Зачем нужны is последовательности

5.4. Инсерционные (Is) последовательности и транспозоны

У микробных клеток есть еще 2 вида структурных компонентов ДНК: Is-последовательности и транспозоны. Они относятся к мигрирующим генетическим элементам и могут кодировать свой собственный перенос (транспозицию) от одного нуклеоида к другому или между нуклеоидом и плазмидами. Это обусловлено их способностью определять синтез ферментов транспозиции и рекомбинации – транспозаз. Более просто устроены инсерционные последовательности (Is-элементы). Is-элементы (от англ. insertion – вставка, sequence – последовательность) обладают своеобразными генетическими свойствами. Во-первых, они способны перемещаться по геному. При этом происходит репликация Is-элемента. Первичный экземпляр остается на прежнем месте, а копия встраивается в мишень. Места, куда встраиваются инсерционные последовательности, почти не обладают специфичностью. Функции, обеспечивающие способность к перемещению (транспозиции), закодированы в самом Is-элементе. Во-вторых, транспозиция представляег собой редкое событие, которое происходит на порядок реже, чем спонтанные мутации. В-третьих, в местах, смежных по отношению к инсерции, возникают делеции и инверсии бактериальных генов. Кроме этого, встроенная инсерция может либо активировать транскрипцию соседних генов, выступая в роли промотора, либо наоборот, ингибировать их. Наконец, именно Is-элементы обеспечивают взаимодействие между нуклеоидом, плазмидами и эписомами (например – F-фактором). В свободном состоянии Is-последовательности не обнаружены. Транспозоны – это более сложно устроенные генетические элементы. Они состоят из 2500-20000 и более пар нуклеотидов. В отличие от инсерций, они могут быть в свободном состоянии в виде кольцевой молекулы. Кроме того, транспозоны могут перемещаться из хромосомы в плазмиды и наоборот, мигрируя с репликона на репликон. ДНК транспозонов окружена с обоих концов (фланкирована) последовательностями ДНК, напоминающими Is-элементы. Некоторые умеренные фаги (например, Mu-бактериофаг E.coli) устроены аналогично и по существу представляют собой гигантские транспозоны. Транспозоны могут нести информацию о синтезе бактериальных токсинов и ферментов, модифицирующих антибиотики. Также они могут проникать в хромосому клеток животных или человека сходно с провирусами. Так как для интеграции в геном транспозоны не нуждаются в классической рекомбинации, а обладают собственной системой встраивания, то они могут широко горизонтально распространяться между различными видами бактерий.

5.5. Изменчивость микроорганизмов

Если наследственность отвечает за стабильность вида, то изменчивость определяет его способность приспосабливаться к постоянно меняющимся условиям среды. В процессе развития популяции бактерий появляются отдельные клетки, которые под влиянием внутренних и внешних факторов меняют свои признаки. Если эти изменения связаны с генотипом, то они передаются по наследству и могут быть «подхвачены» естественным отбором. Когда новые признаки обеспечивают селективное преимущество данной популяции в сравнении с другими, то они отбором закрепляются. Тем самым меняется генофонд вида и осуществляется процесс эволюции. Различают 2 категории изменчивости: фенотипическую (ненаследственную, модификационную) и генотипическую (наследственную), к которой относят мутации, рекомбинации, диссоциации, а также процессы репарации.

21.09.2019 366.92 Кб 30 мегашпоры. docx
12.08.2019 393.22 Кб 37 МЕД АППАРАТЫ И ПРИБОРЫ.doc
05.02.2016 83.52 Кб 80 Медикаментозные стоматиты.docx
05.02.2016 45.8 Кб 33 МЕДИКО.docx
05.02.2016 237.57 Кб 115 МЕДИЦИНСКАЯ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ ФИЗИКА.doc
05.02.2016 5.38 Mб 5546 МЕДИЦИНСКАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ 2011.doc
05.02.2016 3.85 Mб 2318 МЕДИЦИНСКАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ нов2.doc
23.09.2019 6.18 Mб 25 Медицинская микробиология.docx
26.11.2019 76.8 Кб 5 мет указ КР для заочников — основы права.doc
05.02.2016 110.59 Кб 20 Метод _указания 4 ЛФ.doc
15.11.2018 163.84 Кб 19 Метод по технологии.doc
Ограничение

Для продолжения скачивания необходимо пройти капчу:

Числа Фибоначчи

Числа Фибоначчи (строка Фибоначчи) — числовая последовательность, первые два числа которой являются 0 и 1, а каждое последующее за ними число является суммой двух предыдущих. Представляет собой частный пример линейной рекуррентной последовательности (рекурсии).

