Sequenzalignment: Ähnlichkeiten in biologischen Sequenzen finden
Needleman-Wunsch-Algorithmus
Der Needleman-Wunsch-Algorithmus ist ein Sequenzalignment-Algorithmus, der zur Identifizierung von Ähnlichkeiten in biologischen Sequenzen verwendet wird. Dieser Algorithmus wurde 1970 von Saul Needleman und Christian Wunsch entwickelt und ist seitdem zu einem wichtigen Werkzeug in der Bioinformatik geworden.
Der Needleman-Wunsch-Algorithmus arbeitet, indem er zwei Sequenzen miteinander vergleicht und eine optimale Übereinstimmung zwischen ihnen findet. Dies wird durch die Erstellung einer Matrix erreicht, die die Ähnlichkeiten zwischen den Basen der beiden Sequenzen anzeigt. Diese Matrix wird als Scoring-Matrix bezeichnet und wird verwendet, um die beste Übereinstimmung zwischen den beiden Sequenzen zu finden.
Die Scoring-Matrix wird durch die Verwendung von Strafen für Abweichungen von der optimalen Übereinstimmung erstellt. Zum Beispiel kann eine Abweichung von einer Aminosäure in einem Protein zu einer geringeren Punktzahl führen als eine Übereinstimmung. Diese Strafen werden in der Regel als negative Zahlen in der Scoring-Matrix dargestellt.
Sobald die Scoring-Matrix erstellt wurde, wird der Needleman-Wunsch-Algorithmus verwendet, um die beste Übereinstimmung zwischen den beiden Sequenzen zu finden. Dies wird durch die Verwendung von dynamischem Programmierung erreicht, bei der die Matrix schrittweise gefüllt wird, um die beste Übereinstimmung zu finden.
Der Algorithmus beginnt in der oberen linken Ecke der Matrix und bewegt sich schrittweise durch jede Zelle, um die beste Übereinstimmung zu finden. Dabei werden die Punktzahlen aus der Scoring-Matrix verwendet, um die beste Übereinstimmung zu finden. Sobald die Matrix vollständig gefüllt ist, wird die beste Übereinstimmung zwischen den beiden Sequenzen gefunden.
Der Needleman-Wunsch-Algorithmus hat viele Anwendungen in der Bioinformatik. Zum Beispiel kann er verwendet werden, um die Ähnlichkeit zwischen zwei Proteinen zu bestimmen. Dies ist wichtig, um die Funktion von Proteinen zu verstehen und um Vorhersagen über ihre Struktur und Funktion zu treffen.
Darüber hinaus kann der Needleman-Wunsch-Algorithmus auch zur Identifizierung von Ähnlichkeiten zwischen DNA-Sequenzen verwendet werden. Dies ist wichtig, um die Evolution von Organismen zu verstehen und um Vorhersagen über die Funktion von Genen zu treffen.
Insgesamt ist der Needleman-Wunsch-Algorithmus ein wichtiger Sequenzalignment-Algorithmus, der in der Bioinformatik weit verbreitet ist. Durch die Verwendung von dynamischer Programmierung und Scoring-Matrizen kann er die beste Übereinstimmung zwischen zwei Sequenzen finden und so dazu beitragen, die Funktion von Proteinen und Genen zu verstehen.
