MASTERARBEIT - Fachhochschule Salzburg

3. Grundlagen des Sequenzalignments 18Aufgrund der schnell wachsenden Menge in einschlägigen Datenbanken beschriebenerSequenzen kommen - trotz der erwähnten Schwierigkeiten - fast nur noch automatisierteoder computergestützte Alignmentmethoden zum Einsatz. Beim paarweisen Alignmentkommen sogenannte Substitutionsmatrizen zur Anwendung, welche die Ähnlichkeitenbekannter Sequenzen abbilden. Beim multiplen Alignment bedient man sich beschreibendenModellen, deren Grundlage maschinell oder (halb-)manuell voralignierte Sequenzenund/oder eine vorgeschaltete statistische Auswertung einer größeren Sequenzmengeist. Für eine automatische Ausrichtung zweier oder mehrerer Zeichenketten gibtes unterschiedliche Verfahren, die sich sowohl in der Empfindlichkeit, als auch in derKomplexität der Algorithmen und damit in der Performance deutlich unterscheiden.Welche Methoden aber auch immer zur Anwendung kommen, alle haben das eine Ziel:die genetischen Mutationen zu erkennen und die Sequenzen so zu alignieren, dass dieVerwandtschaftsverhältnisse trotz aller Variationen der Sequenzen sicher erkannt unddie evolutionäre Entwicklungen möglichst exakt nachvollzogen werden können.Bevor man sich dem automatischen Alignment widmet, stellen sich einige grundlegendeFragen, die es prinzipiell und auch im Rahmen dieser Arbeit zu beantworten gilt [21, 32]:• Wie können Sequenzen verglichen werden, auch wenn ihre Symbolabfolgen vorerstunterschiedlich erscheinen?• Wie können Sequenzabweichungen oder -distanzen bewertet werden?• Wie kann man Sequenzen so untereinander schreiben, dass die evolutionärenVorgänge möglichst wiedergegeben werden?• Wie müssen die Sequenzteile verschoben werden, so dass die untereinander geschriebenenTeile möglichst gut übereinstimmen?• Welche Methoden kommen dabei zur Anwendung?Dieses Kapitel widmet sich der Beantwortung dieser Fragen und führt dabei in dieallgemeinen Grundlagen des Sequenzvergleichs und -alignments ein. Die zwei nachfolgendenTeile widmen sich zwei speziellen Methoden: dem multiplen Sequenzalignmentund ClustalW und dem Alignment mit Hidden Markov Modellen.