Тройняшки рф официальный сайт: Семью, в которой родилась тройня, поздравили с выпиской из перинатального центра — Новости — События

С начала 2021 года в перинатальном центре Ростова на свет появилось уже три тройни

2021 год оказался урожайным на тройняшек. Из ростовского перинатального центра на днях выпишут самую крепкую тройку за последние два месяца. 35 недель — для многоплодной беременности это своеобразный рекорд. Подробнее — текст сюжета «Вести.Дон»:

Маленький Саша только что поел и спит в объятиях мамы. Этот богатырь настоящий джентльмен — позволил двум сестричкам Амелии и Милании увидеть первыми этот мир. Ирина — теперь многодетная мать — делится, что с мужем хотели подарить сыну сестру. Но на УЗИ сообщили — будет тройня. Шок утихомирил муж и сказал твёрдое: «Справимся!». И вот они — три ангела.

«Если брать близняшек — они родились, соединив свои ручки. То есть они в животе были как один замочек. Девочки очень похожи, пока тяжело их различать, но думаю со временем мы привыкнем друг к другу. Мой девиз по жизни: »Чем проще к ситуации относишься, тем проще она относится к тебе«. Так что мы не боимся бессонных ночей», — говорит мама тройни Ирина Станецкая.

В перинатальном центре есть и ещё две матери-героини. Первыми на свет появились 3 крошечные девочки — каждая меньше полутора килограммов, затем ещё 2 девочки и мальчик — они уже крупнее — немного больше двух. Сейчас детки находятся в перинатальном центре и все здоровы.

«Прошлый год был сложный и было лишь две тройни. Чтобы подряд — не было. Рождались одна за одной — перерыв где-то недели 2. А чтобы вот так одновременно лежали три тройни — такое первый раз», — говорит заместитель главного врача ГБУ Ростовской области «Перинатальный центр» по педиатрической помощи Нателла Землянская.

Уникальные мамы рожали на разном сроке беременности: на 31 неделе, на 34, на 35. В таких случаях это норма. Но для женского организма всё же тройной стресс, зато счастье в семье тоже тройное!

«Рождение тройни — это большое событие и это серьезный труд всей команды. Эти женщины с момента того, как им поставили диагноз многоплодная — тройня, они находились в сопровождении наших докторов длительное время. Весь этот период мы прошли с ними вместе», — говорит главный врач ГБУ Ростовской области «Перинатальный центр» Максим Уманский.

2021 год стал в буквально смысле «урожайным» для этого медучреждения — на свет появились около тысячи двухсот детей. А недавно здесь приняли тысячные роды. А что касается уникальных тройняшек, то врачи надеются, что скоро 9 малышей отправятся домой.

Впервые за три года в городе родилась тройня

Впервые за три года в городе родилась тройня

В семье Шелопугиных из Нижневартовска – прибавление. Девочки Милена, Ангелина и Арина родились 10 июля 2019 года. 

«Новость о том, что у нас будет тройня, оказалась неожиданной, но очень приятной. Сначала волновались за здоровье малышей, но, к счастью, все хорошо. –Рассказала мама девочек Елена Шелопугина. – Сейчас у нас приятные хлопоты, несмотря на периодические бессонные ночи. Мне очень помогают муж и старший сын. Трудностью был выбор имен – решали всей семьей, каждый предлагал свой вариант, в результате выбрали именно эти».

Несмотря на юный возраст, девочки получили свои первые документы – свидетельство о рождении. Также тройняшки впервые стали участницами торжества – в ЗАГСе состоялся обряд имянаречения.

«Мы провели его по инициативе главы города Василия Тихонова. Обряд имянаречения нацелен на пропаганду и укрепление семейных ценностей – материнства, отцовства, воспитания детей, поддержку института молодой семьи. Начиная с древних времен, родители ответственно подходили к выбору имени, ведь оно может определить жизнь ребенка. Такая церемония – своеобразная отправная точка в жизни малыша. – Рассказала заместитель главы города по социальной и молодежной политике администрации г. Нижневартовска Надежда Волчанина. – Отмечу, семья получит финансовую поддержку из городского и окружного бюджетов. Также мы готовы будем помочь маме тройняшек, если она захочет выйти на работу раньше. В городе работают ясельные группы для малышей младенческого возраста».

Напомним, Нижневартовск стал центром распространения опыта по открытию групп для детей в возрасте от двух месяцев как для городов Югры, так и для Москвы, Тюмени и Краснодара. Обеспечить местами малышей в возрасте до полутора лет в детских садах было одним из поручений губернатора округа Натальи Комаровой властям муниципалитетов округа. Город досрочно выполнил поручение и стал первым в регионе, кто применил практику создания ясельных групп. 

Департамент общественных коммуникаций администрации г. Нижневартовска.

размещено:13.09.2019

обновлено: 16.09.2019 12:09:35

Фото департамента общественных коммуникаций администрации города.

Глава города Владимир Колганов поздравил семью Курпас с рождением тройни БАРНАУЛ :: Официальный сайт города

Порядок приема и рассмотрения обращений

Все обращения поступают в отдел по работе с обращениями граждан организационно-контрольного комитета администрации города Барнаула и рассматриваются в соответствии с Федеральным Законом от 2 мая 2006 года № 59-ФЗ «О порядке рассмотрения обращений граждан Российской Федерации», законом Алтайского края от 29.12.2006 № 152-ЗС «О рассмотрении обращений граждан Российской Федерации на территории Алтайского края», постановлением администрации города Барнаула от 21.08.2013 № 2875 «Об утверждении Порядка ведения делопроизводства по обращениям граждан, объединений граждан, в том числе юридических лиц, организации их рассмотрения в администрации города, органах администрации города, иных органах местного самоуправления, муниципальных учреждениях, предприятиях».

Прием письменных обращений граждан, объединений граждан, в том числе юридических лиц принимаются по адресу: 656043, г.Барнаул, ул.Гоголя, 48, каб.114.

График приема документов: понедельник –четверг с 08.00 до 17.00, пятница с 08.00 до 16.00, перерыв с 11.30 до 12.18. При приеме документов проводится проверка пунктов, предусмотренных ст.7 Федерального закона от 02.05.2006 № 59-ФЗ «О порядке рассмотрения обращений граждан Российской Федерации»:

1. Гражданин в своем письменном обращении в обязательном порядке указывает либо наименование государственного органа или органа местного самоуправления, в которые направляет письменное обращение, либо фамилию, имя, отчество соответствующего должностного лица, либо должность соответствующего лица, а также свои фамилию, имя, отчество (последнее — при наличии), почтовый адрес, по которому должны быть направлены ответ, уведомление о переадресации обращения, излагает суть предложения, заявления или жалобы, ставит личную подпись и дату.

2.  В случае необходимости в подтверждение своих доводов гражданин прилагает к письменному обращению документы и материалы либо их копии.

3.  Обращение, поступившее в государственный орган, орган местного самоуправления или должностному лицу в форме электронного документа, подлежит рассмотрению в порядке, установленном настоящим Федеральным законом.

В обращении гражданин в обязательном порядке указывает свои фамилию, имя, отчество (последнее — при наличии), адрес электронной почты. Гражданин вправе приложить к такому обращению необходимые документы.

В соответствии со статьей 12 Федерального закона от 2 мая 2006 года № 59-ФЗ письменное обращение, поступившее в государственный орган, орган местного самоуправления или должностному лицу рассматривается в течение 30 дней со дня его регистрации.

Ответ на электронное обращение направляется в форме электронного документа по адресу электронной почты, указанному в обращении, или в письменной форме по почтовому адресу, указанному в обращении.

Итоги работы с обращениями граждан в администрации города Барнаула размещены на интернет-странице организационно-контрольного комитета.

Жилье для тройни / Законодательная Дума Томской области

Опубликовано:

13 апреля 2017

Депутаты комитета по труду и социальной политике поддержали во втором чтении поправки в закон о «О социальной поддержке граждан, имеющих несовершеннолетних детей». Изменения касаются совершенствования процедуры расчета единовременной денежной выплаты на улучшение жилищных условий гражданам, у которых одновременно родилось трое и более детей.

На практике возникают случаи, когда при рождении одновременно трех и более детей граждане обращаются за получением свидетельства на улучшение жилищных условий в конце одного года, а распоряжаются средствами единовременной денежной выплаты в следующем году. При этом, стоимость 1 кв.м. жилья, которое планируется приобрести, может измениться,  как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Поэтому предлагается закрепить положение, согласно которому размер единовременной денежной выплаты будет рассчитываться, исходя из средней стоимости 1 кв.м. жилья на год обращения граждан за свидетельством, а не на год распоряжения указанной выплатой.

Напомним, что при рассмотрении поправок в ходе 6 собрания Думы у депутатов возник ряд вопросов. Для их проработки была сформирована рабочая группа. Так, один из вопросов касался возможности закрепить в законе положение, согласно которому свидетельство выдается на приобретение жилья только в том районе, где семья состоит на учете на улучшение жилищных условий. Рабочая группа приняла решение поддержать первоначальную идеологию закона: семья, где родились тройняшки, имеет право приобрести жилье на всей территории области без ограничений.

Также были отклонены предложения по закреплению в законе предельной стоимости квадратного метра приобретаемого жилья.

Депутат Игорь Чернышев предложил внести в закон еще ряд поправок. В частности заменить слово «свидетельство» на «жилищный сертификат», а срок реализации права на улучшение жилищных условий продлить до 15 лет. Депутаты комитета данное предложение не поддержали.

Председатель комитета по труду и социальной политике Леонид Глок озвучил решение комитета предложить собранию Думы принять протокольное поручение:

— Рекомендовать администрации Томской области по итогам 2017 года провести мониторинг реализации статьи 7 указанного закона с 2014 по 2017 год включительно. В нем отразить количество семей, реализовавших право на улучшение жилищных условий;  стоимость цены одного квадратного метра жилого помещения, исходя из которого проводился расчет размера единовременной денежной выплаты; место расположения приобретаемого за счет единовременной выплаты жилья; использование собственных и заемных средств получателями свидетельства. 

Главврач Перинатального центра в Балашихе про тройни, ЭКО и здоровые роды — Люди

Каждый год в Московском областном перинатальном центре в Балашихе рождается более 5 тысяч малышей, причем около 120 родов – это двойняшки и тройняшки. Однако в этом году уже 134 женщины поступили с многоплодной беременностью, пять родили тройни. Это рекорд для всего Подмосковья! Почему двойни и тройни стали рождаться все чаще и можно ли рожать после сорока, корреспонденту «РИАМО в Балашихе» рассказала главный врач Московского областного перинатального центра, доктор медицинских наук Ольга Серова.

– Ольга Федоровна, почему двойни и тройни стали появляться на свет все чаще, в том числе в Балашихе?

– Это происходит прежде всего за счет широкого внедрения вспомогательных репродуктивных технологий, то есть экстракорпорального оплодотворения. На сегодняшний день подсаживают один или два эмбриона, но в процессе развития может происходить деление яйцеклетки – именно тогда получается двойня или тройня.

– Но раньше ведь тоже рожали двойняшек и тройняшек, причем без ЭКО…

Экскурсия по перинатальному центру в Балашихе

– И сейчас рожают. Но частота спонтанных многоплодных беременностей невелика – около 35%, и с годами не увеличивается. Чаще всего это наследственный фактор – обычно через одно поколение, иногда через два. Если ваша бабушка родила двойню или тройню, то вполне вероятно, что это случится и с вами.

Конечно, такая беременность всегда высокого риска, потому что вынашивание одновременно двоих-троих малышей – это большая нагрузка на организм женщины. Здесь требуется серьезное наблюдение врачей.

– Три месяца назад в вашем перинатальном центре женщина из Нигерии родила трех очаровательных сестричек. Расскажите об этой семье.

– Эта семья приехала в Москву из Нигерии, беременность была спонтанной. Они пришли к нам на консультацию, потому что у будущей мамы были серьезные осложнения. Мы госпитализировали ее в отделение патологии беременных, где она была под наблюдением до родов.

