فريد (برنامج)

برنامج Phred ( محرر قراءات فيل ^{[ 1} ] ⁾ هو برنامج حاسوبي لتحديد القواعد النيتروجينية ، أي تحديد تسلسل القواعد النيتروجينية من بيانات التألق الناتجة عن جهاز تسلسل الحمض النووي الآلي الذي يستخدم الرحلان الكهربائي وطريقة الصبغة الفلورية الرباعية. ^{[ 2 ] [ 3 ]} عند تطويره لأول مرة، أنتج برنامج Phred أخطاءً أقل بكثير في مجموعات البيانات التي تم فحصها مقارنةً بالطرق الأخرى، بمتوسط ​​أقل بنسبة 40-50%. أصبحت درجات جودة Phred مقبولة على نطاق واسع لتوصيف جودة تسلسلات الحمض النووي، ويمكن استخدامها لمقارنة فعالية طرق التسلسل المختلفة.

يُعدّ تسلسل الحمض النووي باستخدام الأصباغ الفلورية تقنيةً في البيولوجيا الجزيئية ، تتضمن وسم تسلسلات الحمض النووي أحادية السلسلة ذات الأطوال المختلفة بأربعة أصباغ فلورية (تُقابل أربعة قواعد نيتروجينية مختلفة في الحمض النووي)، ثم فصل هذه التسلسلات باستخدام طريقة الفصل الكهربائي الهلامي أو الشعيري (انظر: تسلسل الحمض النووي ). تتم مراقبة عملية الفصل الكهربائي بواسطة كاميرا CCD على جهاز تسلسل الحمض النووي، مما يُنتج بيانات تتبع زمني (أو مخطط كروماتوغرافي ) للقمم الفلورية التي مرت بنقطة CCD. من خلال فحص قمم الفلورة في بيانات التتبع، يُمكننا تحديد ترتيب القواعد النيتروجينية في الحمض النووي . مع ذلك، ونظرًا لأن شدة وشكل وموقع قمة الفلورة ليست دائمًا متسقة أو واضحة، فقد يكون من الصعب أو المُستهلك للوقت تحديد القواعد الصحيحة للقمم بدقة عند القيام بذلك يدويًا.

أحدثت تقنيات التسلسل الآلي للحمض النووي ثورة في مجال البيولوجيا الجزيئية ، إذ ولّدت كميات هائلة من بيانات تسلسل الحمض النووي. مع ذلك، فإن معدل إنتاج هذه البيانات يفوق بكثير معدل معالجتها يدويًا (أي تفسير بيانات التتبع لاستخلاص بيانات التسلسل)، مما يُشكّل عائقًا أمام المعالجة. ولتجاوز هذا العائق، ثمة حاجة إلى برامج آلية تُسرّع المعالجة بدقة مُحسّنة، بالإضافة إلى مقياس موثوق لقياس هذه الدقة. ولتلبية هذه الحاجة، طُوّرت العديد من البرامج، ومنها برنامج Phred .

تم ابتكار برنامج فريد في أوائل التسعينيات على يد فيل غرين ، الذي كان آنذاك أستاذاً في جامعة واشنطن في سانت لويس . وساهم كل من لاديانا هيلير ، ومايكل ويندل ، وديفيد فيسينيك، وتيم غليسون، وآلان بلانشارد، وريتشارد موت في تطوير قاعدة البيانات والخوارزمية. انتقل غرين إلى جامعة واشنطن في منتصف التسعينيات، وبعد ذلك تولى هو وبرنت إيوينغ إدارة تطوير البرنامج بشكل أساسي. لعب فريد دوراً بارزاً في مشروع الجينوم البشري ، حيث تمت معالجة كميات هائلة من بيانات التسلسل بواسطة برامج نصية مؤتمتة. وكان آنذاك البرنامج الأكثر استخداماً على نطاق واسع في مختبرات تسلسل الحمض النووي الأكاديمية والتجارية على حد سواء، وذلك بفضل دقته العالية في تحديد القواعد . ^{[ 4 ]} يتم توزيع فريد تجارياً من قبل شركة كودون كود ، ويُستخدم لأداء وظيفة "تحديد القواعد" في برنامج كودون كود ألاينر . كما يُستخدم أيضاً في إضافة ماك فيكتور أسيمبلر.

يستخدم برنامج Phred إجراءً من أربع مراحل كما هو موضح من قبل Ewing et al. لتحديد تسلسل استدعاءات القواعد من تتبع تسلسل الحمض النووي المعالج:

1. يتم تحديد مواقع الذروة المتوقعة، بناءً على افتراض أن الأجزاء متباعدة بشكل متساوٍ نسبيًا، في المتوسط، في معظم مناطق الجل، لتحديد العدد الصحيح للقواعد ومواقعها المثالية المتباعدة بالتساوي في المناطق التي لا تكون فيها الذروات واضحة تمامًا، أو تكون مشوشة، أو مزاحة (كما هو الحال في عمليات الضغط).
2. تم تحديد القمم المرصودة في الرسم البياني
3. تتم مطابقة القمم المرصودة مع مواقع القمم المتوقعة، مع حذف بعض القمم وتقسيم البعض الآخر؛ حيث أن كل قمة مرصودة تأتي من مصفوفة محددة وبالتالي ترتبط بواحدة من القواعد الأربع (A أو G أو T أو C)، فإن القائمة المرتبة للقمم المرصودة المتطابقة تحدد تسلسل القاعدة للأثر.
4. يتم فحص القمم المرصودة غير المتطابقة بحثًا عن أي قمة يبدو أنها تمثل قاعدة ولكن لا يمكن تعيينها إلى قمة متوقعة في المرحلة الثالثة، وإذا تم العثور عليها، يتم إدخال القاعدة المقابلة في تسلسل القراءة.

العملية برمتها سريعة، وعادةً ما تستغرق أقل من نصف ثانية لكل عملية تتبع. ويمكن إخراج النتائج كملف PHD، يحتوي على بيانات أساسية على شكل ثلاثيات تتكون من اسم القاعدة وجودتها وموقعها. ^{[ 5 ]}

يُستخدم برنامج Phred غالبًا بالتزامن مع برنامج آخر يُسمى Phrap ، وهو برنامج لتجميع تسلسل الحمض النووي. وقد استُخدم Phrap بشكل روتيني في بعض أكبر مشاريع التسلسل ضمن مشروع تسلسل الجينوم البشري، ويُعد حاليًا من أكثر برامج تجميع تسلسل الحمض النووي استخدامًا في صناعة التقنية الحيوية. يعتمد Phrap على درجات جودة Phred لتحديد تسلسلات توافقية عالية الدقة، ولتقدير جودة هذه التسلسلات. كما يستخدم Phrap درجات جودة Phred لتقدير ما إذا كانت الاختلافات بين تسلسلين متداخلين ناتجة على الأرجح عن أخطاء عشوائية، أو عن نسخ مختلفة من تسلسل مُكرر.

• الصفحة الرئيسية لمختبر فيل غرين فراب.