Освойте профессию «Data Scientist»

Эту последовательность впервые описал итальянский математик Леонардо Пизанский в его работе «Жизнь абака» в 1202 году. Закономерность, описываемая числами Фибоначчи, приобрела популярность в эпоху Возрождения и особенно Нового времени, где повлияла на самые разные стороны жизни — от фундаментальной и прикладной математики до искусства и архитектуры.

Науки о данных

Описание чисел Фибоначчи

Сам Леонардо Пизанский (Фибоначчи — его прозвище) предложил знаменитую последовательность в виде «задачи о кроликах», где описал кроличью популяцию со следующими условиями:

• В начале 1 месяца появляется первая пара кроликов (самец и самка).
• Со 2 месяца кролики начинают ежемесячно производить новую пару.
• Кролики бессмертны.

Задача состояла в том, чтобы рассчитать, сколько кроликов в популяции будет через год. Математически ее решение описывается формулой:

Fn = Fn–2 + Fn–1, где F0=0, F1=1, а n — больше или равно 2 и является целым числом.

Рассчитанная по этой формуле последовательность выглядит так:

0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, … .

Читайте также Востребованные IT-профессии 2023 года: на кого учиться онлайн

Сам Фибоначчи рассматривал эту последовательность просто как одно из математических упражнений среди прочих задач, указанных в его книге «Жизнь абака». Пример с кроликами был идеальной моделью, в которой кролики размножались строго каждый месяц, производили только двух крольчат разного пола и при этом сами не умирали. Однако некоторые современные исследователи называют ее первой в истории популяционной моделью.

Сама последовательность была известна еще с древних времен — в частности, она использовалась в древнеиндийском стихосложении, в том или ином виде ее знали древнегреческие и арабские математики. Заслуга именно Фибоначчи была в том, что он популяризировал ее в западноевропейской математике, а также ввел в европейскую науку позиционную систему счисления (известную народам Востока), которая имела краеугольное значение в последующем развитии математических наук.

Визуальным воплощением этой последовательности является золотая спираль. Она представляет собой дуги окружностей, вписанных в квадраты, размеры которых соотносятся друг с другом как числа в строке Фибоначчи. В основе этой фигуры лежит золотое сечение — идеальная пропорция, равная 0,61803. Золотая спираль стала одним из распространенных принципов математического пропорционирования, который широко используется в искусстве, архитектуре, начиная с эпохи Возрождения и по сегодняшний день.

Применение рядов Фибоначчи в информатике и программировании

Последовательность Фибоначчи — один из классических примеров рекурсии в математике. Рекурсией называется функция, определяющая свое значение через обращение к самой себе. Рекурсивные алгоритмы используются в программировании для упрощения вычислений. Умение обращаться с ними является одним из базовых навыков программиста. Поэтому расчет числа Фибоначчи (достаточно простой рекуррентной функции) часто является тестовым заданием, которое дается соискателю на вакансию программиста для проверки его навыков или применяется в обучении будущих кодеров.

Станьте дата-сайентистом и решайте амбициозные задачи с помощью нейросетей

Например, так выглядит рекурсивный поиск чисел Фибоначчи на языке Python:

def fibonacci(n):
if n in (1, 2):
return 1
return fibonacci(n — 1) + fibonacci(n — 2)
print (fibonacci(10))

Проблема рекурсивного нахождения чисел Фибоначчи в том, что после определенного предела процесс сильно замедляется. Причина — в самой природе рекурсии: основанная на ней программа постоянно обращается сама к себе. Если число n (номер искомого элемента ряда) большое, обычный компьютер просто не справится или процесс займет слишком много времени.

Поэтому для нахождения чисел Фибоначчи применяются и другие способы — например, обычный цикл (язык Python):

fib1 = fib2 = 1
n = input («Номер элемента ряда Фибоначчи: «)
n = int(n) — 2
while n > 0:
fib1, fib2 = fib2, fib1 + fib2
n -= 1
print («Значение этого элемента: «, fib2)

Последовательность Фибоначчи и генерация псевдослучайных чисел

Случайными называются числа, полученные в результате случайного события. Простейший пример — подбрасывание монетки или игральной кости. Такие числовые последовательности широко используются в современной науке, например для описания различных природных, социальных, экономических и других процессов с влиянием большого количества различных факторов, делающих результаты трудно- или непредсказуемыми.