Мы сохраняли эту беременность насколько возможно, но из-за осложнений роды все равно были преждевременными. Девочки родились с весом 1100, 950 и 700 граммов. Сначала они наблюдались в отделении детской реанимации, а потом в отделении патологии новорожденных. Последняя малышка лечилась у нас дольше всех.

Каждую субботу семья приходит к нам, мы осматриваем деток. Сегодня их состояние удовлетворительное, никаких патологических состояний нет, они развиваются соответственно своему возрасту – у них все хорошо.

– На днях в вашем центре родилась еще одна тройня…

– Да, две девочки и один мальчик появились на свет на 34-й неделе в результате ЭКО. Мама приехала из Талдома, ей 29 лет, это первая беременность. ЭКО делала у нас. Все детки родились с весом больше килограмма – 1800, 1700 и 1600 граммов. Новорожденные сутки находились в отделении детской реанимации, затем их перевели в отделение патологии новорожденных. Но в плане здоровья им ничего не угрожает, просто здесь им нужно подрасти, набрать вес, начать хорошо кушать и усваивать питание. Они получают мамино грудное молоко и докармливаются смесью для недоношенных детей.

– В вашем центре есть отделение вспомогательных репродуктивных технологий?

Раннее материнство: счастье или горе? Истории девушек, родивших до 18 лет

– Да, и метод ЭКО применяется с различными его модификациями. Женщины наблюдаются в нашем консультативно-диагностическом отделении и поступают на роды в наш перинатальный центр. Именно поэтому у нас так много многоплодных беременностей. Конечно, риски многоплодной беременности при ЭКО значительно выше, и мы наблюдаем этих женщин с особой тщательностью.

Есть нормативные документы, которые регламентируют применение метода ЭКО. Есть ограничения, среди них онкология и другие тяжелые заболевания. А если женщина страдает хроническими заболеваниями, то комиссия решает вопрос о возможности применения ЭКО.

– Расскажите о медицинских новинках, которые способствуют сохранению жизни и здоровья мамы и малыша.

– В Московской области есть программа профилактики преждевременных родов, диагностических и лечебных мероприятий как в женской консультации, так и в стационаре. Появились новые препараты по программе развития здравоохранения Подмосковья. Сейчас мы закупаем очень эффективный препарат для профилактики преждевременных родов, который позволяет сохранить беременность.

Кроме того, мы развиваем новые технологии для лечения различных осложнений при многоплодной беременности. Есть серьезное осложнение – фето-фетальный синдром, при котором два плода на одной плаценте, происходит перекрестное кровоснабжение. Чтобы сохранить жизнь обоим малышам, нужно провести внутриутробную операцию. В нашем центре мы успешно делаем такие операции уже третий год, и это позволяет спасти деток даже в самых тяжелых ситуациях.

Для выхаживания недоношенных детей весом от 500 граммов в центре применяются самые современные методы диагностики и лечения.

– Как вы относитесь к тому, что сегодня женщины все чаще рожают после сорока лет? Можно ли родить здорового ребенка в таком возрасте?

– Роды после сорока, конечно, представляют риск серьезных осложнений. К этому возрасту у женщин, как правило, отягощенный анамнез: перенесенные операции, аборты, накопившиеся проблемы с наступлением беременности, да и целый ряд хронических заболеваний, которые могут вызвать осложнения беременности и родов. Ну и функциональный резерв всех органов и систем организма значительно меньше, чем в более раннем возрасте.

Поэтому во всем мире считается, что роды в позднем репродуктивном возрасте – это роды высокого риска. То есть несмотря на применение современных технологий, здоровье женщины должно быть адекватным вынашиванию беременности, потому что это серьезная нагрузка на организм. И нужно помнить, что беременность может спровоцировать обострение различных заболеваний и развитие осложнений.

«Яжемать» − новый вид человека или просто несчастная женщина?

– Зрелый возраст отца, что сейчас тоже не редкость, – тоже фактор риска?

– Да, он тоже несет определенные риски. Чтобы их минимизировать, существует пренатальная диагностика. Это скрининг на различные хромосомные аномалии и врожденные пороки развития в первом триместре (12 недель) и во втором триместре (19-20 недель). Он позволяет выявить риски нарушений и при необходимости провести более углубленное обследование. То есть и в этой ситуации есть возможность родить здорового малыша. У нас такие исследования тоже проводятся.

– В перинатальном центре часто проходят дни открытых дверей. Какое значение они имеют для будущих мам?

– Мы проводим их на протяжении девяти лет с разной частотой, в последнее время очень часто. Проводим экскурсию, показываем возможности перинатального центра и условия, в которых рожают женщины, знакомим с врачами и заведующими отделений, отвечаем на все вопросы. Это важно для того, чтобы будущая мама могла поступить сюда без страха.

– Что больше всего волнует будущих мам?

– Вопросы обезболивания родов и условий, в которых они будут рожать. В нашем центре исключительно индивидуальные родильные залы. Женщина поступает со схватками, и мы размещаем ее в отдельной комнате, оборудованной всем необходимым. С ней может находиться муж или мама.

– Применяете ли вы альтернативные способы родоразрешения?

Четыре сыночка и лапочка‑дочка: проблемы многодетных семей в Балашихе

– Да, по желанию пациентки, если нет каких-либо противопоказаний. Так, в некоторых индивидуальных родзалах у нас стоит джакузи – но это не для того, чтобы женщина рожала в воду, а для первого периода родов, когда схватки наиболее болезненны. Также у нас есть фитнес-мячи, которые помогают облегчить схватки. Вообще, у нас практикуется свободное поведение женщины в родах, но только если нет эпидуральной анестезии, которая ограничивает движения.

– Что происходит после родов?

– У нас применяются самые современные здоровьесберегающие перинатальные технологии. Сразу после рождения малыш выкладывается на живот мамочке, происходит раннее прикладывание к груди.

В послеродовом отделении мама также не разлучается со своим ребеночком. У нас приветствуется свободное грудное вскармливание. Мы подробно рассказываем молодым мамам, как купать и пеленать малыша. При уходе за ребеночком мамы по желанию могут использовать свое белье и одежду, так как она имеет домашнюю микрофлору – это защищает новорожденного от патогенной микрофлоры.

– Кто может попасть к вам в центр?

– Любая жительница Балашихи, а также женщины из других районов Московской области. И даже из других регионов – ежегодно таких у нас около четверти. Это всегда непростые пациентки, ведь перинатальные центры специализируются на выхаживании недоношенных детей и детей с различными заболеваниями, на выхаживании женщин с осложнениями беременности, в том числе с многоплодной беременностью.

– Несколько лет назад далеко не все местные жительницы могли здесь рожать, так как перинатальный центр был переполнен.

– Именно поэтому в микрорайоне Саввино был построен родильный дом. Сейчас он открыт и активно функционирует, поэтому такого переполнения, которое было раньше, нет. Очень крупный перинатальный центр открылся и в Щелкове – это тоже сделало профессиональную помощь роженицам более доступной.

Как получить материнский капитал в Подмосковье

– Каковы перспективы развития перинатального центра в Балашихе?

– Наш центр постоянно развивается. У нас есть отделение функциональной диагностики, где можно сделать МРТ-исследование не только женщинам, но и недоношенным малышам, находящимся на искусственной вентиляции легких. Это большое достижение. Также мы развиваем фетальную, внутриутробную хирургию.

Мы планируем расширить отделение катамнестического наблюдения новорожденных – то есть, наблюдения после выписки. Хотим, чтобы рожденные в перинатальном центре малыши могли наблюдаться у нас как минимум до трех лет, потому что именно этот период наиболее уязвимый и требует тщательного наблюдения.

Я уверена, что с каждым годом на территории городского округа Балашиха будет появляться на свет все больше здоровых деток. А мы всегда будем рядом и поможем сохранить жизнь и здоровье мамы и малыша!

Очередная тройня родилась в областном перинатальном центре

Они в одночасье стали
многодетными. К родителям, у которых
родилась тройня, врачи заглядывают с
любопытством. Ведь даже они редко видят
счастье «в
кубе».
Проведать малышей приехали и родственники.

— Кто у
вас, мальчики, девочки? — Мария,
Александр и Роман. Да, у нас полный
комплект.

Сейчас с новорожденными
никаких хлопот. Покормить и положить
спать — вот и вся забота. О сложностях,
которые еще поджидают, родители наслышаны.
Как одеть всех малышей разом, вывести
на прогулку? Но все это не пугает, больше
заботит квартирный вопрос, хочется
воспитать сыновей и дочку в достатке,
дать хорошее образование.

Ирина Суханова, мама
тройни:

— Потому
что хотим воспитать министра
здравоохранения, потом у нас будет
министр обороны. —
И финансов? — И финансов,
обязательно, да.

С начала работы
перинатального центра в Архангельске
это третья тройня.
А всего за полгода медики приняли почти
2 тысячи родов. Молодые мамы сюда едут
со всей области с патологиями. Довелось
принять роды даже у беременной с
тромбоэмболией. Это такой недуг, когда
без помощи медиков роженица
просто не выживет. Вообще, за два года
в области ни одни роды не закончились
для матери фатально. А младенческая
смертность с появлением центра уменьшилась
на треть. Хотя бывает, что рожают женщины
на очень ранних сроках, когда дети не
весят и 500- граммов.

Александр Пьянков,
заведующий акушерским отделением
патологии беременных Архангельского
перинатального центра:

— Мы —
ведущее учреждение, эти дети должны
рождаться у нас, и они имеют большие
шансы здесь выжить, здесь получить
необходимую помощь и расти и развиваться
уже соответственно получая различные
реабилитационные программы,
восстановительное лечение.

У врачей перинатального
центра есть возможность консультироваться
со специалистами разного профиля. Такая
взаимопомощь, а еще современное
оборудование и позволяют добиваться
хороших результатов. Наталья Футоран
родила вопреки всему. Она долго не могла
забеременеть. Перенесла гинекологическую
операцию в Москве и через три года чудо
случилось. На свет появилась малышка
Полина.

Наталья Футоран,
жительница г. Архангельска:

— Были
сложности непосредственно с зачатием,
с вынашиванием и с родоразрешением,
были, кроме того, определенные моменты
в части наркоза, поэтому пришлось
потрудиться анестезиологам. Я очень
благодарна и акушеру-гинекологу, и
анестезиологу, и медперсоналу.

В перинатальном центре
принимают до 9 родов в сутки. Несмотря
на дефицит мест, берут всех, никому не
отказывают. Сейчас врачи готовятся
принять будущую маму, которая вынашивает
четверых малышей. Она живет в Северодвинске
и, скорее всего, будет рожать в областном
перинатальном центре.

В клиническом перинатальном центре Саратовской области появились на свет тройняшки — Правительство Саратовской области

Для просмотра видео включите JavaScript в вашем браузере. Проверить совместимость вашего браузера можно по этой ссылке.

Семья Познышевых проживает в городе Красноармейске. У Марии – мамы тройни, это вторые роды, в семье подрастает сын. Планировать появление второго ребенка Мария и Андрей начали через три года после рождения первенца. Пациентка на протяжении всей беременности находилась на контроле в акушерском дистанционном консультативном центре, неоднократно была консультирована в поликлинике ГУЗ СО «Клинический перинатальный центр Саратовской области».

«Второго июня пациентка госпитализирована в отделение патологии беременности, где проводилась предродовая подготовка, а двадцатого числа   в нашем учреждении родились 3 мальчика: Сергей с массой 2340 г, Тимофей – 2360 г, Артем – 2440», — рассказала главный врач лечебного учреждения Елена Ермолаева.

Поздравить родителей с таким знаменательным событием и вручить первые подарки малышам приехал министр здравоохранения области Олег Костин: «В первую очередь хочу поблагодарить Марию, которая родила таких прекрасных сыновей! Ведь это не только подарок счастливому отцу, это подарок для всей области — первая в 2021 году тройня! Мы и в условиях ковида, строгих санитарно-эпидемиологических ограничений ни на минуту не останавливали работу службы родовспоможения. Сегодня перед нами стоит задача, чтобы как можно больше детишек появлялось на свет! Я желаю вам и вашим деткам быть счастливыми, а быть здоровыми мы обязательно поможем!»

