Otimização de periodicidades fracas em genomas utilizando transformadas de Fourier e algoritmos genéticos.

Abstract

Transformadas de Fourier discretas e os seus espectros de potˆencia associados são utilizados em biologia molecular e na bioinformática para a detecção de periodicidades e regiões codificastes no DNA. Tipicamente, o genoma primeiramente é mapeado para uma série numérica, então é feita sua transformada de Fourier, que será monitorada em busca de periodicidades biologicamente relevantes. A detecção de uma determinada periodicidade é criticamente dependente da forma como o genoma foi convertido numa sequência numérica. Uma vez que existem inúmeras maneiras de se mapear uma sequência de DNA, periodicidades biologicamente importantes podem passar despercebidas. Aqui apresentamos um método que utiliza um algoritmo genético para otimizar o mapeamento numérico que maximizará um pico em dada frequência do espectro de potências de Fourier. Nós mostramos que o método tem a capacidade de detectar periodicidades fracas que são normalmente perdidas com esquemas de mapeamento tradicionais, e dessa forma, aumenta em muito a sensibilidade de técnicas baseadas na transformada de Fourier discreta. Para exemplificar o uso deste novo método, nós o aplicamos para encontrar as periodicidades de 3 e 10 nucleotídeos em trechos dos genomas do Plasmodium falciparum e Drosophila melanogaster, além de aplicá-lo também em sequências promotoras de Homo sapiens, que foram recentemente analisadas para a detecção do período de 10 nucleotídeos. Trabalhos anteriores publicaram afirmações conflitantes sobre a presença desta periodicidade em torno dos sítios de iniciação de transcrição (TSS) de promotores humanos. Nós mostramos que esta periodicidade está realmente presente nessas sequências e também que o nosso método é robusto e eficiente para descobrir periodicidades fracas em genomas.