Проблема в том, что получить настоящие случайные числа очень сложно. Классические примеры с монеткой, игральными костями и колодой карт дают лишь небольшие величины, чего недостаточно для современной науки и технологий. Теоретически случайные числа можно получить из космического излучения или радиации, из дробового шума в электрических цепях. Однако на практике использовать такие источники невыгодно по следующим причинам:

• Их установка и настройка требуют слишком много времени и труда.
• Генерация случайных чисел с их помощью происходит медленно.
• Воспроизвести ранее полученные результаты на данном уровне развития технологий невозможно.

Практическим решением проблемы получения случайных чисел стали псевдослучайные числа, то есть такие, которые обладают некоторыми их свойствами, но генерируются по заранее заданному алгоритму. Для их получения используются специальные вычислительные программы — генераторы псевдослучайных чисел. Особенность их работы заключается в том, что через определенный период времени генерируемые последовательности начинают повторяться. В некоторых областях информатики, таких как криптография (шифрование), это имеет критическое значение. Поэтому еще в 50-х годах XX века был предложен способ генерации псевдослучайных чисел на основе строки Фибоначчи (метод Фибоначчи с запаздыванием), который позволил повысить степень случайности в числовых последовательностях. Он успешно используется сегодня не только в криптографии, но и в имитационном моделировании различных естественных, социальных, экономических процессов, например:

• В кристаллографии с их помощью можно приблизительно моделировать рост кристаллов.
• В биологии и биоинформатике с помощью чисел Фибоначчи описываются такие процессы и объекты, как расположение листьев и лепестков у растений, семян в сосновых шишках, ячеек в плодах ананаса.
• Некоторые природные процессы, такие как флуктуации в турбулентных потоках или вихревые процессы в атмосфере, можно приблизительно описать числами Фибоначчи.

Числа Фибоначчи в трейдинге

Закономерность, описываемая последовательностью Леонардо Пизанского, получила неожиданное применение в биржевой торговле. В 30-х годах прошлого века американский инженер и менеджер Ральф Нельсон Эллиотт провел масштабное исследование фондов и заметил, что их колебания происходят в определенном ритме, в котором прослеживалось все то же золотое сечение — 0,61803. Сам исследователь делал все вычисления и прогнозы вручную, однако сегодня существуют специальные биржевые программы (терминалы), предлагающие несколько инструментов на основе закономерности Фибоначчи: уровни, дуги, веера и т.д.

Следует отметить, что использование этой закономерности в трейдинге носит спорный характер. Хотя цикличность рынка и фондовых показателей действительно существует, на нее влияет множество факторов, которые невозможно предугадать строгими математическими законами. Тем не менее в ситуации минимального внешнего влияния использование биржевых инструментов, построенных на строках Фибоначчи, действительно позволяет с определенной эффективностью прогнозировать поведение цен, индексов акций.

Числа Фибоначчи в визуальном искусстве и дизайне

Золотая спираль, основанная на последовательности чисел Фибоначчи, является одним из универсальных принципов построения пропорций. Лежащее в ее основе золотое сечение было известно еще в государствах Древнего Востока, но особую популярность оно приобрело в эпоху Возрождения. Великие скульпторы и живописцы того времени начали применять золотую спираль для построения художественной композиции, пропорций различных объектов, в том числе человеческого тела. Золотое сечение сегодня используется как одна из моделей для гармоничного распределения объектов в кадре (в фото- и киноискусстве), элементов плакатов и т.д.

В компьютерную эру золотое сечение (золотая спираль) и числа Фибоначчи также нашли свое применение в визуальном искусстве, в частности, 2D/3D-моделировании и веб-дизайне:

• Решетка Фибоначчи применяется для эффективного наложения точек на двухмерные и трехмерные объекты, например сферу или многогранники. Таким способом можно выполнить высокоточную огранку ювелирных камней или построить визуальную модель молекулярных решеток некоторых веществ.

• На основе числовой последовательности Фибоначчи строится один из вариантов фракталов — самоподобных фигур. Эту математическую модель можно использовать в компьютерной графике для построения ветвящихся объектов (ветвей, корней деревьев, русел рек, кристаллов и т. д.).
• Золотое сечение применяется в веб-дизайне для разметки страниц некоторых сайтов или веб-приложений. Элементы интерфейса, организованные таким способом, образуют визуально привлекательную и удобную рабочую область.
• Фрактальная геометрия, основанная в том числе на закономерности Фибоначчи, является самостоятельным направлением визуального искусства. Она применяется в аудиовизуальных инсталляциях, мэппингах и т.д.