За 1 полугодие 2021 года в стационаре клинического перинатального центра Саратовской области родились 1 764 ребенка, из них недоношенными – 220. С экстремально низкой массой тела до 1000 г родилось 14 детей, с очень низкой массой тела – от 1000 до 1500 грамм – 22 ребенка. Благодаря постоянному развитию региональной службы родовспоможения выживаемость в группе детей с массой при рождении от 500 грамм до 1500 грамм по итогам 6 месяцев составила 91,7%.

Министерство здравоохранения области

Радиочастотные измерения туннельных связей и синглет-триплетных спиновых состояний в квантовых точках Si: P

Изготовление и характеристика устройства

На рисунке 1 показано изображение литографической маски, используемой для определения двух квантовых точек (D1 и D2), состоящих из кластер из двух доноров P и кластер из трех доноров P соответственно. Провода формируются в том же монослое фосфора, что и точки, для формирования выводов истока (S) и стока (D), а два затвора (G1 и G2) используются для управления электростатическими потенциалами двух точек.Цепь резервуара соединена со стоком и состоит из катушки индуктивности 560 нГн, которая вместе с паразитной емкостью C _p ≈0,9 пФ образует резонанс при f ₀ = 222,6 МГц с добротностью . Q ≈35.

Рис. 1. Рефлектометрическое обнаружение двойной квантовой точки с несколькими донорами.

Изображение двух квантовых точек D1 и D2, полученное с помощью сканирующего туннельного микроскопа, на литографической H-маске. Квантовые точки состоят из двух и трех доноров P соответственно.Выводы источника (S) и стока (D) позволяют пропускать ток через точки для транспортных измерений. Цепь ВЧ-резервуара образована индуктором 560 нГн, подключенным к контакту D и его паразитной емкостью относительно земли C _p , как показано. Резистор 1 кОм и конденсатор 1,5 нФ образуют тройник смещения, который отделяет ВЧ-порт от источника постоянного тока. порт смещения. Масштабная шкала (белая), 40 нм. На вставке показано увеличенное изображение двойных квантовых точек с размерами в нанометрах.

На рисунке 2 показан транспортный ток (рис.2a) и изменения фазы (рис. 2b) и амплитуды (рис. 2c) отраженного радиочастотного сигнала в зависимости от двух напряжений затвора. Округ Колумбия. ток появляется только вблизи тройных точек, где переходы заряда обеих точек входят в резонанс с уровнями Ферми выводов и друг с другом ²⁵ . Напротив, отдельные переходы заряда на каждой квантовой точке также четко видны при радиочастотных измерениях, потому что необходимо выполнить только одно условие резонанса. A.c. может перемещаться либо между одной квантовой точкой и ее выводом, либо между двумя квантовыми точками, даже если d.c. через две последовательно расположенные точки блокируется. ВЧ-ответы подтверждают количество электронов и энергии связи, оцененные ранее для этого устройства по постоянному току. Транспортные данные ⁸ .

Рисунок 2: Диаграмма стабильности двойной квантовой точки в сравнении с постоянным током. транспорт и рефлектометрия RF.

Диаграмма стабильности двойной квантовой точки, измеренная в постоянном токе ( a ). пропускают ток через две точки, ( b ) относительная фаза отраженного радиочастотного сигнала; Δ φ , и ( c ) относительная амплитуда радиочастоты, Δ | В _REFL | / | В _REFL |.Конфигурации заряда помечены ( N ₁ и N ₂ ) для N ₁ электронов в точке 1 и N ₂ электронов в точке 2. Смещение исток – сток В _D = −3 мВ.

Комплексный анализ проводимости

Полная проводимость Y ( ω ) одноэлектронного туннелирования между точкой и отведением имеет как действительную, так и мнимую часть, представленную как Y ( ω ) = г _q + iωC _q , квантовая емкость C _q параллельно квантовой проводимости g _q .Эта полная проводимость зависит от туннельной скорости γ , частоты возбуждения ω ₀ и температуры электронов в свинце T _e (ссылка 22). Эти два типа проводимости можно различить при измерениях, потому что добавление диссипативной нагрузки (проводимости) к резонансному контуру поглощает энергию и уменьшает амплитуду отраженного сигнала, в то время как дисперсионная нагрузка (емкость) сдвигает резонансную частоту контура, что выглядит как сдвиг фазы отраженного сигнала при измерении на фиксированной частоте.Интересно, что на рис. 2b, c мы видим, что переходы между точками и выводами появляются в основном в фазовом отклике, за исключением меньших номеров электронов, где они сильнее проявляются в амплитудном канале. Эти дополнительные фрагменты информации позволяют нам оценить скорости туннелей, предоставляя ценные рекомендации о том, как проектировать устройства на основе доноров, чтобы скорости туннелей находились в диапазоне для оптимальной чувствительности обнаружения и операций с кубитами.

Чтобы проиллюстрировать это, на рис.3а) и амплитудный (рис. 3б) отклик каждого из переходов точка – свинец в зависимости от химического потенциала точки относительно уровня Ферми свинца Δ μ . Эти следы были удалены от трехточечных зарядов вырождения, чтобы избежать каких-либо эффектов совместного туннелирования или переноса. Три перехода, один из точки 1 и два самых нижних перехода точки 2, имеют разные пиковые фазовые и амплитудные характеристики, но все три имеют одинаковую ширину в Δ μ . Это указывает на то, что они находятся в режиме, в котором ширина переходов определяется температурой электронов,.В этом режиме квантовая емкость и проводимость равны ^22,24

Рисунок 3: Извлечение туннельных скоростей при переходах точка-свинец.

( a ) Фазовая характеристика каждого электронного перехода как функция потенциала относительно уровня Ферми свинца Δ μ . Красные кривые соответствуют уравнению (1) для термически уширенных переходов, зеленые кривые соответствуют уравнению (3) для переходов с расширенным временем жизни. Кривые смещены друг относительно друга на 0.75 ° для ясности. ( b ) Амплитудная характеристика каждого перехода. Значительные амплитудные отклики для N ₂ = 0↔1 и N ₂ = 1↔2 указывают на конечную квантовую проводимость. Синие кривые соответствуют уравнению (2). ( c ) Пиковая квантовая емкость перехода точка-вывод, предсказанная как функция скорости туннелирования для (уравнение 3, зеленая кривая) и (уравнение 1, красная кривая). Линии показаны пунктирной линией в промежуточном режиме, при котором не действуют никакие ограничения.Пиковый фазовый сдвиг для каждого перехода заряда, масштабированный по емкости, отображается для тех переходов, где туннельная скорость может быть определена по уширению линии (зеленые квадраты) или оценена по относительному пиковому фазовому сдвигу (красные треугольники). ( d ) Квантовая проводимость г _q как функция скорости туннелирования (уравнение 2, синяя кривая). Синие треугольники и зеленые квадраты указывают масштабированный отклик максимальной амплитуды каждого перехода при его предполагаемой скорости туннелирования.

, где q _e — единица заряда электрона, а α ′ — геометрический фактор, связывающий изменение химического потенциала точки с уровнем Ферми свинца.Подгоняя эти первые три перехода к части cosh ⁻² уравнения (1) (красные кривые на рис. 3a), мы определяем температуру электронов в выводах T _e = 260 мК. Пиковая квантовая емкость C _q при Δ μ = 0, предсказанная уравнением (1) (красная кривая на рис. 3c), равна нулю для малых скоростей туннелирования по сравнению с ω ₀ , потому что туннелирование электронов не может удерживаться вверх с движущей силой. Затем он увеличивается до точки перегиба при γ = ω ₀ и выравнивается до for, где максимальное значение ограничено геометрией устройства (через параметр α ′) и температурой.Пиковая проводимость г _q , определяемая уравнением (2) (синяя кривая на рис. 3d), значима только тогда, когда γ ∼ ω ₀ . Для более высоких скоростей туннелирования электронное туннелирование происходит в противофазе с управляющим сигналом, поэтому отклик является чисто емкостным. Таким образом, относительные фазовые и амплитудные характеристики на каждом переходе позволяют оценить скорость туннелирования для γ ∼ ω ₀ . Для перехода точки 1, N ₁ = 0↔1, отсутствие амплитудной характеристики указывает на то, что туннельная скорость намного больше, чем частота возбуждения, но все же меньше, чем тепловая энергия (как мы обсудим ниже ) так что это порядка 1 ГГц.Первый переход точки 2, N ₂ = 0↔1, имеет пониженную фазовую характеристику, но значительную амплитудную характеристику, что указывает на то, что скорость туннелирования сравнима с частотой возбуждения. Второй переход, N ₂ = 1↔2, аналогичен, но с большей фазовой характеристикой. Масштабирование между амплитудой / проводимостью и фазой / емкостью обсуждается в дополнительном примечании 1. Подбирая относительную пиковую проводимость и емкостные характеристики для каждого перехода к уравнениям (1) и (2), мы оцениваем γ / (2 π ) ≈100 МГц для N ₂ = 0↔1 и γ / (2 π ) ≈250 МГц для N ₂ = 1↔2.Пиковая фазовая характеристика этих двух переходов нанесена на график против этих оценок скорости туннелирования в виде треугольника и круга на фиг. 3c для сравнения с уравнением (1) (красная кривая), а амплитудные характеристики пиковой амплитуды показаны на фиг. 3d для сравнения с уравнение (2) (синяя кривая).

Напротив, два перехода с наивысшим числом электронов точки 2, N ₂ = 2↔3 и N ₂ = 3↔4, имеют более широкий отклик, чем другие, в Δ μ , указание на то, что скорость туннеля велика, ℏ γ > k _B T _e .В этом режиме туннелирование электронов имеет чисто емкостный отклик ²²

Подгоняя уравнение (3) к этим двум переходам (зеленые кривые на рис. 3a), мы оцениваем туннельные скорости γ / (2 π ) = 22 ГГц для N ₂ = 3↔4 и γ / (2 π ) = 11 ГГц для N ₂ = 2↔3. Пиковая фазовая характеристика этих двух переходов изображена в виде зеленого квадрата и звезды на рис. 3c для сравнения с зависимостью от скорости туннелирования уравнения (3) (зеленая кривая).

Взятые вместе, результаты из точки 2 демонстрируют, что туннельная связь заметно изменяется для каждого электронного перехода, отражая уникальную физику электронов, удерживаемых донорами. Когда электроны добавляются к квантовой точке, многоэлектронная волновая функция расширяется в пространстве, перекрываясь больше со свинцом и обеспечивая большую туннельную связь. Измерения хорошо иллюстрируют весь диапазон туннельных скоростей, в которых обнаружение рефлектометрии является наиболее предпочтительным. Для скоростей туннелирования, сравнимых с частотой возбуждения ( γ ∼ ω ₀ ), пиковая характеристика (объединенная фаза и амплитуда) снижается, и возникает диссипация в туннелировании, которая вносит шум в измерения ²⁴ .Для больших туннельных скоростей измеренный фазовый сдвиг становится шире и меньше по величине, поскольку квантовая точка становится менее плотно ограниченной. Будущие донорские устройства должны быть спроектированы так, чтобы скорость туннелирования находилась в среднем диапазоне для оптимального обнаружения РЧ.

Считывание спинового состояния

В транспортных измерениях мы ранее наблюдали блокаду спина Паули на переходе заряда (1, 3) и (0, 4) ⁸ . Теперь мы изучаем, как спиновая блокада влияет на РЧ ответ. В отсутствие приложенного магнитного поля мы наблюдаем линию фазового сдвига вдоль зарядового вырождения (1, 3) — (0, 4), как показано на рис.4а из-за дополнительной емкостной нагрузки, обусловленной межточечным туннелированием. Квантовая емкость на межточечном переходе подчиняется, где энергия отстройки ɛ представляет собой разность энергий между (0, 4) и (1, 3) зарядовыми состояниями, а α _I = α _1D — α _2D = 0,32 мэВ мВ ⁻¹ — геометрический фактор, который связывает ɛ с напряжением на выводе D, Δ ɛ = — q _e α _I Δ V _D (исх.13). Самые низкие энергетические уровни системы вблизи линии вырождения заряда показаны на рис. 4в (см. 9). Для синглетных состояний с наименьшей энергией, энергии которых вблизи антипересечения равны, квантовая емкость составляет

Рисунок 4: Спиновая блокада и обменная энергия при зарядовом переходе (1, 3) — (0, 4).

