. Его гибкость, множество функций и активное сообщество пользователей делают его незаменимым инструментом в арсенале современного биоинформатика.

Ingenuity Pathway Analysis (IPA)

Ingenuity Pathway Analysis (IPA) является коммерческим программным обеспечением, разработанным компанией QIAGEN для комплексного анализа данных, связанных с генами, белками и метаболитами в контексте биологических путей и сетевых взаимодействий. IPA широко используется в исследованиях по системной биологии, транскриптомике, протеомике и метаболомике для интерпретации больших объемов экспериментальных данных. Основные функции и возможности IPA включают:

  1. Интеграция данных: IPA позволяет пользователям загружать экспериментальные данные, такие как дифференциальная экспрессия генов, данные по белкам и метаболитам, результаты ЧИП-секвенирования и другие. Программа автоматически связывает эти данные с информацией, содержащейся в ее обширной базе знаний.
  2. База знаний: IPA содержит одну из самых обширных и актуализированных баз знаний в области молекулярной биологии, которая включает информацию о генах, белках, химических веществах, биологических путях, заболеваниях и функциях, собранную из научной литературы. Эта база данных регулярно обновляется, что позволяет проводить анализ на основе последних научных открытий.
  3. Анализ путей и сетей: IPA способен автоматически генерировать биологические пути и сети, основываясь на загруженных данных. Программа идентифицирует наиболее значимые биологические пути и функции, связанные с экспериментальным набором данных, и предоставляет гипотезы о потенциальных регуляторных эффектах и взаимодействиях.
  4. Обогащение функциональным анализом: IPA проводит анализ обогащения, чтобы определить, какие биологические функции, заболевания и пути наиболее связаны с набором данных. Это помогает исследователям понять потенциальные механизмы, лежащие в основе наблюдаемых экспериментальных изменений.

IPA является мощным инструментом для исследователей, которым требуется глубокое понимание молекулярных механизмов, лежащих в основе биологических данных. Однако стоит отметить, что IPA является платным ПО, и его использование требует лицензии, что может быть препятствием для некоторых исследователей и учебных заведений.

GeneMANIA

GeneMANIA (Gene Multiple Association Network Integration Algorithm) – это программное обеспечение и веб-сервис, предназначенный для генерации гипотез о функции генов, анализа генных списков и предсказания функций неизученных генов на основе доступных генетических взаимодействий и сетевых данных. Он интегрирует различные типы данных, включая коэкспрессию, физические взаимодействия белков, генетические взаимодействия, совместное нахождение в путях и предсказания ортологии.

Вот некоторые ключевые особенности и функции GeneMANIA:

  1. Обширная база данных: GeneMANIA использует большой набор публично доступных данных о взаимодействиях между генами и белками из различных источников, включая экспериментальные данные и предсказанные взаимодействия. Это позволяет пользователям получить всесторонний анализ потенциальных функций и взаимодействий своего набора генов.
  2. Интуитивно понятный интерфейс: GeneMANIA предлагает простой и понятный веб-интерфейс, который позволяет пользователям легко загружать свои списки генов и быстро получать результаты. Пользователи могут выбирать организм для анализа и настраивать типы данных для включения в сетевую модель.
  3. Визуализация сетей: после анализа GeneMANIA предоставляет интерактивную визуализацию сети, где узлы представляют гены, а рёбра – различные типы взаимодействий между ними. Визуализация позволяет пользователям исследовать сеть и идентифицировать потенциально важные гены и подсети.

GeneMANIA является ценным инструментом для биологов и биоинформатиков, которые стремятся понять функциональные взаимодействия внутри своих наборов генов и предсказать функции неизученных генов.

STRING

STRING (Search Tool for the Retrieval of Interacting Genes/Proteins) - это онлайн-ресурс и программное обеспечение, предназначенное для анализа белковых взаимодействий, функций генов и предсказания сетевых взаимодействий между генами и белками. Оно интегрирует различные источники данных, такие как экспериментальные данные, базы данных, литературные источники и вычислительные предсказания, для предоставления обширной информации о взаимодействиях и функциях генов и белков.

Вот некоторые ключевые особенности и функции STRING:

  1. Интеграция данных: STRING объединяет разнообразные источники информации о взаимодействиях между белками и генами, включая физические взаимодействия, коэкспрессию, совместное участие в путях, литературные связи и предсказанные взаимодействия. Это позволяет получить всесторонний обзор о потенциальных функциях и взаимодействиях между генами и белками.
  2. Визуализация сетей: STRING предоставляет возможность визуализации сетевых взаимодействий между генами и белками в виде графа, где узлы представляют гены или белки, а связи между ними отображают типы взаимодействий. Это позволяет исследователям визуально анализировать и понимать сложные сетевые взаимодействия.
  3. Анализ функций и путей: STRING предоставляет информацию о функциях генов и белков, включая биологические пути, процессы и молекулярные функции, связанные с каждым геном или белком. Это позволяет исследователям понять биологические контексты, в которых происходят взаимодействия.

STRING является мощным инструментом для исследователей, которые интересуются анализом белковых взаимодействий, функций генов и сетевых взаимодействий.

Заключение

Таким образом, ПО для сетевого анализа регуляции генов играет важную роль в биоинформатике, предоставляя исследователям мощные инструменты для анализа сложных биологических сетей и их визуализации. Благодаря этому ПО ученые могут лучше понимать механизмы регуляции генов и их влияние на биологические процессы, что открывает новые возможности для развития медицины, биотехнологии и других областей биологии.

Список литературы

  1. Карпов И. В., Петрова Е. Р. Сетевое моделирование в генетике // Санкт-Петербург: Издательство Питер, 2019. – 132 с.
  2. Лебедев П. Н. Генетический анализ сетевых систем // Москва: Издательство Логос, 2018. – 198 с.
  3. Николаев И. И., Смирнова Е. П. Анализ сетевых связей генов // Москва: Издательство КноРус, 2019. – 167 с.

Поделиться

209

Шаяхметов Р. Д. Инструменты сетевого анализа регуляции генов и визуализации сетей и путей // Актуальные исследования. 2024. №24 (206). Ч.I.С. 67-69. URL: https://apni.ru/article/9598-instrumenty-setevogo-analiza-regulyacii-genov-i-vizualizacii-setej-i-putej

Другие статьи из раздела «Информационные технологии»

Все статьи выпуска
Актуальные исследования

#29 (211)

Прием материалов

13 июля - 19 июля

Остался последний день

Размещение PDF-версии журнала

24 июля

Размещение электронной версии статьи

сразу после оплаты

Рассылка печатных экземпляров

6 августа