New Approaches to Long-Read Assembly under High Error Rates

Das Gebiet der Genomassemblierung beschäftigt sich mit der Entwicklung von Algorithmen, die Genome am Computer anhand von Sequenzierungsdaten rekonstruieren. Es geriet erstmals in den Neunzigern mit dem Human Genome Project in den Fokus der Öffentlichkeit. Da nur kurze Abschnitte des menschlichen Genoms ausgelesen werden konnten, musste die Rekonstruktion längerer Genomsequenzen aus den ausgelesenen Abschnitten im Nachhinein am Computer erfolgen. Auch fast 20 Jahre nach der Veröffentlichung der menschlichen Genomsequenzen stellt die Genomeassemblierung nach wie vor noch einen essentiellen Verarbeitungsschritt für Sequenzierungsdaten dar. Nur Datendurchsatz, Länge und Fehlerprofil der ausgelesenen Genomabschnitte haben sich verändert und damit einhergehend auch die algorithmischen Anforderungen. Damit komplementiert das Forschungsgebiet der Genomeassemblierung die Sequenzierungstechnologien, die sich mit enormer Geschwindigkeit weiter entwickelt haben. Zusammen erlauben sie die Entschlüsselung der Genome einer stark zunehmenden Anzahl von Lebewesen und bilden damit die Grundlage für einen Großteil der Forschung in verschiedensten Bereichen der Biologie und Medizin. Trotz der beeindruckenden technologischen und algorithmischen Entwicklungen der vergangenen Jahrzehnte ist es bisher nur für bakterielle Genome gelungen, die komplette Genomsequenz zu rekontruieren. Bei der Assemblierung der wesentlich größeren eukaryotischen Genome bestehen mehrere ungelöste algorithmische Probleme. Diese Probleme hängen mit verschiedenen repetitiven Strukturen zusammen, die in fast allen Genomen höherer Lebewesen vorkommen. Deshalb werden eukaryotische Genome immer in wesentlich mehr unzusammenhängenden Sequenzen veröffentlicht als die jeweiligen Lebewesen Chromosomen haben. Die repetitiven Strukturen, die für die Lücken in den Genomsequenzen verantwortlich sind, lassen sich grob in drei Klassen unterteilen. Mikrosatelliten und Minisatelliten sind sehr kurze Sequenzen, die sich tausende oder zehntausende Male direkt aufeinander folgend wiederholen können. Dieses Muster ist typisch für sogenannte Centromere und Telomere, die sich in der Mitte und an den Enden vieler Chromosome befinden. Sogenannte Interspersed Repeats, oft auch als Transposons bezeichnet, sind längere Sequenzen, die häufig in fast identischer Form an unterschiedlichen Stellen im Genome vorkommen. Sogenannte Tandem Repeats dagegen sind längere Sequenzen, die direkt aufeinanderfolgend mehrere Male in einem Genom auftreten können. Oft sind Tandem Repeats Genkomplexe, das heißt Ansammlungen fast identischer proteinkodierender Abschnitte, die es der Zelle erlauben, die kodierten Proteine besonders schnell zu produzieren. Jede dieser repetitive Strukturen stellt spezifische Anforderung an Assemblierungsalgorithmen. In dieser Doktorarbeit leisten wir mehrere Beiträge zur Lösung der letzteren zwei vorgestellten Probleme, der Assemblierung von Interspersed Repeats und Tandem Repeats. In Teil 1 der Arbeit stellen wir mehrere Datenverarbeitungsprozeduren vor, die Sequenzierungsdaten aufbereiten, um die seltenen Unterschiede zwischen mehrfach auftretenden Genomsequenzen zu identifizieren. Diese beinhalten Softwareprogramme zur Berechnung und Optimierung von Multiplen Sequenz Alignments (MSA) anhand dynamischer Programmierung und zur statistischen Modellierung und Analyse der Unterschiede, wie das MSA sie präsentiert. In Teil 2 bauen wir auf dieser Analyse auf und präsentieren ein Softwareprogramm zur Assemblierung von Interspersed Repeats. Dieses Programm baut auf mehreren algorithmischen Neuerungen auf und ist in der Lage, Transposonfamilien mit sehr langen Sequenzen und sehr vielen verschiedenen Kopien effektiv zu assemblieren. Es ist das erste Programm dieser Art, welches in der Lage ist, Transposonfamilien mit dutzenden von Kopien zu assemblieren. Es gelingt uns zu zeigen, dass es auch für kleinere Transposonfamilien akkurater und schneller ist als das bisher einzige Konkurrenzprogramm, welches auf dieses Assemblierungsproblem spezialisiert ist. In Teil 3 beschreiben wir eine Analysepipeline, die es uns ermöglicht, Genkomplexe aus dutzenden von Tandem Repeats zu assemblieren. Diese Pipeline enthält Clustering und Graph Drawing Algorithmen. Ihr Herzstück ist ein Fehlerkorrekturalgorithmus, der auf Neuronalen Netzwerken basiert. Wir demonstrieren den praktischen Nutzen dieser Pipeline durch die Assemblierung des Drosophila Histone Komplexes. Im Abschluss diskutieren wir die Möglichkeit, Mikro- und Minisatelliten zu assemblieren und schlagen Forschungsansätze für weitere Verbesserungen im Bereich der Interspersed Repeat- und Genkomplexassemblierung vor