( a ) Диаграмма стабильности при B = 0 Тл, с межточечным туннелированием между (1, 3) и (0, 4) конфигурациями заряда. Стрелкой указано направление увеличения энергии расстройки ɛ .( b ) Та же диаграмма, взятая с B = 2 T. Межточечный фазовый отклик исчезает, поскольку основное состояние системы теперь является триплетом. ( c ) Диаграмма уровней энергии для системы, включая три спиновых триплетных состояния с зарядовой конфигурацией (1, 3) (синий) и два синглетных состояния (красный). При приложении магнитного поля основное состояние переходит из синглета в триплет с энергией отстройки ɛ _D . ( d ) Фазовая характеристика при межточечном переходе как функция отстройки, разрез данных a вдоль линии отстройки.Красная кривая показывает соответствие уравнению (4), из которого мы извлекаем туннельную связь t _c = 47 мкэВ. ( e ) Измерение фазы между точками в зависимости от расстройки ɛ и магнитного поля B . Фазовый отклик асимметрично исчезает с увеличением обменной энергии при увеличении ɛ . Пунктирная линия указывает на вырождение синглетного и триплетного состояний с наименьшей энергией.

Подгоняя эту функцию к ширине линии межточечного перехода, как показано на рис.4d обеспечивает прямое измерение межточечной туннельной связи t _c = 47 ± 5 мкэВ, улучшая оценку, приведенную в исх. 8, основанный на транспортных данных. На рис. 4b мы повторяем измерение межточечного перехода с приложенным магнитным полем B = 2 Тл, где мы видим, что межточечный фазовый отклик полностью исчезает. Здесь магнитное поле понизило энергию триплетного состояния t ^— до основного состояния. Блокада Паули предотвращает туннелирование, когда спиновое состояние электронов представляет собой триплет, поэтому в этом случае нет квантовой емкости и измеренного фазового отклика.

На рис. 4e мы показываем, как межточечный фазовый отклик изменяется в зависимости от энергии расстройки и приложенного магнитного поля, чтобы отобразить синглет-триплетный переход основного состояния, который происходит при отстройке, как показано на рис. 4c. Фазовая характеристика исчезает при высоком значении B , поскольку основное состояние системы становится триплетным состоянием t ^— . Пунктирная линия на графике указывает точку синглет-триплетного вырождения, ожидаемую при значении t _c , извлеченном из рис.4d и магнитный g -фактор g = 2. Видно, что исчезновение фазовой характеристики хорошо согласуется с ожидаемой зависимостью от B и. Линия отклика асимметрична по отношению к расстройке, что мы ожидаем, потому что обменная энергия (разделение энергии между состояниями s и t ⁰ ) меньше, когда электроны разделены в конфигурации (1, 3) и увеличивается по мере того, как поле отстройки подталкивает их к переходу (0, 4).Зеемановская энергия, при которой фазовый отклик исчезает в каждой точке отстройки, представляет собой прямое измерение обменной энергии через линию вырождения заряда, которая изменяется от примерно 20 мкэВ до 120 мкэВ при. Свидетельства большей обменной энергии можно увидеть в более сильных магнитных полях (дополнительное примечание 2). В транспортных данных мы ранее наблюдали, что обменная энергия достигает 8 мэВ при очень высокой расстройке ⁸ , демонстрируя, что обменная энергия может быть настроена по крайней мере на два порядка в квантовых точках на донорной основе с использованием монослойных легированных квантовых точек. , самолетные ворота.Переход в основное состояние не является идеально резким, что соответствует температуре 120 мК или меньше (дополнительное примечание 3). Отметим, что это определенно меньше, чем измеренная нами температура электронов в выводах: T _e = 260 мК; электроны квантовых точек, когда они настроены от уровня Ферми выводов, изолированы от тепловых флуктуаций в выводах и могут уравновеситься до более низкой температуры.

Чтобы наблюдать неравновесную динамику синглет-триплетной системы, мы прикладываем непрерывную серию импульсов напряжения 10 нс к затворам, эквивалентным ɛ _{импульсу} = + 1 мэВ, разделенных временем считывания, а B = 2 т.Поскольку _{импульс} > ɛ _D , синглетное состояние становится основным состоянием во время импульса, и система может релаксировать в синглетное состояние в течение этого времени. Затем этот синглет может быть обнаружен при = 0 между импульсами. На рисунке 5a показан результат: фазовая характеристика между точками, отсутствующая без импульсов, как на рисунке 4b, теперь появляется снова, потому что синглетное состояние заполняется во время считывания. Величина фазовой характеристики как функция времени считывания показана на рис.5b, который соответствует среднему по времени экспоненциальному затуханию с характерным временем 60 нс. Это очевидно короткое время релаксации не является фундаментальным для синглет-триплетной спиновой системы, но связано с совместным туннелированием электронов между квантовыми точками и выводами в этом конкретном устройстве (дополнительное примечание 4). Туннельная связь между точками и выводами в этом устройстве ( γ = 22 ГГц для N ₂ = 3↔4) слишком сильна, чтобы позволить хорошо изолированные двойные квантовые точки, подчеркивая значение туннельной скорости измерения для проектирования кубитных устройств на основе доноров.В будущих устройствах этот вопрос будет решаться за счет более слабого взаимодействия с выводами для получения более устойчивых синглет-триплетных спиновых состояний кубита.

Рис. 5. Измерение синглетного возбужденного состояния и время релаксации.

( a ) При B = 2 Тл, импульс расстройки амплитудой _{импульс} , который заполняет синглетное состояние, вызывает повторное появление межточечной фазовой характеристики. ( b ) Величина фазовой характеристики при изменении времени считывания (синие точки). Черная линия соответствует усредненному по времени экспоненциальному распаду, показывая, что синглетная населенность возбужденного состояния распадается с характерным временем 60 нс.

(PDF) Подгонки триплета Ланжевена типа DTL и анализ трудностей настройки поперечного DTL

TRI-BN-19-18 Страница 5

Prelude: настройка дрейфовой трубки ISAC Quadrupoles Linac

Изменение энергии завершено, + 5Ne- 21 883КэВ / ед для Дракона. Примерно (числа до

следуют) 80-85% передачи от MEBT: FC9 к DRA: FCCH, со 100% от

HEBT2: FC4 к DRA: FCCH. Они проверяют энергию с помощью неонового луча, я

запросил протоны обратно из Ops, они только что возвращаются (sic) из 2.5

час борьбы со своим РФ. Для всех, кого это волнует, я установил энергию по ноте Боба

, прикрепленную к Keithley, и заставил луч хорошо выглядеть на пражской арфе, используя фазу и амплитуду

Tank 4. Как только RF был доволен, я использовал оптику HEBT-> Dragon

из сохранения 29 апреля в 12:18, когда энергия составляла 877KeV / u, и увеличил ее до

. Настроил DTL вручную, исходя из теоретических чисел из таблицы Matteo

, и подправил практически все, что касается оптики.Сохраните

/ b / 020519 2050.snapiosdragon.

Крис Пейн, электронный журнал операций ISAC, 19 мая 2002 г.

За годы, прошедшие с момента первоначального ввода в эксплуатацию DTL, операторы прибегли к ручной настройке триплетов DTL во время настройки ускорителя, полагаясь на передачу в качестве основного

показатель качества. Набор триплетных квадрупольных заданных значений DTL, часть электронной таблицы, предназначенной для операций в начале 2000-х годов, лег в основу методологии настройки DTL.

Эти токи магнитов в электронной таблице, как известно, требовали значительной ручной настройки.

, однако, с записями в электронном журнале операций ISAC, датируемыми высоким уровнем 2002 года —

, которые освещают этот факт, показанный в верхней части настоящей страницы.

Вследствие ненадежности прогнозируемых токов магнитов настройка квадруполей DTL

была сочтена ISAC Operations как утомительная и трудоемкая задача.

В частности, когда операторы настраивали DTL, после того, как каждый резервуар и пакетировщик были увеличены до

его расчетной продольной энергии, все последующие триплеты потребовали дополнительной перенастройки, чтобы восстановить передачу, компенсируя новую энергию луча и связанные с ним RF de-

фокусировка.В конце концов, от номеров в электронной таблице отказались оба оператора и

физиков.

Чтобы попытаться решить эту проблему, группа доставки луча собрала скользящее среднее рабочих токов квадруполя DTL

, связанного с каждым A / q, доставленным в эксперименты —

. Хотя эти числа, кропотливо найденные вручную, методом проб и ошибок, действительно помогли сократить необходимое время настройки

, они никогда не демонстрировали удовлетворительную настройку

посредством моделирования.По состоянию на начало 2019 года время, необходимое для настройки DTL, включая фазировку резервуаров

и настройку тройников, официально указывалось как полная 8-часовая смена, что требовало значительных временных затрат на настройку ускорителя.

В настоящей записке подробно описан повторный анализ исходных данных исследования триплета DTL,

, датируемого 2000 годом, в котором каждый триплет DTL был исследован на статическом испытательном стенде сотрудниками

TRIUMF по получении от производителя.После этого анализа был произведен набор уставок триплетного тока DTL

, которые были окончательно протестированы со стабильным пучком

6 августа 2019 года. Представлен краткий анализ этого испытания пучка в дополнение к исследованию

оригинала Токи триплетов DTL, которые были предоставлены ISAC Operations не позднее мая

2002.

Использование триплетной периодичности нуклеотидных последовательностей для обнаружения потенциальных сдвигов рамки считывания в генах | Исследование ДНК

Аннотация

Мы представляем новый подход к обнаружению возможных мутаций, приводящих к сдвигу рамки считывания (RF) в гене.Делеции и вставки кодирующих областей ДНК являются значительными событиями для генов, поскольку RF-сдвиг приводит к модификации обширной области аминокислотной последовательности, кодируемой геном. Предлагаемый метод основан на явлении триплетной периодичности (ТП) в кодирующих областях генов и его относительной устойчивости к заменам в последовательности ДНК. Мы попытались расширить 326 933 областей непрерывных TP, обнаруженных в генах из банка данных KEGG, с учетом возможных вставок и делеций. Всего мы выявили 824 гена, для которых такое расширение было возможным и статистически значимым.Затем мы сгенерировали аминокислотные последовательности в соответствии с активными (KEGG) и гипотетически древними RF, чтобы найти подтверждение сдвига на уровне белка. Следовательно, 64 последовательности имеют сходство белков только для древних RF, 176 только для активных RF, 3 для обеих и 581 не имеют сходства белков вообще. Мы стремились выявить нижнюю границу количества генов, в которых возможен сдвиг между RF и TP. Обсуждаются дальнейшие способы увеличения количества выявляемых радиочастотных сдвигов.

1.Введение

Мутации в последовательностях ДНК появляются в результате замены или делеций оснований, вставок и инверсии последовательностей ДНК. ¹ На уровне аминокислотных последовательностей замены оснований ДНК могут приводить к заменам аминокислот, то есть одиночная нуклеотидная замена изменяет одну аминокислоту или ни одной. В этом смысле делеции, вставки и инверсии кодирующих областей ДНК являются более драматическими событиями для генов, поскольку такое мутационное изменение может привести к сдвигу рамки считывания (RF) и к модификации обширной области аминокислотной последовательности.Частоты замен хорошо изучены, тогда как RF-сдвиги в генах изучены меньше, что связано с трудностями их идентификации. Однако исследование влияния RF-сдвигов генов на структуру белка представляет большой интерес. Одна замена основания ДНК может привести только к одному изменению аминокислоты в белке, тогда как RF-сдвиг вызывает изменение всех аминокислот, кодируемых ниже точки сдвига в гене. Если после этого белок не теряет свою функцию, то предполагается, что сдвиг рамки считывания произошел в функционально незначимом сайте или что сдвиг RF генерирует функционально подобные аминокислотные последовательности.Но если после RF-сдвига белок изменил свою функцию, то очень интересно понять, как изменения в аминокислотной последовательности определяют новую функцию белка.

