MASTERARBEIT - Fachhochschule Salzburg

4. Multiples Sequenzalignment 45und wie dabei mit dem Widerspruch optimale Lösung zu algorithmischen Aufwandumgegangen wird.4.2 Komplexität multipler SequenzalignmentsDass ein Probierverfahren nur beschränkt zweckmäßig ist, um eine optimale Alignierungzweier Sequenzen zu erreichen, wurde schon im Kapitel 3.2.3 deutlich. Die Berechnungdes maximalen Score aus allen möglichen Gap-Anordnungen führt schnellan die Grenzen des Möglichen, da die algorithmische Komplexität und der darausgenerierte Rechenaufwand eines exakten Vergleichs so hoch sind, dass ein derartigesVorgehen trotz immer schnellerer Hardware in der Praxis kaum durchführbar ist. Infolgeder Definition der dynamischen Programmierung (siehe Kapitel 3.3) skaliert derRechenaufwand mit dem Produkt der beiden Sequenzlängen. Vergleicht man die Ausgangssequenzenmit den Sequenzen einer Datenbank, so skaliert der Aufwand linearmit der Anzahl der zu vergleichenden Sequenzen [21]. Bei einem multiplen Sequenzalignmentnimmt der Aufwand noch einmal deutlich zu, indem jede Sequenz mit jederanderen Sequenz verglichen werden muss.Betrachtet man den Aufwand exakter iterativer Methoden bis hin zu den schon deutlichschnelleren Methoden auf Basis der dynamischen Programmierung, so ist zu erwarten,dass bei einem multiplen Sequenzalignment mit einem direkten Vergleich ähnlichedynamische Methoden wie bei einem paarweisen Vergleich kaum zur Lösung des Problemsherangezogen werden können. Hütt und Dehnert [21] quantifizieren die Grenzendes Machbaren, indem sie die iterativen Methoden des paarweisen Sequenzvergleichsauf das multiple Sequenzalignment umlegen und den Aufwand diskutieren. Bei N Sequenzenmit annähernd gleicher Länge L benötigt man L NScore-Einträge in einerN-dimensionalen Matrix um daraus einen optimalen Score zu berechnen. Der über dynamischeProgrammierung ermittelte Pfad der optimalen Alignmentkonstruktion führtdurch einen N-dimensionalen Raum beschrieben in einer N-dimensionalen Struktur.Ohne die schrittweise Herleitung der Autoren wiederzugeben 1 wird am Endergebnis1 Die Quantifizierung des Aufwands und die Verallgemeinerung des mathematischen Problems samteiner ausführlichen Herleitung findet sich in [21, S. 179-183]