Leerdoelen genomica dt 2
HC 1
- Leg uit waarom een bioloog kennis moet hebben van bio-informatische
gegevensanalyse.
- Beschrijf de ‘omics: (meta-)genomica, (meta-)transcriptomica, (meta-)
proteomica, metabolomica, enz. genomica kijkt naar al het DNA van een
organisme, transcriptomics kijkt naar als het RNA van een organisme en
proteomics kijkt naar alle eiwitten van een organisme. Bij meta-omics kijken we
naar meerdere organismen (bijvoorbeeld in een sample) dus bij metagenomica
kijk je naar al het DNA van alle organismen aanwezig in je sample, enzovoort.
- Leg de biologie achter de ‘omics-revolutie’ uit: het verminderen van vertekening
door alles van een object te meten. Tijdens de ‘omics-revolutie’ hebben we de
transitie gemaakt om in plaats van 1 gen tegelijk te onderzoeken het gehele
genoom, transcriptoom of proteoom te onderzoeken. Hierdoor hebben we een
completer beeld gekregen van biologische processen en moleculen en is de bias
die eerst ontstond nu uitgesloten → we kunnen nu de interacties tussen
moleculen bekijken, we kunnen nu alle genen van een organismen tegelijk
bestuderen waardoor de kans kleiner wordt op fouten of op een vertekend beeld.
- Vergelijk de twee manieren waarop een bio-informaticus bestaande gegevens
benut om nieuwe ontdekkingen te doen (top-down en bottom-up). Er kan een
top-down onderzoek worden gedaan (hierbij leidt een onderzoeksvraag of
hypothese naar het ontwikkelen van een dataset) of er kan een bottom-up
onderzoek worden gedaan (hierbij leidt een dataset tot het ontstaan van een
onderzoeksvraag of hypothese).
- Noem de mechanismen van DNA-mutatie. Door DNA-mutaties ontstaan er
veranderingen in de DNA sequentie. Deze veranderingen kunnen door natuurlijke
selectie worden geselecteerd en kunnen hierdoor leiden tot evolutie van een
soort. Mutaties kunnen ontstaan door nucleotide substituties (verandering 1
nucleotide door straling, chemische reactie of replicatiefout), inserties/deleties
(nucleotide verwijderd/toegevoegd door polymerase slippage of ongelijke
crossing-over), inversies of rearrangementen (DNA wordt omgekeerd of ergens
anders toegevoegd), duplicaties (DNA wordt gedupliceerd → kan leiden tot
ontstaan nieuwe gen functies) of door horizontale gen overdracht (overdracht van
genen tussen individuen van dezelfde generatie).
- Definieer homologie, gelijkenis en identiteit. Homologie = sequenties die een
aantoonbare gemeenschappelijke voorouder hebben, zijn afkomstig van
hetzelfde gen en bevatten vaak identiteiten. Gelijkenis = vergelijkbare
eigenschappen tussen eiwitten (lading, structuur, functie) → aangegeven met ‘+’.
Identiteiten = zelfde nucleotiden/aminozuren in sequenties. Positieven =
gelijkenissen + identiteiten.
, - Noem vier eigenschappen van aminozuren die van belang kunnen zijn bij het
bepalen van hun fysisch-chemische gelijkenis. Lading, hydrofobiciteit, structuur,
grootte, vouwing.
- Geef twee voorbeelden van DNA-substitutiematrices. In een DNA
substitutiematrix zie je de kans dat nucleotiden met elkaar substitueren. In de
eerste vorm worden de 2 sequenties tegenover elkaar gezet en wordt er voor
eenzelfde nucleotide +1 gerekend en voor een verschillende nucleotide -1
gerekend. In de tweede vorm worden de sequenties ook tegenover elkaar gezet
maar telt een transversie (purine → pyrimidine) zwaarder dan een transitie
(purine → purine/ pyrimidine → pyrimidine). Voor eenzelfde nucleotide wordt +1
gerekend, voor een transitie wordt -1 gerekend en voor een transversie wordt -2
gerekend.
- Leg uit hoe moleculaire evolutie werd gekwantificeerd om de BLOSUM-matrix te
maken. De BLOSUM-matrix is gemaakt door veel homologe eiwitten uit te lijnen
in een multiple sequence alignment. Vervolgens werd geteld hoe vaak elk
aminozuurpaar op dezelfde positie voorkwam (de waargenomen frequentie).