Ответы на эти вопросы, вероятно, можно будет найти после детального изучения статистики смены RF. Для этого нам нужен метод обнаружения RF-сдвигов в существующих генах. В настоящее время общие методы поиска RF-сдвигов и инверсий включают поиск сходства между аминокислотными последовательностями с помощью программы BLAST или ее аналогов. ^2,3 При использовании таких процедур для поиска RF-сдвигов мы должны каким-то образом выделить область гена, где ожидается RF-сдвиг. Затем мы перекодируем эту область нуклеотидной последовательности в аминокислотную в соответствии с новым RF, получая в результате гипотетическую аминокислотную последовательность. После этого мы выполняем поиск сходства гипотетической аминокислотной последовательности в банке данных UniProtKB / Swiss-Prot. Если обнаружено статистически значимое сходство, то можно быть уверенным, что ген содержит RF-сдвиг, т.е.е. мы видим, что последовательности, относящиеся к гипотетической аминокислотной последовательности, действительно существуют. Этот метод позволил нам найти несколько сотен генов, в которых действительно произошел RF сдвиг. ^2,3

Однако эта схема поиска RF-сдвигов и инверсий имеет некоторые ограничения. Во-первых, мы должны выбрать ген, используя некоторый критерий, в котором предполагается наличие RF-сдвига, а затем найти в нем вероятное место RF-сдвига и инверсии. Полномасштабный поиск RF-сдвигов во всех генах потребует очень мощных вычислительных средств, которые не всегда доступны, хотя современные компьютерные системы сделали такой поиск возможным. ² Во-вторых, даже если мы решим первую задачу, тогда потребуется банк данных UniProtKB / Swiss-Prot, который будет содержать аминокислотную последовательность, имеющую статистически значимое сходство с гипотетической аминокислотной последовательностью. Но возможно, что такая последовательность не будет найдена из-за ограничений банка данных UniProtKB / Swiss-Prot и из-за слишком большого эволюционного несходства, накопленного между аминокислотными последовательностями. Следовательно, рассматриваемый подход может выявить только некоторые RF-сдвиги, накопленные к настоящему времени в существующих генах.

Чтобы выявить RF-сдвиги и инверсии в генах более надежным способом, необходимо разработать новый подход к поиску RF-сдвигов вместо поиска сходства между гипотетическими и реальными аминокислотными последовательностями. Как показано в этой работе, поиск однородной триплетной периодичности (TP) в нуклеотидной последовательности кодирующих областей гена может быть использован в качестве такого подхода. Триплетная организация последовательностей ДНК, кодирующих белок, является общей чертой всех известных в настоящее время живых систем. ^4–12 Причина этого кроется не только в структуре генетических кодов, которая практически одинакова как у прокариот, так и у эукариот, но и в насыщении белков некоторыми аминокислотами. ^13–16 Если сдвиг RF происходит в генах в присутствии TP, то он будет выявлен, потому что также будет происходить сдвиг между TP и RF (рис. 1). Поскольку TP в последовательности ДНК вряд ли будет изменен небольшим числом замен оснований, ¹⁷ , то такой сдвиг будет существовать в течение длительного периода времени.Наличие такого сдвига между TP нуклеотидной последовательности и RF может служить указанием на RF сдвиг в рассматриваемом гене.

Рисунок 1

Влияние делеции одного нуклеотида на TP нуклеотидной последовательности. Цифры над последовательностью S 1 показывают положения нуклеотидов в RF. Двадцать пятое основание было удалено из последовательности S 1. Следовательно, последовательность S 1 может быть представлена ​​в виде двух последовательностей — S 2 и S 3, т.е.е. S 1 = S 2 aS 3. В S 2 и S 3 последовательности TP (матрицы M 2 и M 3) будут такими же, но по порядку S 3, будут циклические сдвиги на одно основание относительно последовательности S 2 и RF в последовательности S 1. Это означает, что первый столбец матрицы M 2 соответствует третьему столбцу матрицы M 3, второй Столбец матрицы M 2 соответствует первому столбцу матрицы M 3, третий столбец матрицы M 2 соответствует второму столбцу матрицы M 3.После суммирования последовательностей S 2 и S 3 и формирования последовательности S 4, TPM (матрица M 4) выходит из добавления первого столбца матрицы M 2 к первому столбцу матрицы M 3 и так далее, что приводит к объединению неидентичных столбцов и значительно снижает статистическую значимость TP в последовательности S 4. С учетом удалений получаем последовательность S 4, которая имеет TPM (матрица M 4) в какие матрицы M 2 и M 3 объединены с учетом циклической перестановки.Обнаружение и учет делеций значительно увеличивает статистическую значимость TP в последовательности S 4.

Рисунок 1

Влияние делеции одного нуклеотида на TP нуклеотидной последовательности. Цифры над последовательностью S 1 показывают положения нуклеотидов в RF. Двадцать пятое основание было удалено из последовательности S 1. Следовательно, последовательность S 1 может быть представлена ​​как две последовательности — S 2 и S 3, т.е. S 1 = S 2 aS 3.В последовательностях S 2 и S 3 TP (матрицы M 2 и M 3) будут одинаковыми, но в последовательности S 3 будут циклические сдвиги на одно основание относительно последовательности . S 2 и RF в последовательности S 1. Это означает, что первый столбец матрицы M 2 соответствует третьему столбцу матрицы M 3, второй столбец матрицы M 2 соответствует первому столбцу матрицы M 3, третий столбец матрицы M 2 соответствует второму столбцу матрицы M 3.После суммирования последовательностей S 2 и S 3 и формирования последовательности S 4, TPM (матрица M 4) выходит из добавления первого столбца матрицы M 2 к первому столбцу матрицы M 3 и так далее, что приводит к объединению неидентичных столбцов и значительно снижает статистическую значимость TP в последовательности S 4. С учетом удалений получаем последовательность S 4, которая имеет TPM (матрица M 4) в какие матрицы M 2 и M 3 объединены с учетом циклической перестановки.Обнаружение и учет делеций значительно увеличивает статистическую значимость TP в последовательности S 4.

В настоящее время разработаны некоторые методы, которые выявляют TP с использованием регулярности в предпочтениях символов по различным положениям триплета в последовательности ДНК. В качестве математического аппарата они используют преобразование Фурье, скрытые цепи Маркова и другие статистические методы, основанные на позиционно-зависимых предпочтениях нуклеотидов в кодирующих последовательностях. ^18–23 Методы направлены на выявление кодирующих последовательностей ДНК и их отделение от некодирующих участков.Более поздний метод информационного разложения для нахождения TP ^17,24 позволяет ввести член класса TP (TPC) в виде матрицы 3 × 4. В этой матрице столбцы представляют положения периода, а строки представляют собой нуклеотиды.

В текущей работе было поставлено две задачи. Во-первых, мы хотели найти все гены, в которых RF-сдвиги можно идентифицировать с помощью TP. Для каждого гена из банка данных KEGG-29, проанализированного ²⁵ , мы извлекли область с TP, имеющую максимальную статистическую значимость, рассчитанную путем декомпозиции информации, без каких-либо делеций или вставок нуклеотидов. ^17,24 Затем мы построили соответствующую матрицу TP, которая была связана с существующей RF данной области ДНК. Это означало, что первый столбец матрицы TP (TPM) соответствовал первому основанию ORF, представленного в области ДНК, имеющей TP. Затем мы провели поиск статистически значимого расширения области TP в том же гене в присутствии вставок и делеций нуклеотидов с помощью анализа модифицированного профиля (рис. 1). Более 800 генов содержали статистически значимый сдвиг между TP и ORF, что указывает на наличие мутаций в генах, происходящих из RF сдвига.

Во-вторых, мы хотели проверить, имеют ли гипотетические аминокислотные последовательности, транслируемые с использованием RF TP, гомологию с последовательностями из банка данных UniProtKB / Swiss-Prot (http://www.uniprot.org/). Мы сделали такую ​​проверку для генов, у которых были несоответствия между RF и TP гена. Мы подтвердили наличие таких сдвигов для части генов, поскольку обнаружили сходство между гипотетическими аминокислотными последовательностями и аминокислотными последовательностями из банка данных UniProtKB / Swiss-Prot.

2.Материалы и методы

2.1. Поиск ТП в генах методом декомпозиции информации

Для каждой нуклеотидной последовательности S = { s ( i ), i = 1, 2,…, L } мы провели поиск области, имеющей максимально экспрессию TP, методом информации разложение. ^17,24 Пусть s ( i ) будет буквами алфавита A = { a , t , c , g }, A (1) = a , A (2) = t , A (3) = c и A (4) = г .Затем мы также создаем искусственную периодическую последовательность U = { u ( i ), i = 1, 2,…, L } того же размера, что и нуклеотидная последовательность S . В искусственной последовательности u ( i ) = 1 для i = 1 + 3 n , u ( i ) = 2 для i = 2 + 3 n , u ( i ) = 3 для i = 3 + 3 n , где n = 0, 1, 2,….Затем выбираем координаты L ₁ и L ₂ , начиная с начала нуклеотидной последовательности, и заполняем матрицу M ^4,3 для выбранной подпоследовательности. Элемент матрицы m ( k , j ) показывает, сколько раз символ A ( k ) в нуклеотидной подпоследовательности от L ₁ до L ₂ соответствует числу j в искусственной периодической последовательности U .Каждый столбец j матрицы M ( k , j ) показывает количество оснований a , t , c и g , которые находятся в позициях i = j + 3 n последовательности S , где n = 0, 1, 2,…. Мы вычисляем взаимную информацию как ²⁶ 1, где x ( i ) и y ( j ) — это частоты встречаемости нуклеотидов в последовательности S и числа вхождений 1, 2 и 3 в искусственной последовательности. , соответственно.

Мы использовали последовательности генов из банка данных KEGG-29 в качестве исходных последовательностей S . Все проанализированные последовательности представляют собой кодирующие области (CDS) генов без интронов. Вот почему, когда L ₁ −1 и L ₂ заданы как кратное 3 при определении последовательностей S и U , затем первый, второй и третий столбцы матрицы M для любых значений L ₁ и L ₂ всегда будет содержать нуклеотиды, соответствующие первому, второму и третьему основанию кодона гена соответственно.Другими словами, матрица M связана с RF, которая существует в анализируемом гене.

Удвоенная взаимная информация 2 I имеет распределение χ ² с шестью степенями свободы. Это позволяет оценить статистическую значимость найденной периодичности. В случае достаточно большого объема выборки статистических данных, т.е.е. достаточно большая длина последовательности S . Чтобы определить минимальную длину последовательности S , которая делает возможным использование функции χ ² в качестве аппроксимации для распределения значений 2 I , мы проверили соответствие 2 I χ ^{2 Распределение} для последовательностей различной длины S . Мы создали набор нуклеотидных последовательностей для каждой длины в диапазоне от 30 до 1000 нуклеотидов с помощью генератора случайных чисел.Каждый из этих наборов содержал 10 000 последовательностей. После этого для каждой последовательности из каждого набора рассчитывалась взаимная информация. Для каждого набора также была построена гистограмма, показывающая распределение значений 2 I . Мы сравнили эту гистограмму с теоретическим распределением по критериям χ ² . Установлено, что для последовательностей длиной более 60 п.н. распределение 2 I с вероятностью более 99% соответствует χ ² (6). Все последовательности с TP, которые были обнаружены в данной работе, были длиннее 60 п.н.Это позволяет использовать распределение χ ² для статистических оценок попадания 2 I в интервал от некоторого порогового значения 2 I ₀ до бесконечности.

