Alineamiento de secuencias

Descripción:
El alineamiento de secuencias es una técnica bioinformática utilizada para comparar dos o más secuencias de ADN, ARN o proteínas con el fin de identificar regiones de similitud.
Estas similitudes pueden indicar relaciones evolutivas, funciones biológicas compartidas o estructuras conservadas entre los organismos.

Objetivo:
El objetivo es organizar las secuencias de modo que los nucleótidos o aminoácidos equivalentes queden alineados en columnas, permitiendo visualizar mutaciones, inserciones o deleciones que han ocurrido a lo largo del tiempo evolutivo.

Utilidad:
Determinar homología entre genes o proteínas.
Predecir la función de una secuencia desconocida.
Analizar evolución molecular y construir árboles filogenéticos.
Identificar motivos conservados importantes en la estructura o función de una proteína.

Ejemplo:

 

 

Los gaps:
En este ejemplo, los guiones (-) representan gaps (huecos, separaciones o espacion vacíos ) introducidosen un alineamiento de secuencias para mantener la correspondencia entre posiciones homólogas, optimizar el alineamiento y maximizar la similitud entre ambas secuencias.
Los gaps representan posibles mutaciones sufridas durante la evolución de las secuencias y pueden corresponder tanto a una deleción como a una inserción.
Un gap corresponde a una deleción si la secuencia analizada perdió nucleótidos o aminoácidos respecto a la otra, y a una inserción si la secuencia ganó esos elementos adicionales.

Alineamientos globales y locales:
Alineamiento global: compara toda la longitud de dos secuencias, desde el inicio hasta el final, intentando alinear cada posición posible, introduciendo los gaps que sean necesarios.
Se usa cuando las secuencias son similares y de tamaño comparable, secuencias que empiecen y acaben en la misma región. (Ejemplo: algoritmo de Needleman-Wunsch).
Alinea toda la secuencia completa, desde inicio a fin, incluso si hay diferencias o gaps.
Alineamiento local: busca y alinea solo las regiones más parecidas dentro de las secuencias, sin considerar necesariamente toda su extensión.
Es útil cuando las secuencias comparten fragmentos conservados o motivos funcionales, son diferentes en tamaño o solo comparten una región conservada, como un dominio o motivo proteico . (Ejemplo: algoritmo de Smith-Waterman).

Metodo a elegir:
La elección entre alineamiento local o global depende del tipo de comparación que se quiera hacer: se puede hace un alineamiento para ver  si las secuencias tienen dominios similares, si son de la misma familia, si tienen un antecesor común, etc. y ello da lugar a un metodo u otro.
Asimismo hay que considerar la eleccion de la matriz de puntuación (scoring matrix), el valor de penalización por gaps o por no coincidencias (mismatches)
Los valores por defecto de los programas informáticos de alineamiento suelen ser los mejores valores de configuración parametral.
Es muy importante entender como funcionan los programas y como afecta al alineamiento la configuración que realicemos.