Заблуждения, связанные с числами Фибоначчи

Благодаря современной поп-культуре с этой числовой последовательностью связано множество популярных мифов:

• Универсальность. Во многих источниках числа Фибоначчи и золотая спираль позиционируются как универсальный закон мироздания, с помощью которого можно описать любой природный процесс или объекты, от расположения лепестков цветка до формы спиральных галактик. Хотя в отношении многих природных явлений это действительно так, принцип не является всеобъемлющим: например, те же рукава спиральных галактик или раковина моллюска наутилуса закручены по логарифмической спирали, которая, хоть и близка по форме к золотой, все же ей не является.
• Идеальность. Распространено мнение, что золотое сечение и спираль Фибоначчи описывают идеальные пропорции. Однако исследования показали, что объекты, построенные по этому принципу (например человеческое тело), при демонстрации обычным людям воспринимаются обычно как диспропорциональные, вытянутые. Отсюда является заблуждением и утверждение, что все великие художники эпохи Возрождения и последующих времен использовали принцип золотой спирали в своих работах. Такие эксперименты действительно случались, но это не было распространенным явлением.
• Практическая применимость. Еще один миф говорит о том, что использование золотого сечения и чисел Фибоначчи в любом сфере деятельности дает положительный результат. Но, например, криптографы знают, что метод Фибоначчи с запозданием не является идеальным способом усилить шифрование — многие генераторы случайных чисел на его основе либо медленно работают, либо имеют недостаточный порог устойчивости к взлому. А использование принципов золотого сечения в архитектуре или промышленном дизайне редко сочетается с оптимизацией производства.

Вместе с тем нельзя отрицать большую роль фибоначчиевых чисел в развитии фундаментальной и прикладной математики, информатики и смежных с ними наук. Разработанные на основе золотой спирали методы и технологии широко применяются в разных областях человеческой жизни, от сугубо научных до прикладных, таких как компьютерная графика, криптография, программирование, обработка данных и т.д.

Выберите IT-профессию, которая вам нравится, а мы поможем научиться:

Data Scientist

Дата-сайентисты решают поистине амбициозные задачи. Научитесь создавать искусственный интеллект, обучать нейронные сети, менять мир и при этом хорошо зарабатывать. Программа рассчитана на новичков и плавно введет вас в Data Science.

Референсный геном

Референсный геном — база данных, содержащая информацию о последовательности нуклеиновых кислот абстрактного представителя биологического вида. Также называется референсной сборкой генома.

Референсный геном не является результатом секвенирования какого-либо конкретного индивидуума. Например, текущая сборка генома человека GRCh38 состоит из сиквенсов 11 библиотек, полученных от анонимных доноров (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/grc/help/faq/#which-genome-is-reference). Референсные геномы насекомых получают выделением генетического материала сразу из группы особей (https://www.gov.spb.ru/gov/otrasl/c_science/news/209 774/). Важно понимать, что референсный геном — это абстракция. Не существует реального представителя вида с такой генетической последовательностью.

Записывается референсный геном в гаплоидном виде отдельно для каждой хромосомы вида, т.е. текстовая последовательность нуклеотидов дана только для одной цепи ДНК, а вторая достраивается по принципу комплиментарности.

Зачем нужен референсный геном?

Распечатанный геном человека в музее Welcome Collection в Лондоне. (скриншот сайта https://venueview.co.uk/tour/the-welcome-collection)

Цель создания референсной сборки — получить единую систему координат для дальнейших исследований. Унифицированные точки отсчета крайне важны для эффективной коллаборации внутри научного сообщества. Только имея общие точки отсчета можно определять популяционную вариабельность для каждого отдельного положения, картировать гены на хромосомах, экзоны, интроны и регуляторные последовательности.

В последствии с рефернсным геномом сравнивают результаты секвенирования, а индивидуальные отличия называют вариантами. Далеко не всякий вариант по определению является индивидуальной проблемой, мутацией, и требует внимания. Иногда встречаются ситуации, при которых в геноме записана патологическая аллель, а наиболее распространенная здоровая аллель при этом выглядит как доброкачественный вариант. Такие ситуации опасны для истинных носителей патологической аллели, поскольку для них вариант не отличается от референса, а значит не будет обнаружен в явном виде (https://www.gimjournal.org/article/S1098-3600(21)01876-1/fulltext). Выявленные ошибки устраняются в последующих версиях сборки, поэтому рекомендуется всегда использовать актуальную версию сборки.

