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Enregistrement W3092695394 · doi:10.1186/s12859-020-03794-x

Implementation of homology based and non-homology based computational methods for the identification and annotation of orphan enzymes: using Mycobacterium tuberculosis H37Rv as a case study

2020· article· en· W3092695394 sur OpenAlexaff
Swati Sinha, Andrew M. Lynn, Dhwani Desai

Notice bibliographique

RevueBMC Bioinformatics · 2020
Typearticle
Langueen
DomaineBiochemistry, Genetics and Molecular Biology
ThématiqueMachine Learning in Bioinformatics
Établissements canadiensDalhousie University
Organismes subventionnairesCouncil of Scientific and Industrial Research, India
Mots-clésIn silicoComputational biologySequence alignmentAnnotationBiologyGenomeHomology (biology)Context (archaeology)GeneticsMycobacterium tuberculosisHomology modelingBioinformaticsGenePeptide sequenceTuberculosisEnzymeMedicine

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

BACKGROUND: Homology based methods are one of the most important and widely used approaches for functional annotation of high-throughput microbial genome data. A major limitation of these methods is the absence of well-characterized sequences for certain functions. The non-homology methods based on the context and the interactions of a protein are very useful for identifying missing metabolic activities and functional annotation in the absence of significant sequence similarity. In the current work, we employ both homology and context-based methods, incrementally, to identify local holes and chokepoints, whose presence in the Mycobacterium tuberculosis genome is indicated based on its interaction with known proteins in a metabolic network context, but have not been annotated. We have developed two computational procedures using network theory to identify orphan enzymes ('Hole finding protocol') coupled with the identification of candidate proteins for the predicted orphan enzyme ('Hole filling protocol'). We propose an integrated interaction score based on scores from the STRING database to identify candidate protein sequences for the orphan enzymes from M. tuberculosis, as a case study, which are most likely to perform the missing function. RESULTS: The application of an automated homology-based enzyme identification protocol, ModEnzA, on M. tuberculosis genome yielded 56 novel enzyme predictions. We further predicted 74 putative local holes, 6 choke points, and 3 high confidence local holes in the genome using 'Hole finding protocol'. The 'Hole-filling protocol' was validated on the E. coli genome using artificial in-silico enzyme knockouts where our method showed 25% increased accuracy, compared to other methods, in assigning the correct sequence for the knocked-out enzyme amongst the top 10 ranks. The method was further validated on 8 additional genomes. CONCLUSIONS: We have developed methods that can be generalized to augment homology-based annotation to identify missing enzyme coding genes and to predict a candidate protein for them. For pathogens such as M. tuberculosis, this work holds significance in terms of increasing the protein repertoire and thereby, the potential for identifying novel drug targets.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,004
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,003
Score d'incertitude au seuil0,009

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,004
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0010,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0020,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,027
Tête enseignante GPT0,375
Écart entre enseignants0,347 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreMéthodes

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations11
Publié2020
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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