Для последовательности S мы вычислили значения 2 I для всех возможных значений L ₁ и L ₂ ( L ₁ < L ₂ ≤ L ) и выбрали ту пару ( L ₁ , L ₂ ), для которой значение взаимной информации было максимальным.Обозначим найденную таким образом нуклеотидную последовательность T .

Если значение Z было> 5,0 для последовательности T , то мы считали, что область с TP была обнаружена. Значение Z > 5,0 обеспечивает вероятность случайного выявления ТП в последовательности ДНК <10 ^-6 . После этого мы сохранили найденную максимальную последовательность для данного гена, ее координаты в данном гене и матрицу периодичности M , которая показывает тип найденного TP.Мы выбрали пороговый уровень Z > 5,0 для обнаружения TP, чтобы сохранить количество случайно обнаруженных TP около 1% от всех обнаруженных областей с TP, обнаруженных в генах из 29-го выпуска банка данных KEGG. Чтобы выбрать пороговое значение для Z , мы сгенерировали набор случайных последовательностей ДНК с тем же размером и распределением длин последовательностей, что и для генов из 29-го выпуска банка данных KEGG. Для Z > 5,0 количество найденных случайных последовательностей составило 7200, что составляет ∼1.5% найденных регионов с TP (см. Ниже). Для Z > 6,0 мы нашли 172 таких последовательности, а для Z > 7,0 мы не нашли таких последовательностей. Мы намеренно выбрали уровень Z > 5,0, чтобы найти наиболее полное расширение участков TP (см. Раздел 2.2), существующих в различных генах. Дело в том, что TP гена может быть разделен вставками и делециями на несколько участков, которые могут иметь довольно низкий уровень Z , но который больше 5.0. Однако матрицы M для каждого такого участка в гене будут идентичными или очень похожими, но циклически сдвинутыми друг относительно друга (рис. 1). В этом случае последовательное объединение этих секций в одну может значительно повысить статистическую значимость объединенной области, которую можно найти путем совмещения с матрицей M (см. Раздел 2.3). Следовательно, использование относительно низкого порогового значения Z позволит не пропустить участки TP в генах, разделенных на несколько участков вставками и делециями.

2.2. Алгоритм расширения TP области в генах из банка данных KEGG

Мы применили этот алгоритм для тех последовательностей ДНК, в которых выявили ТП без вставок и делеций методом декомпозиции информации. Пусть S = { s ( i ), i = 1, 2,…, L } будет анализируемой нуклеотидной последовательностью из банка данных KEGG и t ₁ и t ₂ — координаты левой и правой границ области T с непрерывным TP в последовательности S .Для области T мы определили TPM и использовали эту матрицу для расширения области TP с учетом возможных вставок и делеций нуклеотидов. Затем проводили локальное сопоставление исследуемой последовательности ДНК с весовой матрицей w , введенной на основе TPM. Пусть координаты начала и конца найденной локальной трассы R равны r ₁ и r ₂ . Под расширением области TP T мы подразумеваем такие R , что r ₁ < t ₁ или r ₂ > t ₂ .Наша цель — выбрать из банка данных KEGG только те гены, которые содержат статистически значимое расширение области TP T . Чтобы найти статистически значимые расширения, мы провели глобальное выравнивание последовательности S по весовой матрице w и определили значения Δ F _T = F ( t ₂ ) — F ( т ₁ ) и Δ F _R = F ( r ₂ ) — F ( r ₁ 905), где — F значение функции подобия на пути глобального выравнивания (рис.2). Мы выбрали только те гены, которые имели Δ F ₁ = Δ F _R — Δ F _T > 0. После этого мы должны определить, имеет ли значение Δ F ₁ статистически значимо. Для этого мы использовали метод Монте-Карло. Мы сгенерировали набор случайных нуклеотидных последовательностей Q , в котором область T осталась неизменной, а области последовательности S в диапазоне от 1 до t ₁ и от t ₂ до L были перемешаны случайным образом.Набор Q содержал 10 ⁶ последовательностей. Для каждой последовательности из набора Q мы построили глобальное выравнивание и определили значение Δ F _R — Δ F _T . Затем мы вычислили такое значение Δ F ₀ , что вероятность Δ F _R — Δ F _T ≥ Δ F ₀ для набора последовательностей Q было ∼10 ⁻⁵ .Мы выбрали значение Δ F ₀ в качестве порога и посчитали, что если Δ F ₁ > Δ F ₀ , то мы обнаружили статистически значимое расширение области с непрерывным TP до границ области R путем рассмотрения возможных вставок и делеций нуклеотидов. Таким образом мы проанализировали ∼3 × 10 ⁵ генов и выявили от 0 до 8 случаев расширения области T за счет случайных факторов с вероятностью обнаружения данного интервала 95%.Поскольку мы выявили более 750 генов с расширением области T TP, то доля генов с расширением области T , обусловленная чисто случайными факторами, составляет ~ 1,1%, что является относительно небольшой величиной.

Рисунок 2

Пример выравнивания по весовой матрице, полученной из TPM. Здесь t ₁ и t ₂ — координаты области с непрерывной TP, найденные с помощью информационной декомпозиции (область T ) и r ₁ и r ₂ — координаты расширенной область с TP, найденная динамическим программированием (область R ).Точки r ₁ и r ₂ на оптимальном пути выравнивания имеют координаты ( i ₀ , j ₀ ) и ( i _m , j _m ) в матрице соответственно (см. Раздел 2.3).

Рисунок 2

Пример выравнивания по весовой матрице, полученной из TPM. Здесь t ₁ и t ₂ — координаты области с непрерывной TP, найденные с помощью информационной декомпозиции (область T ) и r ₁ и r ₂ — координаты расширенной область с TP, найденная динамическим программированием (область R ).Точки r ₁ и r ₂ на оптимальном пути выравнивания имеют координаты ( i ₀ , j ₀ ) и ( i _m , j _m ) в матрице соответственно (см. Раздел 2.3).

Кроме того, мы оценили статистическую значимость Z _R выравнивания R методом Монте-Карло, как мы описали ранее. ^28,29 Для этого мы сгенерировали набор последовательностей QR , в которых случайным образом перемешивали область R .Затем для каждой из этих случайных последовательностей из набора QR мы построили глобальное выравнивание, и для каждого выравнивания мы определили значения Δ G = G ( r ₂ ) — G ( r ₁ ). G — это функция подобия для глобального выравнивания R , и она рассчитывается так же, как и для функции F . Для набора значений Δ G мы определили среднее значение и D (Δ G ), где D (Δ G ) — это дисперсия Δ G .Затем мы определили значение Z _R как: 3, где Δ G ₀ = G ( r ₂ ) — G ( r ₁ ) для исходная последовательность R .

2.3. Осуществление локального и глобального выравнивания нуклеотидной последовательности против TPM

При проведении локального и глобального выравнивания использовали матрицы TP M , полученные для областей T каждого гена из 29-го выпуска банка данных KEGG.Используя матрицу M , мы построили скорректированную позиционно-зависимую матрицу базовых весов, как мы предложили ранее: ^28,29 4, где w ′ ( i , l ) — нескорректированный вес основания. a _i в позиции l профиля. Матрица скорректированных весов W рассчитывалась как: 5, где — среднее значение нескорректированной матрицы весов. Мы добавили единицу к каждой позиции матрицы m ( i , l ), чтобы исключить влияние нулевых элементов в матрице M на веса w ′ ( i , l ).Значение C было выбрано для каждой матрицы M с использованием последовательностей QV (см. Раздел 2.4). Для этого мы варьировали C из интервала [−6, + 6] с шагом, равным 0,2. Для каждого значения C из интервала мы определили выравнивания для последовательностей N из набора QV , N = 100. Для каждого выравнивания мы оценили Z _T (статистическая значимость T ) методом Монте-Карло (аналогично разделу 2.2). Для этого мы сгенерировали набор последовательностей QT (для каждой последовательности из набора QV ), в котором случайным образом перетасовывалась область T . Затем мы построили глобальное выравнивание для каждой случайной последовательности из набора QT , и для каждого выравнивания мы определили значения Δ G ( T ) = G ( t ₂ ) — G ( т ₁ ). G ( T ) представляет собой функцию подобия для глобального выравнивания области T для последовательностей ДНК из набора QT .Для набора значений Δ G ( T ) мы определили среднее значение и D (Δ G ( T )), где D (Δ G ( T ) ) — дисперсия Δ G ( T ). Затем мы определили значение Z _T как: 6, где Δ G ( T ) ₀ = G ( t ₂ ) — G ( t ₁ ) для исходной последовательности T из набора QV .Затем мы вычислили: 7

Мы берем сумму в уравнении (7) для N последовательностей из набора QV . В результате у нас есть набор X _C , где каждый C из интервала [−6, + 6] имеет по одному X _C . Мы использовали для дальнейшего расчета значение C , которое имеет максимум X _C . Мы выбрали значение C для каждой матрицы M .

Переход к матрице весов обеспечивает присвоение более высокого веса нечастым базам, если они имеют высокую частоту в данной позиции профиля, и, наоборот, присвоение меньшего веса базам, имеющим низкую частоту в данной позиции. Чтобы построить оптимальное выравнивание искомой последовательности по профилю, мы также ввели вес для открытия вставки или делеции ν _do и вес ν _dc для их продолжения.Тем самым учитывается корреляция в образовании соседних вставок или делеций.

На основе введенных весов мы можем найти оптимальное выравнивание между анализируемой последовательностью и профилем, т.е. мы находим такие их подпоследовательности для выравнивания, которые максимизируют функцию подобия. Пусть S = { s ( j ), j = 1, 2,…, L } — анализируемая последовательность. Создадим профильную матрицу q ( i , j ) размером L как: 8, где i показывает номер строки, i = 1, 2, 3, 4 и j индекс столбца матрицы q , j = 1, 2,…, L .Для поиска локального оптимального выравнивания последовательности s ( j ) относительно профилей q ( i , j ) мы применили метод динамического программирования. ³⁰ Мы итеративно вычислили функцию сходства F согласно следующему уравнению: ³¹ 9 Здесь индекс i обозначает нуклеотид в последовательности s ( i ) и индекс j для номера столбца в профильная матрица q .Начальные значения для функции подобия F задаются как: 101112, где d — максимальное количество разрешенных вставок или удалений. Для расчетов по триплетной матрице d равно 2. При построении локального выравнивания определяется максимальное значение функции подобия F координаты ( i _m , j _m ) соответствующая этому максимальному значению. Затем определяем путь от точек ( i _m , j _m ) до ( i ₀ , j ₀ ), где значение функции подобия впервые становится нулевым.По пройденному пути мы построили выравнивание между последовательностью S и матрицей профиля q . Для построения выравнивания нуклеотиды последовательности S и числа l = mod3 ( j ), указывающие столбцы матрицы w [использовалось уравнение (5)]. Мы использовали уравнение (9) для проведения глобального выравнивания но без использования нуля в правой части уравнения. Все остальные параметры были такими же, как и в случае локального выравнивания. Начальные значения для функции подобия F для глобального выравнивания задаются как: ³¹ 131415

2.4. Выбор значений для v

_до и v _dc

Мы выбрали значения ν _до , чтобы запретить оптимальному пути в локальном и глобальном выравниваниях перемещаться вокруг нуклеотида, имеющего минимальный вес в матрице w ( i , j ) из-за двух последовательных вставок. Исходя из этого, мы выбрали При этом важно было, чтобы выравнивание позволяло найти область T , выявленную методом информационной декомпозиции (раздел 2.1) без всяких вставок и удалений. Чтобы выбрать соответствующий коэффициент ν _do для каждого гена из банка данных KEGG, мы сгенерировали набор случайных последовательностей QV , где участки последовательности S в диапазоне от 1 до t ₁ и от t ₂ до L были перемешаны случайным образом. Область последовательности S в диапазоне от t ₁ до t ₂ была сконструирована TPM M .Затем матрица M была преобразована в M ‘как (см. Также раздел 2.1): 16

Затем мы сгенерировали случайным образом три нуклеотидные последовательности S 1 ( k ), k = 1, 2, …, y (1), S 2 ( k ), k = 1, 2,…, y (2) и S 3 ( k ), k = 1, 2,…, y (3). Вероятности нуклеотидов в последовательности S 1 равны вероятностям m ‘( i , 1), вероятности нуклеотидов в последовательности S 2 равны вероятностям m ‘ ( i , 2) и вероятностям нуклеотидов в последовательности S 3 равны вероятностям m ′ ( i , 3).Индекс i варьируется от 1 до 4. После этого нуклеотиды последовательности S 1 заняли позиции k = t ₁ , t ₁ + 3,…, t ₂ — 2; нуклеотиды последовательности S 2 заняли позиции k = t ₁ + 1, t ₁ + 4,…, t ₂ — 1 и нуклеотиды последовательности S 3 заняли позиции k = т ₁ + 2, т ₁ + 5,…, т ₂ .Этот алгоритм был использован для генерации 1000 случайных последовательностей, содержащихся в QV .

