प्रोटीन संरक्षण के तेजी से मूल्यांकन के लिए प्रजातियों के संवेदनशीलता उपकरण में भविष्यवाणी करने के लिए अनुक्रम संरेखण का प्रदर्शन
Summary
यहां, हम प्रजातियों की संवेदनशीलता (सेकापास) उपकरण की भविष्यवाणी करने के लिए अमेरिकी पर्यावरण संरक्षण एजेंसी अनुक्रम संरेखण के नवीनतम संस्करण का उपयोग करने के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं। यह प्रोटोकॉल प्रोटीन संरक्षण का तेजी से विश्लेषण करने और प्रजातियों में रासायनिक संवेदनशीलता की अनुकूलन योग्य और आसानी से व्याख्या करने योग्य भविष्यवाणियां प्रदान करने के लिए ऑनलाइन टूल के आवेदन को प्रदर्शित करता है।
Abstract
अमेरिकी पर्यावरण संरक्षण एजेंसी अनुक्रम संरेखण प्रजातियों की संवेदनशीलता (सेकापास) उपकरण के पार भविष्यवाणी करने के लिए एक तेज, स्वतंत्र रूप से उपलब्ध, ऑनलाइन स्क्रीनिंग एप्लिकेशन है जो शोधकर्ताओं और नियामकों को प्रजातियों में विषाक्तता की जानकारी को विस्तारित करने की अनुमति देता है। मानव कोशिकाओं, चूहों, चूहों और ज़ेबराफिश जैसे मॉडल सिस्टम में जैविक लक्ष्यों के लिए, विषाक्तता डेटा विभिन्न प्रकार के रसायनों के लिए उपलब्ध हैं। प्रोटीन लक्ष्य संरक्षण के मूल्यांकन के माध्यम से, इस उपकरण का उपयोग ऐसे मॉडल सिस्टम से उत्पन्न डेटा को विषाक्तता डेटा की कमी वाली हजारों अन्य प्रजातियों तक विस्तारित करने के लिए किया जा सकता है, जिससे सापेक्ष आंतरिक रासायनिक संवेदनशीलता की भविष्यवाणियां होती हैं। उपकरण की नवीनतम रिलीज़ (संस्करण 2.0-6.1) में नई विशेषताओं को शामिल किया गया है जो प्रकाशन और प्रस्तुति-गुणवत्ता ग्राफिक्स के लिए डेटा के तेजी से संश्लेषण, व्याख्या और उपयोग की अनुमति देते हैं।
इन विशेषताओं में अनुकूलन योग्य डेटा विज़ुअलाइज़ेशन और व्याख्या में आसानी के लिए SeqAPASS डेटा को संक्षेप में प्रस्तुत करने के लिए डिज़ाइन की गई एक व्यापक सारांश रिपोर्ट है। यह पेपर नौकरियों को जमा करने, प्रोटीन अनुक्रम तुलना के विभिन्न स्तरों को नेविगेट करने और परिणामस्वरूप डेटा की व्याख्या और प्रदर्शन करने के माध्यम से उपयोगकर्ताओं का मार्गदर्शन करने के लिए प्रोटोकॉल का वर्णन करता है। SeqAPASS v2.0-6.0 की नई विशेषताओं पर प्रकाश डाला गया है। इसके अलावा, इस उपकरण का उपयोग करके ट्रांसथायरेटिन और ओपिओइड रिसेप्टर प्रोटीन संरक्षण पर केंद्रित दो उपयोग-मामलों का वर्णन किया गया है। अंत में, उपकरण के लिए प्रयोज्यता के डोमेन को परिभाषित करने और क्रॉस-प्रजाति बहिर्वेशन के लिए विभिन्न अनुप्रयोगों को उजागर करने के लिए सेकापास की ताकत और सीमाओं पर चर्चा की जाती है।
Introduction