Image quality in conventional chest radiography. Evaluation using the postprocessing tool Diamond View

The objective of this work was to evaluate the influence of the postprocessing tool Diamond View (Siemens AG Medical Solutions, Germany) on image quality in conventional chest radiography. Evaluation of image quality remains a challenge in conventional radiography. Based on the European Commission quality criteria we evaluated the improvement of image quality when applying the new postprocessing tool Diamond View (Siemens AG Medical solutions, Germany) to conventional chest radiographs. Three different readers prospectively evaluated 102 digital image pairs of chest radiographs. Statistical analysis was performed with a p value <0.05 considered as significant. Images were evaluated on basis of the modified imaging Quality Criteria by the Commission of the European Communities. Each of the 11 image quality criteria was evaluated separately using a five point classification. Statistical analysis showed an overall tendency for improved image quality for Diamond View (DV) for all criteria. Significant differences could be found in most of the criteria. In conclusion DV improves image quality in conventional chest radiographs

За кадры. 1973. № 49 (1724)

Паруса юности / Е. СтюартПолитехники - празднику молодости. Репортаж / О. НиколаеваСтудент, депутат, товарищ / В. ЛебедевДевиз - творчество / А. А. БатуринОбрети свою дорогу / С. КошиковаРоль ЦНТИ в научной информации / [беседа с] Г. М. ИвановаЧтобы управление было эффективным / К. А. ХорьковПередь новыми стартами / Б. ПлотниковХорошо! В этот день 10 лет назад / В. АлександровЕсть на свете проспект широкий...Здравствуй, лето пионерское

Preconditioning by Levosimendan is Mediated by Activation of Mitochondrial Ca2+-Sensitive Potassium (mBKCa) Channels

Purpose: Activation of mitochondrial large-conductance Ca2+-sensitive potassium (mBKCa)-channels is a crucial step for cardioprotection by preconditioning. Whether activation of these channels is involved in levosimendan-induced preconditioning is unknown. We investigated if cardioprotection by levosimendan requires activation of mBKCa-channels in the rat heart in vitro. Methods: In a prospective blinded experimental laboratory investigation, hearts of male Wistar rats were randomized and placed on a Langendorff system, perfused with Krebs-Henseleit buffer at a constant pressure of 80 mmHg. All hearts were subjected to 33 min of global ischemia and 60 min of reperfusion. Before ischemia, hearts were perfused with different concentrations of levosimendan (0.03–1 μM) for determination of a dose-effect curve. In a second set of experiments, 0.3 μM levosimendan was administered in combination with the mBKCa-channel inhibitor paxilline (1 μM). Infarct size was determined by TTC staining. Results: In control, animal’s infarct size was 58 ± 7%. Levosimendan at a concentration of 0.3 μM reduced infarct size to 30 ± 7% (P < 0.05 vs. control). Higher concentrations with 1 μM levosimendan did not confer stronger protection. Paxilline completely blocked levosimendan-induced cardioprotection while paxilline alone had no effect on infarct size. Conclusions: This study shows that activation of mBKCa-channels plays a pivotal role in levosimendan-induced preconditioning