Процедура выбора значения ν _до для каждого гена из банка данных KEGG, из которого был извлечен регион T , описана ниже. Сначала мы выбрали значение и ν _dc = 0,25 ν _do . Затем мы выполнили выравнивание для набора случайных последовательностей QV и определили количество последовательностей, имеющих инсерции или делеции в пределах области от t ₁ до t ₂ .Если доля последовательностей в наборе QV , имеющих хотя бы одну вставку или делецию в пределах области от t ₁ до t ₂ , превышала 1%, то мы увеличивали значение ν _до на 0,1 и вычислено ν _dc = 0,25 ν _{сделать} снова. Выравнивания последовательностей из набора QV также были построены заново с использованием этих новых параметров. Если доля последовательностей со вставками или делециями составляла менее 1%, то процесс останавливали и полученное значение ν _до использовали для поиска расширенной области R путем локального выравнивания (разделы 2.2 и 2.3). Если доля последовательностей со вставками или делециями превышала 1%, то мы снова увеличивали ν _до и ν _dc , как показано ранее, и выравнивания последовательностей из набора QV были построены заново. .

3. Результаты и обсуждение

3.1. Поиск расширений областей с TP для генов, накопленных в базе данных KEGG

Мы проанализировали 578 868 генов, накопленных в 29-м выпуске банка данных KEGG (http: // www.genome.ad.jp/kegg/). Мы обнаружили 472 288 областей, имеющих непрерывный TP в 457 333 генах. Эти данные показывают, что 79% генов имеют участки с TP. Эти результаты согласуются с более ранними работами по обнаружению TP с использованием информационных или других методов. ^4–13,32 Из этих 472 288 участков, содержащих непрерывные TP, мы выбрали только те, длина которых была значительно меньше длины гена. Это означает, что расстояние от левого и правого краев области TP до начала и конца гена было более 30 п.н.Этому критерию удовлетворяли 326 933 регионов ТП. Затем мы сравнили нуклеотидные последовательности соответствующих генов с TPM (см. Разделы 2.2 и 2.3), которые были выявлены в гене методом информационного разложения (раздел 2.1).

Мы выявили всего 824 гена, в которых области TP были расширены с помощью выравнивания против TPM. Общую информацию, описывающую все эти последовательности, можно найти в разделе «Дополнительные данные». Подробности, включая выравнивание периодичности и обнаруженные сходства белков, можно найти в онлайн-банке данных, установленном по адресу http: // victoria.biengi.ac.ru/pertails/.

3.2. Обнаружение сходства белков для продуктов, полученных с использованием активных и древних генов RF

Рассмотрим те гены, в которых область непрерывного ТП была расширена с учетом нуклеотидных вставок и делеций (см. Раздел 2.2). Далее мы обсудим нуклеотидные последовательности с координатами от r ₁ до t ₁ и от t ₂ до r ₂ (рис.2). Назовем эти последовательности T 1 и T 2 (область непрерывного TP ранее называлась T ). В последовательностях T 1 и T 2 мы обнаружили TP со вставками и делециями, которые были очень похожи на непрерывный TP T . Это причина, по которой мы обнаружили статистически значимое выравнивание от r ₁ до r ₂ в последовательности S против весовой матрицы, построенной на основе TPM M .Мы предполагаем, что TP, обнаруженный в последовательностях T 1 и T 2, является следом некоего древнего RF, существовавшего ранее в этих нуклеотидных последовательностях. Первый столбец матрицы M соответствует первому основанию кодона в последовательности S , тогда как из-за вставок и делеций нуклеотидов в подпоследовательностях T1 и T2 матрица M соответствует альтернативному древнему RF, который может не соответствовать фактическому RF там. Назовем РФ, заданную матрицей M , «древней РФ».Мы полагаем, что можно выявить сходство между аминокислотными последовательностями, полученными древним RF из нуклеотидных последовательностей T 1 и T 2, и аминокислотными последовательностями, накопленными в современных банках данных, таких как UniProtKB / Swiss-Prot. Такое предположение основано на идее о том, что если ген, ответственный за одну и ту же генетическую функцию, существовал в нескольких геномах, то вставка или удаление нуклеотидов в этом гене в одном геноме в конечном итоге не приводит к аналогичным изменениям в другом геноме.Важно, чтобы эти последовательности были теперь известны и не должны были накапливать много эволюционных изменений. Это позволит нам увидеть их сходство. Мы провели такое расследование в рамках данной работы. Последовательности областей T 1 и T 2 транслировались в аминокислотные последовательности в соответствии с RF, существующим в гене, и в соответствии с древними RF, обнаруженными TPM M . Для всех аминокислотных последовательностей, полученных таким образом, мы провели поиск их сходства с последовательностями, накопленными в банке данных UniProtKB / Swiss-Prot ³³ с помощью программы BLAST. ³⁴ Всего мы обнаружили 824 областей T в генах, которые были расширены за счет присоединения областей T 1 и / или T 2. Шестьдесят четыре области TP T имели сходство белков с областями T 1 и / или T 2 только древней РФ построенной на основе матрицы M (см. выше). В то же время для 176 областей T белковые сходства в областях T 1 и / или T 2 были обнаружены только для активной RF гена, а в трех случаях — для обеих RF.Пятьсот восемьдесят одна область T не имеют сходства белков в областях T 1 и / или T 2 для аминокислотных последовательностей, построенных либо с помощью RF существующего гена, либо с помощью древнего RF, построенного на основе матрицы M .

Давайте рассмотрим пример непрерывного удлинения TP в предполагаемом гене дегидратазы (локус «SMa0056» в банке данных KEGG). Этот ген имеет длину 1134 п.н. и содержит участок непрерывного TP от 16-го до 840-го нуклеотида.TPM для области T и весовой матрицы w ( i , j ) имеет форму, показанную на рис. 3. Мы расширили найденную область TP T , добавив область T 2, которая приводит к появлению ТП в этом гене от 840 до 1134 нуклеотидов. Статистическая значимость Z _R найденного выравнивания R была равна 17,7. Значение Δ F ₀ равнялось 10,25, а значение Δ F ₁ равнялось 13.85. Это обеспечивает вероятность случайного добавления области T 2 к области T на уровне <10 ⁻⁵ .

Рисунок 3

TPM M и матрица весовых коэффициентов w ( i , j ), построенная для области T от 16-го до 840-го нуклеотидов локуса «SMa0056» (банк данных KEGG). Для расчета матрицы весов мы использовали C = — 0,3,

Рисунок 3

TPM M и матрицу весов для конкретной позиции w ( i , j ), построенную для области T от 16-го до 840-го нуклеотидов локуса ‘SMa0056’ (банк данных KEGG).Для расчета весовой матрицы мы использовали C = — 0,3,

При выравнивании последовательности относительно найденного непрерывного TP мы выявили вставку нуклеотида в позицию 841 (нуклеотид t ) локуса (рис. . 4). Это означает, что после 840-го нуклеотида (в сторону первого нуклеотида) происходит сдвиг между TP и RF. Таким образом, первое основание кодона в последовательности T 2 соответствует третьему столбцу матрицы M , тогда как в последовательности T первое основание кодона T 2 соответствует первому столбцу матрицы M (фиг. .4). Мы предполагаем, что в прошлом этот ген существовал без вставки нуклеотида t в положение 841 (по направлению к первому нуклеотиду гена) и мутации не могли размыть ТП, существующий в этой области (рис. 5). Чтобы проверить эту гипотезу, мы перекодировали область T 2 в аминокислотную последовательность по фактическому RF гена и по древнему RF (рис. 4). Затем мы провели поиск сходства с этими двумя аминокислотными последовательностями в банке данных UniProtKB / Swiss-Prot. Следовательно, мы обнаружили пять случаев сходства только для гипотетической последовательности, т.е.е. для аминокислотной последовательности, полученной RF, указанной TPM M (фиг. 4). В то же время аминокислотная последовательность, построенная с помощью RF, указанного в KEGG, не имела никакого сходства (рис. 4). Было обнаружено сходство гипотетической аминокислотной последовательности с дегидратазами. Коэффициент совпадения был> 30% ( e — значение в диапазоне от 10 ⁻¹² до 10 ⁻⁷ ), т.е. обнаруженное сходство является эволюционно отдаленным и статистически значимым. Все найденные сходства доступны по адресу http: // victoria.biengi.ac.ru/pertails/perinfo.php?perid=270869.

Фигура 4

Последовательность гена «SMa0056» от 818-го до 877-го нуклеотида (1) выровнена с весовой матрицей w ( i , j ). Вставка 841-го нуклеотида (нуклеотид t ) показана звездочкой. Далее под геном показана консенсусная последовательность для TP (2), которая построена по матрице М , а также по RF, существующей в гене (3), и RF, заданной TPM М , названной древним RF (4).Ниже показаны транслируемые фрагменты нуклеотидных последовательностей. Трансляция производится согласно РФ, существующей в гене (5), и древней РФ (6). Жирным шрифтом выделены регионы со смещением РФ.

Фигура 4

Последовательность гена «SMa0056» от 818-го до 877-го нуклеотида (1) выровнена с весовой матрицей w ( i , j ). Вставка 841-го нуклеотида (нуклеотид t ) показана звездочкой. Далее под геном показана консенсусная последовательность для TP (2), которая построена по матрице М , а также по RF, существующей в гене (3), и RF, заданной TPM М , названной древним RF (4).Ниже показаны транслируемые фрагменты нуклеотидных последовательностей. Трансляция производится согласно РФ, существующей в гене (5), и древней РФ (6). Жирным шрифтом выделены регионы со смещением РФ.

Рис. 5

Устойчивость последовательности Т с непрерывным TP гена «mlr4742» к нуклеотидным заменам. Мы выбрали основание в последовательности T случайным образом, а затем заменили его, также случайным образом, на один из нуклеотидов a, t, c или g (с вероятностью каждого равным 0.25). После этого мы оценили статистическую значимость полученной последовательности согласно уравнению (2). Как следует из рисунка, статистическая значимость TP относительно медленно снижается по мере накопления мутаций. Например, 10% отличия от исходной последовательности все же позволяет выявить ТП на статистически значимом уровне.

Фигура 5

Устойчивость последовательности Т с непрерывным TP гена «mlr4742» к нуклеотидным заменам. Мы выбрали основание в последовательности T случайным образом, а затем заменили его, также случайным образом, на один из нуклеотидов a, t, c или g (с вероятностью каждого равным 0.25). После этого мы оценили статистическую значимость полученной последовательности согласно уравнению (2). Как следует из рисунка, статистическая значимость TP относительно медленно снижается по мере накопления мутаций. Например, 10% отличия от исходной последовательности все же позволяет выявить ТП на статистически значимом уровне.