Deze frequentie werd vergeleken met de frequentie die je op basis van toeval zou
verwachten. Met behulp van een log-odds ratio werden substituties die vaker
voorkomen dan verwacht een positieve score gegeven en substituties die minder
vaak voorkomen dan verwacht een negatieve score. Zo werd moleculaire evolutie
gekwantificeerd en ontstond de BLOSUM-matrix, die de evolutionaire
waarschijnlijkheid van aminozuurvervangingen weergeeft.
- Leid BLOSUM-scores af uit het aantal aligned residuen. Een BLOSUM-score geeft
aan hoe waarschijnlijk het is dat 2 aminozuren met elkaar substitueren. De
BLOSUM-score wordt berekend met de formule: Si,j = 2 x log2(Fi,j/Fi x Fj). Als uit
deze formule een positieve score komt betekend dit dat de substitutie vaker
voorkomt dan verwacht (Fj x Fi > Fi,j). Als uit deze formule een negatieve score
komt betekend dit dat de substitutie minder vaak voorkomt dan verwacht (Fi,j > Fi
x Fj).
- Interpreteer BLOSUM-scores en op BLOSUM gebaseerde uitlijningsscores door
berekeningen uit te voeren met log-odds-waarden. De log-odds ratio wordt
berekend met dezelfde formule: Si,j = 2 x log2(Fi,j/Fi x Fj). Als uit deze formule een
positieve score komt betekend dit dat de substitutie vaker voorkomt dan
verwacht (Fj x Fi > Fi,j). Als uit deze formule een negatieve score komt betekend
dit dat de substitutie minder vaak voorkomt dan verwacht (Fi,j > Fi x Fj).
- Bereken de alignment score tussen twee sequenties. Om de alignment score af
te leiden lees je de score van de aligned residuen af uit de matrix → M en M geeft
een score van 4 etc. Tel vervolgens alle scores bij elkaar op om zo de totale score
te krijgen. Een hogere score betekend een hogere waarschijnlijkheid dat de
aminozuren met elkaar substitueren en dat de sequenties waarschijnlijk
homoloog zijn aan elkaar.
HC 1
- Leg uit waarom een bioloog kennis moet hebben van bio-informatische
gegevensanalyse.
- Beschrijf de ‘omics: (meta-)genomica, (meta-)transcriptomica, (meta-)
proteomica, metabolomica, enz. genomica kijkt naar al het DNA van een
organisme, transcriptomics kijkt naar als het RNA van een organisme en
proteomics kijkt naar alle eiwitten van een organisme. Bij meta-omics kijken we
naar meerdere organismen (bijvoorbeeld in een sample) dus bij metagenomica
kijk je naar al het DNA van alle organismen aanwezig in je sample, enzovoort.
- Leg de biologie achter de ‘omics-revolutie’ uit: het verminderen van vertekening
door alles van een object te meten. Tijdens de ‘omics-revolutie’ hebben we de
transitie gemaakt om in plaats van 1 gen tegelijk te onderzoeken het gehele
genoom, transcriptoom of proteoom te onderzoeken. Hierdoor hebben we een
completer beeld gekregen van biologische processen en moleculen en is de bias
die eerst ontstond nu uitgesloten → we kunnen nu de interacties tussen
moleculen bekijken, we kunnen nu alle genen van een organismen tegelijk
bestuderen waardoor de kans kleiner wordt op fouten of op een vertekend beeld.
- Vergelijk de twee manieren waarop een bio-informaticus bestaande gegevens
benut om nieuwe ontdekkingen te doen (top-down en bottom-up). Er kan een
top-down onderzoek worden gedaan (hierbij leidt een onderzoeksvraag of
hypothese naar het ontwikkelen van een dataset) of er kan een bottom-up
onderzoek worden gedaan (hierbij leidt een dataset tot het ontstaan van een
onderzoeksvraag of hypothese).