Версии референсного генома

Визуальное представление сборки GRCh38.p13 в базе данных Ensembl (https://www.ensembl.org/Homo_sapiens/Location/Genome). Доступ от 20.05.2022

Не все положения референсного генома представлены самыми частыми в популяции нуклеотидами. По мере накопления статистических популяционных данных референсный геном меняется и дополняется. Это отражается в версиях референсных сборок. Версии могут не изменять геномных координат положений (например, изменение актуальной версии с GRCh37. p1 до GRCh37. p2), а могут значительно изменить систему координат (внедрение сборки GRCh38 вместо GRCh37).

Референсный геном не обязательно обладает полнотой данных. Например, актуальная сборка генома человека GRCh38 имеет пропуски в теломерных и центромерных областях хромосом, а также в части некодирующих областей. А недавняя сборка T2T-CHM13, лишенная этого недостатка, вовсе не несет информации об Y-хромосоме. При этом референсный геном остается тем скелетом, на котором держатся все остальные генетические исследования.

Сейчас референсный геном человека имеет 19 полноценных сборок, начиная с выпущенной в мае 2000 года hg1 (https://genome.ucsc.edu/FAQ/FAQreleases.html#release12), заканчивая новинкой 2022 года T2T-CHM13 (https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj6987).

Genome Reference Consortium (GRC)

Заголовок сайта Genome Reference Consortium (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/grc). Доступ от 20.05.2022

Биологический мир крайне разнообразен. Исследователи разных видов часто создают собственные рефернсные геномы в рамках тесно взаимосвязанных научных групп. Однако, для организмов, имеющих наибольшую практическую значимость, была учреждена специальная международная группа.

Genome Reference Consortium (GRC) — международная группа экспертов в области секвенирования, геномного картирования и биоинформатики. Задача консорциума — улучшение репрезентативности рефернсного генома. Под эгидой GRC подготовлены сборки геномов человека (GRCh38), мыши (GRCm39), крысы (mRatBN7.2), Данио-рерио (GRCz11) и курицы (GRCg6a).

Последовательность

Последовательности — это прикладные объекты конфигурации. Они предназначены для обеспечения контроля правильности изменений, внесенных документами в учетные данные. Кроме этого последовательности, в случае необходимости, позволяют восстанавливать правильную картину изменений.

Алгоритм проведения документа, как правило, отражает в учете данные, содержащиеся в самом документе. Однако в некоторых случаях алгоритм проведения документа анализирует также и текущие итоги, используя их при проведении. Например, если документ списывает товары или материалы по средней себестоимости, то для определения суммы списания алгоритм проведения будет анализировать остатки товаров в количественном и суммовом выражении на момент списания.

Допустим, приходной накладной было оприходовано 10 единиц товара по 26 рублей. Тогда остаток товара на предприятии в суммовом выражении будет равен 260 рублей. После этого весь товар был отправлен клиенту. При проведении расходной накладной были проанализированы остатки этого товара и рассчитано, что средняя себестоимость единицы товара равна 26 рублям. В результате этих действий остаток товара на предприятии как в суммовом, так и в количественном выражении равен нулю:

Через несколько дней после этого была обнаружена ошибка в приходной накладной: оказывается, себестоимость единицы товара равна не 26, а 20 рублям. В приходную накладную были внесены соответствующие изменения, и она была заново проведена. В результате оказалось, что данные в системе учета не верны, поскольку все последующие документы по-прежнему вносят изменения, исходя из старой себестоимости товара, и «не знают» о том, что она изменилась:

Для того чтобы не возникало такой ситуации, эти два документа можно объединить в одну последовательность. Тогда, в случае изменения приходной накладной, система автоматически определит, что последовательность документов нарушена и сможет перепровести все последующие документы, которые могут зависеть от результатов проведения приходной накладной. Другими словами, расходная накладная будет проведена заново и, при анализе остатков товара, будет получена новая себестоимость (20 рублей) по которой и будет списан товар.

Приведенный пример является довольно простым, однако в реальных прикладных решениях взаимное влияние одних документов на другие может быть очень сложным. Поэтому система позволяет создавать в одном прикладном решении произвольное количество последовательностей документов:

Последовательность позволяет описать документы, которые будут относиться к данной последовательности, а также перечень учетных механизмов прикладного решения, изменение которых должно приводить к перепроведению документов данной последовательности:

Механизм последовательностей допускает более тонкую настройку, если требуется, чтобы последовательность учитывала не все, а вполне определенные ситуации. В этом случае для последовательности можно указать измерения, и перепроводиться будут только те документы, которые внесли изменения в учетные механизмы по данным значениям измерений.