Также очень интересно отметить, что аминокислотная последовательность, соответствующая гену «SMa0056» из банка данных KEGG, имеет аналогичные аминокислотные последовательности в банке данных UniProtKB / Swiss-Prot.Эта аминокислотная последовательность обозначена как «Q931B9_RHIME» в базе данных UniProtKB / Swiss-Prot. Сходство наблюдается от начала белка до 280-й аминокислоты. Это верно для набора различных лактонизирующих ферментов манделат рацемазы / муконата и глюкаратдегидратаз (например, «Q024C0_SOLUE», «A9FRR8_SORC5»). Этот набор также содержит пять аминокислотных последовательностей (‘GUDH_STRCO’, ‘GUDX_ECOLI’, ‘GUDH_ECO57’, ‘GUDH_ECOLI’ и ‘GUDH_PSEPU’), где мы обнаружили сходство с аминокислотной последовательностью, полученной от 842-го до конца гена древними РФ.Следовательно, можно предположить, что эти пять последовательностей существовали до вставки 841-го или независимо от него. Эти последовательности имеют сходство с последовательностью «Q931B9_RHIME» от 1-й до 280 ± 10 аминокислот для RF гена (KEGG) и от 281-й до 378-й аминокислот для древней RF.

3.3. Обсуждение

В этой работе нам удалось показать, что исследование сдвигов между TP и RF может выявить возможные мутации через RF сдвиг в гене. Мы обнаружили 824 таких гена, в которых существовали однотипные участки TP, разделенные делециями или вставками нуклеотидов.На их долю приходится ∼0,2% от общего числа проанализированных генов. Мы предполагаем, что в прошлом RF и TP в этих областях были явно связаны друг с другом и сдвиги между ними возникали только после делеций или вставок нуклеотидов. Такие относительно небольшие доли генов, в которых потенциально может происходить RF-сдвиг, можно объяснить следующими причинами. Во-первых, мы искали только относительно короткие делеции или вставки длиной до 2 нуклеотидов ( d = 2). Мы ограничились небольшими удалениями и вставками, потому что по мере увеличения длины удаления и вставки значение функции F уменьшается [см. Уравнение (6)].Стоимость удаления и вставки может быть слишком высокой; в этом случае значение Δ F ₁ будет статистически незначимым. Таким образом, в текущем методе будет упущена большая часть генов, содержащих длинные делеции и вставки нуклеотидов. Во-вторых, используемый метод хорошо работает для небольшого количества областей, где произошли делеции или вставки нуклеотидов. Если плотность делеций и вставок составляет более одной делеции и вставки для нескольких десятков нуклеотидов (~ 50), то точное размещение делеций и вставок с использованием этого алгоритма будет затруднено.Это приведет к статистически незначимому значению Δ F ₁ для такого гена.

В целом, в данной работе мы стремились выявить нижнюю границу количества генов, в которых возможен сдвиг между RF и TP. На самом деле таких генов может быть намного больше. Эти значения также подтверждаются данными работы ² , где количество генов со сдвигом RF, полученное с помощью программы BLAST, составляет> 1%.

Техника, используемая для поиска сдвигов между TP и RF и выявления мутаций через RF сдвиг в генах, кажется более предпочтительной, чем использование программы BLAST для поиска возможных сходств.Текущий метод выявления мутаций через RF-сдвиг в гене не требует обнаружения сходства в базе данных аминокислотных последовательностей. Из-за ограниченного размера банка данных всегда будет существовать вероятность того, что сходства не будут обнаружены, хотя на самом деле мутации через RF-сдвиг будут существовать. Мы полагаем, что полное выявление мутаций через RF-сдвиг в генах возможно за счет интеграции этих двух методов. То есть мы также должны исследовать гены, имеющие 0 ≤ Δ F ₁ ≤ Δ F ₀ , и учитывать, что мы обнаружили мутации через RF-сдвиг, если области T 1 и T 2 имеют статистически значимое сходство.В этом случае TP просто указывает на возможность RF-сдвига, и факт таких мутаций можно считать доказанным только после выявления сходства с областями T 1 и T 2. С другой стороны, усиление Алгоритм, используемый в данной работе, может облегчить использование более совершенных алгоритмов для поиска TP, таких как модели Маркова. Это, вероятно, позволит выявить RF-сдвиги, вызванные набором вставок и делеций нуклеотидов в различных участках генов.

С функциональной точки зрения мутации через RF сдвиг кажутся событиями, которые способны кардинально изменить функцию гена. Этим фактом можно объяснить относительно небольшое количество таких событий, обнаруженных в ходе исследований в прошлом и в настоящих работах. ^2,3,35 Они могут внести большой вклад в формирование новых генов, копируя известные гены и генерируя мутации посредством RF-сдвига ^2,3,35 в них. Однако генетический код должен быть каким-то образом адаптирован к этому событию, ³⁶ , и новая аминокислотная последовательность должна обладать некоторой биологической функцией.В противном случае переполнение мутационных событий для создания функции нового гена может быть слишком большим и невозможным в разумные сроки эволюции.

В свете этих предположений TP может быть своего рода тестом для проверки целостности гена. Если ген был продублирован в геноме, то его новая копия может не пройти проверку, что открывает возможности для эволюционных изменений копии гена через RF-сдвиг и для создания в результате нового гена с новой биологической функцией.

Дополнительные данные

Дополнительные данные доступны на сайте www.dnaresearch.oxfordjournals.org.

Финансирование

Работа поддержана Российской академией наук.

Список литературы

1,,. ,

Восстановление ДНК, генетическая нестабильность и рак

,

2007

Сингапур

World Scientific Publishing Co. Pte, Ltd.

2,,,,.

Частое появление новых кодирующих белок последовательностей при трансляции со сдвигом рамки считывания

,

Genomics

,

2006

, vol.

88

(стр.

690

—

697

) 3,.

Функциональная дивергенция белков за счет мутаций сдвига рамки считывания

,

Trends Genet.

,

2005

, т.

21

(стр.

428

—

431

) 4.

Методы прогнозирования с использованием нуклеотидных последовательностей

,

Methods Biochem. Анальный.

,

1998

, т.

39

(стр.

231

—

245

) 5.

Staden: статистический и структурный анализ нуклеотидных последовательностей

,

Methods Mol.Биол.

,

1994

, т.

25

(стр.

69

—

77

) 6.

Прогностические методы с использованием последовательностей ДНК

,

Methods Biochem. Анальный.

,

2001

, т.

43

(стр.

233

—

252

) 7,,.

О происхождении периодичности трех в последовательностях ДНК, кодирующих белок

,

J. Theor. Биол.

,

1994

, т.

167

4

(стр.

413

—

414

) 8,,,.

Идентификация кодирующей последовательности белка путем одновременной характеристики периодических и случайных характеристик последовательностей ДНК

,

J. Biomed. Biotechnol.

,

2005

, т.

2

(стр.

139

—

146

) 9,.

Прогнозирование областей, кодирующих белок, с помощью анализа периодичности 3 оснований последовательности ДНК

,

J. Theor. Биол.

,

2007

, т.

247

(стр.

687

—

694

) 10,,,.

Периодичность ДНК в экзонах

,

BMC Mol.Биол.

,

2004

, т.

5

стр.

12

11,,.

Взаимосвязь между составом оснований и использованием кодонов в бактериальных генах и их использование для простой и надежной идентификации последовательностей, кодирующих белок

,

Gene

,

1984

, vol.

30

1–3

(стр.

157

—

166

) 12. .

Последовательности и коды: основы биомолекулярной криптографии

,

Биокомпьютинг: информатика и проекты генома

,

1994

Сан-Диего

Academic Press

(стр.

119

—

174

) 13.

Поясняющие коды последовательности: три кода для эволюции

,

Ann. NY Acad. Sci.

,

1999

, т.

870

(стр.

330

—

338

) 14,.

Трансфер-РНК: ранний адаптер

,

Naturwissenschaften

,

1981

, vol.

68

(стр.

217

—

228

) 15.

Периодичность кода ДНК только из-за частоты использования CUF-кодонов?

,

конф. Proc.IEEE Eng. Med. Биол. Soc.

,

2007

, т.

1

(стр.

1383

—

1386

) 16,.

Неслучайное расположение синонимичных кодонов предполагает, что силы, не зависящие от рамки считывания, имеют определенные предпочтения кодонов.

,

J. Mol. Evol.

,

1999

, т.

49

1

(стр.

36

—

43

) 17,,,.

Информационная концепция поиска периодичности в символьных последовательностях

,

Мол.Биол. (Моск)

,

2003

, т.

37

(стр.

436

—

451

) 18,,,.

Определение местоположения вероятных генов с использованием подхода преобразования Фурье

,

Bioinformatics

,

2002

, vol.

18

1

(стр.

196

—

197

) 19,,,,.

Прогнозирование вероятных генов с помощью анализа Фурье геномных последовательностей

,

Вычисл. Прил. Biosci.

,

1997

, т.

13

3

(стр.

263

—

270

) 20,.

Вероятностные методы идентификации генов в геномах прокариот: связь с теорией HMM

,

Краткое. Биоинформ.

,

2004

, т.

5

2

(стр.

118

—

130

) 21,,.

Поиск генов в ДНК со скрытой марковской моделью

,

J. Comput. Биол.

,

1997

, т.

4

(стр.

127

—

141

) 22,.

Идентификация кодирующих областей в последовательностях геномной ДНК: приложение динамического программирования и нейронные сети

,

Nucleic Acids Res.

,

1993

, т.

21

(стр.

607

—

613

) 23,.

Вероятностная модель для обнаружения кодирующих областей в последовательностях ДНК

,

IMA J. Math. Прил. Med. Биол.

,

1994

, т.

11

3

(стр.

149

—

160

) 24,,.

Метод декомпозиции информации для анализа символьных последовательностей

,

Phys. Lett. А

,

2003

, т.

312

(стр.

198

—

210

) 25,,,,,.

KEGG: Киотская энциклопедия генов и геномов

,

Nucleic Acids Res.

,

1999

, т.

27

(стр.

29

—

34

) 26. ,

Теория информации и статистика

,

1959

Нью-Йорк

Wiley

27.,

Статистика: лекции по элементарной статистике и вероятности

,

1964

Женева

ЦЕРН

28,,,.

Эволюция тРНК-подобных последовательностей и изменчивость генома

,

Gene

,

2004

, vol.

335

(стр.

57

—

71

) 29,,.

Скрытая периодичность из 21 основания, типичная для гена MCP II, широко присутствует в различных бактериальных генах

,

ДНК Seq.

,

2003

, т.

14

(стр.

37

—

52

) 30,.

Общий метод, применимый к поиску сходства в аминокислотной последовательности двух белков

,

J. Mol. Биол.

,

1970

, т.

48

3

(стр.

443

—

453

) 31,,,. ,

Анализ биологической последовательности: вероятностные модели белков и нуклеиновых кислот

,

1999

Кембридж, Великобритания

Cambridge University Press

32,.

Классификационный анализ триплетной периодичности в белок-кодирующих областях генов

,

Gene

,

2008

, т.

421

(стр.

52

—

60

) 33

Консорциум UniProt

Универсальный ресурс белка (UniProt)

,

Nucleic Acids Res.

,

2007

, т.

35

(стр.

193

—

197

) 34,,,,.

Базовый инструмент локального поиска совмещения

,

J. Mol. Биол.

,

1990

, т.

215

3

(стр.

403

—

410

) 35,,,.

Упрощенное объяснение мутации сдвига рамки считывания, которая создала новый С-концевой мотив в линии гена APETALA3

,

BMC Evol. Биол.

,

2006

, т.

6

стр.

30

36,,.

Эволюция и многоуровневая оптимизация генетического кода

,

Genome Res.

,

2007

, т.

17

4

(стр.

405

—

412

)

© Автор 2009. Исследовательский институт ДНК Казуса.

Онлайн-версия этой статьи опубликована в рамках модели открытого доступа. Пользователи имеют право использовать, воспроизводить, распространять или демонстрировать версию этой статьи в открытом доступе в некоммерческих целях при условии, что: исходное авторство правильно и полностью указано; Журнал и Издательство Оксфордского университета указываются как место первоначальной публикации с указанием правильных сведений о цитировании; если статья впоследствии воспроизводится или распространяется не полностью, а только частично или как производная работа, это должно быть четко указано.