Zastosowanie metod opartych na teorii grafów do
advertisement
„Zastosowanie metod opartych na teorii grafów do rozwiązywania wybranych problemów analizy sekwencji nukleotydowych i aminokwasowych” Tomasz Głowacki Stypendysta projektu pt. „Wsparcie stypendialne dla doktorantów na kierunkach uznanych za strategiczne z punktu widzenia rozwoju Wielkopolski”, Poddziałanie 8.2.2 Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki W drugiej połowie XX wieku rozpoczął się ogromny postęp we wszystkich dziedzinach biologii molekularnej. Powstały i rozwinęły się zupełnie nowe gałęzie nauki na pograniczu nauk podstawowych: matematyki i biologii. Przykładem nowej, szybko rozwijającej się nauki jest bioinformatyka. W bioinformatyce z powodzeniem stosuje się skomplikowane modele matematyczne, by przedstawić zachodzące w przyrodzie procesy lub wspomóc przetworzenie ogromnej ilości informacji. Teoria grafów jest często wykorzystywana w modelowaniu problemów bioinformatycznych. Warto by tu wspomnieć modele grafowe wykorzystywane w sekwencjonowaniu DNA, modelowaniu drzew filogenetycznych, czy przewidywaniu funkcji białek. Autor rozprawy skupia się na analizy sekwencji białek i DNA oraz proponuje własne modele grafowe do rozwiązania zagadnień związanych z sekwencjami: rekonstrukcja sekwencji białkowych na podstawie eksperymentów chemicznych oraz projektowanie bibliotek sekwencji DNA o minimalnej wzajemnej chęci do hybrydyzacji. Jednym z ważniejszych problemów biologii obliczeniowej jest ustalanie budowy peptydów. Peptydy są to wielocząsteczkowe związki składające się z aminokwasów połączonych w długie sekwencje. Długie peptydy, o masie powyżej 10000 daltonów, nazywane są białkami. Znajomość budowy białek pozwala na przewidywanie ich funkcji w organizmie, a co za tym idzie, może mocno wesprzeć przemysł farmaceutyczny w projektowaniu leków. Pierwszym krokiem w celu określenia budowy białek jest rozpoznanie sekwencji aminokwasów w cząsteczce. Brak bezpośrednich metod chemicznych do rozpoznania długich sekwencji aminokwasowych rodzi naturalną potrzebę zastosowania metod informatycznych umożliwiających odtworzenie tego rodzaju sekwencji. Rozpoznawanie krótkich łańcuchów peptydowych nazywamy sekwencjonowaniem. Współczesne metody chemii analitycznej pozwalają na określenie sekwencji peptydów nieprzekraczających 50 aminokwasów (metoda Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Edmana). Szybko rozwijającą sią metodą ustalania sekwencji związków chemicznych, w tym białek, jest spektrometria masowa. Wynikiem działania spektrometru jest widmo masowe przedstawiające statystyczny rozkład jonów o różnej masie w oryginalnej cząsteczce. W pracy analizuje się jeden z problemów sekwencjonowania i proponuje wielomianowy algorytm do jego rozwiązania. Wdrożenie wyników pracy pozwoli na wzrost poznańskiego ośrodka naukowego na arenie międzynarodowej i umożliwi rozszerzenie prowadzonej przez ośrodek współpracy. Dzięki dofinansowaniu z programu Innowacyjna Gospodarka, w Poznaniu został zakupiony nowoczesny spektrometr masowy. Zaproponowany w pracy wydajny algorytm pozwalający odtworzyć sekwencję białkową oraz przedstawione w pracy wydajne i skuteczne metody analizy danych spektrometrycznych, gdy w posiadaniu ośrodka jest to specjalistyczne urządzenie, pozwolą poznańskiemu ośrodkowi naukowemu stać się konkurencyjnym na świecie laboratorium w badaniu tych związków chemicznych. Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