- Noem de mechanismen van DNA-mutatie. Door DNA-mutaties ontstaan er
veranderingen in de DNA sequentie. Deze veranderingen kunnen door natuurlijke
selectie worden geselecteerd en kunnen hierdoor leiden tot evolutie van een
soort. Mutaties kunnen ontstaan door nucleotide substituties (verandering 1
nucleotide door straling, chemische reactie of replicatiefout), inserties/deleties
(nucleotide verwijderd/toegevoegd door polymerase slippage of ongelijke
crossing-over), inversies of rearrangementen (DNA wordt omgekeerd of ergens
anders toegevoegd), duplicaties (DNA wordt gedupliceerd → kan leiden tot
ontstaan nieuwe gen functies) of door horizontale gen overdracht (overdracht van
genen tussen individuen van dezelfde generatie).
- Definieer homologie, gelijkenis en identiteit. Homologie = sequenties die een
aantoonbare gemeenschappelijke voorouder hebben, zijn afkomstig van
hetzelfde gen en bevatten vaak identiteiten. Gelijkenis = vergelijkbare
eigenschappen tussen eiwitten (lading, structuur, functie) → aangegeven met ‘+’.
Identiteiten = zelfde nucleotiden/aminozuren in sequenties. Positieven =
gelijkenissen + identiteiten.
, - Noem vier eigenschappen van aminozuren die van belang kunnen zijn bij het
bepalen van hun fysisch-chemische gelijkenis. Lading, hydrofobiciteit, structuur,
grootte, vouwing.
- Geef twee voorbeelden van DNA-substitutiematrices. In een DNA
substitutiematrix zie je de kans dat nucleotiden met elkaar substitueren. In de
eerste vorm worden de 2 sequenties tegenover elkaar gezet en wordt er voor
eenzelfde nucleotide +1 gerekend en voor een verschillende nucleotide -1
gerekend. In de tweede vorm worden de sequenties ook tegenover elkaar gezet
maar telt een transversie (purine → pyrimidine) zwaarder dan een transitie
(purine → purine/ pyrimidine → pyrimidine). Voor eenzelfde nucleotide wordt +1
gerekend, voor een transitie wordt -1 gerekend en voor een transversie wordt -2
gerekend.
- Leg uit hoe moleculaire evolutie werd gekwantificeerd om de BLOSUM-matrix te
maken. De BLOSUM-matrix is gemaakt door veel homologe eiwitten uit te lijnen
in een multiple sequence alignment. Vervolgens werd geteld hoe vaak elk
aminozuurpaar op dezelfde positie voorkwam (de waargenomen frequentie).
Deze frequentie werd vergeleken met de frequentie die je op basis van toeval zou
verwachten. Met behulp van een log-odds ratio werden substituties die vaker
voorkomen dan verwacht een positieve score gegeven en substituties die minder
vaak voorkomen dan verwacht een negatieve score. Zo werd moleculaire evolutie
gekwantificeerd en ontstond de BLOSUM-matrix, die de evolutionaire
waarschijnlijkheid van aminozuurvervangingen weergeeft.
- Leid BLOSUM-scores af uit het aantal aligned residuen. Een BLOSUM-score geeft
aan hoe waarschijnlijk het is dat 2 aminozuren met elkaar substitueren. De
BLOSUM-score wordt berekend met de formule: Si,j = 2 x log2(Fi,j/Fi x Fj). Als uit
deze formule een positieve score komt betekend dit dat de substitutie vaker
voorkomt dan verwacht (Fj x Fi > Fi,j). Als uit deze formule een negatieve score
komt betekend dit dat de substitutie minder vaak voorkomt dan verwacht (Fi,j > Fi
x Fj).
- Interpreteer BLOSUM-scores en op BLOSUM gebaseerde uitlijningsscores door
berekeningen uit te voeren met log-odds-waarden. De log-odds ratio wordt
berekend met dezelfde formule: Si,j = 2 x log2(Fi,j/Fi x Fj). Als uit deze formule een
positieve score komt betekend dit dat de substitutie vaker voorkomt dan
verwacht (Fj x Fi > Fi,j). Als uit deze formule een negatieve score komt betekend
dit dat de substitutie minder vaak voorkomt dan verwacht (Fi,j > Fi x Fj).
- Bereken de alignment score tussen twee sequenties. Om de alignment score af
te leiden lees je de score van de aligned residuen af uit de matrix → M en M geeft
een score van 4 etc. Tel vervolgens alle scores bij elkaar op om zo de totale score
te krijgen. Een hogere score betekend een hogere waarschijnlijkheid dat de
aminozuren met elkaar substitueren en dat de sequenties waarschijnlijk
homoloog zijn aan elkaar.