परंपरागत रूप से, विष विज्ञान के क्षेत्र ने रासायनिक सुरक्षा मूल्यांकन के लिए आवश्यक डेटा प्रदान करने के लिए पूरे पशु परीक्षण के उपयोग पर बहुत भरोसा किया है। इस तरह के तरीके आम तौर पर महंगे और संसाधन-गहन होते हैं। हालांकि, वर्तमान में उपयोग किए जाने वाले रसायनों की बड़ी संख्या और जिस तेजी से नए रसायनों को विकसित किया जा रहा है, उसके कारण विश्व स्तर पर रासायनिक स्क्रीनिंग 1,2 के अधिक कुशल तरीकों की मान्यता प्राप्त आवश्यकता है। इस आवश्यकता और परिणामस्वरूप पशु परीक्षण से दूर प्रतिमान बदलाव ने कई नए दृष्टिकोण विधियों के विकास को जन्म दिया है, जिसमें उच्च-थ्रूपुट स्क्रीनिंग परख, उच्च-थ्रूपुट ट्रांसस्क्रिप्टोमिक्स, अगली पीढ़ी के अनुक्रमण और कम्प्यूटेशनल मॉडलिंग शामिल हैं, जो वैकल्पिक परीक्षण रणनीतियों 3,4 का वादा कर रहे हैं।
रासायनिक एक्सपोजर से संभावित रूप से प्रभावित प्रजातियों की विविधता में रासायनिक सुरक्षा का मूल्यांकन करना न केवल पारंपरिक विषाक्तता परीक्षण के साथ बल्कि नए दृष्टिकोण विधियों के साथ भी एक स्थायी चुनौती रही है। तुलनात्मक और भविष्य कहनेवाला विष विज्ञान में प्रगति ने विभिन्न प्रजातियों की सापेक्ष संवेदनशीलता को समझने के लिए रूपरेखा प्रदान की है, और कम्प्यूटेशनल विधियों में तकनीकी प्रगति इन विधियों की प्रयोज्यता को बढ़ाना जारी रखती है। पिछले दशक में कई रणनीतियों पर चर्चा की गई है जो विशिष्ट रासायनिक आणविक लक्ष्यों के ज्ञान के साथ मौजूदा जीन और प्रोटीन अनुक्रम डेटाबेस का लाभ उठाते हैं, ताकि क्रॉस-प्रजाति बहिर्वेशन के लिए पूर्वानुमानित दृष्टिकोणका समर्थन किया जा सके और विशिष्ट मॉडल जीवों 5,6,7,8 से परे रासायनिक सुरक्षा मूल्यांकन को बढ़ाया जा सके।
विज्ञान को कार्रवाई में आगे बढ़ाने के लिए, भविष्य कहनेवाला विष विज्ञान में इन मूलभूत अध्ययनों का निर्माण, रासायनिक परीक्षण प्रयासों को प्राथमिकता देना और निर्णय लेने का समर्थन करना, अमेरिकी पर्यावरण संरक्षण एजेंसी अनुक्रम संरेखण प्रजातियों की संवेदनशीलता (सेकापास) उपकरण के पार भविष्यवाणी करने के लिए बनाया गया था। यह उपकरण एक सार्वजनिक और स्वतंत्र रूप से उपलब्ध वेब-आधारित एप्लिकेशन है जो प्रजातियों की विविधता में रासायनिक संवेदनशीलता की भविष्यवाणी करने के लिए लगातार विस्तारित प्रोटीन अनुक्रम जानकारी के सार्वजनिक भंडार का उपयोग करताहै। इस सिद्धांत के आधार पर कि किसी विशेष रसायन के लिए एक प्रजाति की सापेक्ष आंतरिक संवेदनशीलता को उस रसायन के ज्ञात प्रोटीन लक्ष्यों के संरक्षण का मूल्यांकन करके निर्धारित किया जा सकता है, यह उपकरण मौजूदा प्रोटीन अनुक्रम डेटा के साथ सभी प्रजातियों के लिए ज्ञात संवेदनशीलता के साथ एक प्रजाति से प्रोटीन अमीनो एसिड अनुक्रमों की तेजी से तुलना करता है। यह मूल्यांकन विश्लेषण के तीन स्तरों के माध्यम से पूरा किया जाता है, जिसमें (1) प्राथमिक अमीनो एसिड अनुक्रम, (2) कार्यात्मक डोमेन, और (3) महत्वपूर्ण अमीनो एसिड अवशेष तुलना, प्रत्येक को रासायनिक-प्रोटीन इंटरैक्शन के अधिक गहन ज्ञान की आवश्यकता होती है और संवेदनशीलता भविष्यवाणी में अधिक टैक्सोनोमिक रिज़ॉल्यूशन प्रदान करता है। SeqAPASS की एक बड़ी ताकत यह है कि उपयोगकर्ता रासायनिक-प्रोटीन या प्रोटीन-प्रोटीन इंटरैक्शन के बारे में कितनी जानकारी उपलब्ध है, इसके आधार पर लक्ष्य संरक्षण की ओर साक्ष्य की अतिरिक्त लाइनों को जोड़कर अपने मूल्यांकन को अनुकूलित और परिष्कृत कर सकते हैं।
पहला संस्करण 2016 में जारी किया गया था, जिसने उपयोगकर्ताओं को रासायनिक संवेदनशीलता की भविष्यवाणी करने के लिए एक सुव्यवस्थित तरीके से प्राथमिक अमीनो एसिड अनुक्रमों और कार्यात्मक डोमेन का मूल्यांकन करने की अनुमति दी और इसमें न्यूनतम डेटा विज़ुअलाइज़ेशन क्षमताएं शामिल थीं (तालिका 1)। व्यक्तिगत अमीनो एसिड मतभेदों को रासायनिक-प्रोटीन इंटरैक्शन में क्रॉस-प्रजाति अंतर के महत्वपूर्ण निर्धारक ों के रूप में दिखाया गया है, जो प्रजातियों की रासायनिक संवेदनशीलता10,11,12 को प्रभावित कर सकता है। इसलिए, बाद के संस्करणों को महत्वपूर्ण अमीनो एसिड पर विचार करने के लिए विकसित किया गया था जो प्रत्यक्ष रासायनिक बातचीतके लिए महत्वपूर्ण हैं। हितधारक और उपयोगकर्ता प्रतिक्रिया का जवाब देते हुए, इस उपकरण ने अतिरिक्त नई सुविधाओं के साथ वार्षिक संस्करण रिलीज किया है जो क्रॉस-प्रजाति बहिर्वेशन में चुनौतियों को संबोधित करने के लिए शोधकर्ताओं और नियामक समुदायों दोनों की जरूरतों को पूरा करने के लिए डिज़ाइन किया गया है (तालिका 1)। 2020 में SeqAPASS संस्करण 5.0 के लॉन्च ने उपयोगकर्ता-केंद्रित विशेषताओं को सामने लाया जो डेटा विज़ुअलाइज़ेशन और डेटा संश्लेषण विकल्प, बाहरी लिंक, सारांश तालिका और रिपोर्ट विकल्प और ग्राफिकल सुविधाओं को शामिल करते हैं। कुल मिलाकर, इस संस्करण की नई विशेषताओं और क्षमताओं ने डेटा संश्लेषण, बाहरी डेटाबेस के बीच अंतःक्रियाशीलता और क्रॉस-प्रजाति संवेदनशीलता की भविष्यवाणियों के लिए डेटा व्याख्या में आसानी में सुधार किया।
Protocol
Representative Results
Discussion
व्यापक मान्यता है कि जीवित जीवों की जीनोमिक, फेनोटाइपिक, शारीरिक और व्यवहारिक विविधता को पकड़ने के लिए पर्याप्त प्रजातियों का अनुभवपूर्वक परीक्षण करना संभव नहीं है जो विषाक्त रुचि के रसायनों के संपर…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
लेखकों ने पांडुलिपि के पहले मसौदे पर टिप्पणी प्रदान करने के लिए डॉ डैनियल एल विलेन्यूव (यूएस ईपीए, सेंटर फॉर कम्प्यूटेशनल टॉक्सिकोलॉजी एंड एक्सपोज़र) और डॉ जॉन ए डोरिंग (पर्यावरण विज्ञान विभाग, लुइसियाना स्टेट यूनिवर्सिटी) को धन्यवाद दिया। इस काम को अमेरिकी पर्यावरण संरक्षण एजेंसी द्वारा समर्थित किया गया था। इस पत्र में व्यक्त किए गए विचार लेखकों के हैं और जरूरी नहीं कि अमेरिकी पर्यावरण संरक्षण एजेंसी के विचारों या नीतियों को प्रतिबिंबित करें, न ही व्यापार नामों या वाणिज्यिक उत्पादों का उल्लेख संघीय सरकार द्वारा समर्थन का संकेत देता है।
Materials
| Spreadsheet program | N/A | N/A | Any program that can be used to view and work with csv files (e.g. Microsoft Excel, OpenOffice Calc, Google Docs) can be used to access data export files. |
| Basic computing setup and internet access | N/A | N/A | SeqAPASS is a free, online tool that can be easily used via an internet connection. No software downloads are required. |
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