Trilha 6 · BLAST, Clustal Omega

Busca e alinhamento de sequências

A aula interativa precisa de JavaScript para executar o Python no seu navegador.

O ambiente Python é preparado na primeira vez que você executa uma célula.

Passo 1 · O que é similaridade?

Rascunho a revisar: este conteúdo foi escrito com ajuda de IA e ainda precisa ser revisado pelo professor antes de ser usado em aula. Os dados e as sequências são fictícios.

Duas sequências parecidas podem ter uma origem ou uma função em comum. A medida mais simples é a identidade: a porcentagem de posições iguais entre duas sequências do mesmo tamanho.

Célula de código

a = "ATGGCCCTG"
b = "ATGACCCTG"

iguais = sum(1 for x, y in zip(a, b) if x == y)
print(iguais, "de", len(a), "posições iguais")
print(f"Identidade: {iguais / len(a) * 100:.1f}%")

Saída

Desafio

Calcule a identidade entre ATGC e ATCC e guarde em identidade (em %).

Seu código

a = "ATGC"
b = "ATCC"

identidade = 0
print(identidade)

Saída

Passo 2 · Alinhamento par a par

Quando as sequências têm tamanhos diferentes, alinhamos: colocamos as letras em correspondência e inserimos lacunas (-) onde falta algo. O alinhador dá pontos para acertos (match), tira pontos para trocas (mismatch) e penaliza lacunas. O alinhamento global compara as sequências inteiras.

Célula de código

from Bio import Align

alinhador = Align.PairwiseAligner()
alinhador.mode = "global"
alinhador.match_score = 2
alinhador.mismatch_score = -1
alinhador.open_gap_score = -2
alinhador.extend_gap_score = -1

a = "ATGGCCCTG"
b = "ATGCCCTG"
alinhamentos = alinhador.align(a, b)

print("Melhor pontuação:", alinhamentos.score)
print(alinhamentos[0])

Saída

Desafio

Guarde em pontuacao a pontuação do alinhamento global entre ACGTACGT e ACGTTCGT.

Seu código

from Bio import Align

alinhador = Align.PairwiseAligner()
alinhador.mode = "global"
alinhador.match_score = 2
alinhador.mismatch_score = -1
alinhador.open_gap_score = -2
alinhador.extend_gap_score = -1

pontuacao = 0
print(pontuacao)

Saída

Passo 3 · Alinhamento global × local

O alinhamento local procura só o melhor trecho em comum, sem se importar com as pontas. É o que programas de busca como o BLAST fazem. Compare a pontuação dos dois modos quando uma sequência tem "sobras" nas pontas.

Célula de código

from Bio import Align

a = "TTTATGGCCCTGTTT"
b = "ATGGCCCTG"

for modo in ["global", "local"]:
    alinhador = Align.PairwiseAligner()
    alinhador.mode = modo
    alinhador.match_score = 2
    alinhador.mismatch_score = -1
    alinhador.open_gap_score = -2
    alinhador.extend_gap_score = -1
    print(modo, "->", alinhador.score(a, b))

Saída

Desafio

Guarde em modo_maior o texto "local" ou "global", conforme qual modo deu a maior pontuação na célula acima.

Seu código

# execute antes a célula acima
modo_maior = ""
print(modo_maior)

Saída

Passo 4 · BLAST e Clustal Omega

Duas ferramentas que você vai encontrar na prática (são serviços online, que não rodam aqui no navegador):

BLAST: compara uma sequência com um banco inteiro e lista as mais parecidas (os hits), com pontuação, identidade e um valor de confiança chamado E-value (quanto menor, mais significativo).
Clustal Omega: alinha várias sequências ao mesmo tempo (alinhamento múltiplo), útil para ver quais posições se mantêm iguais.

A célula abaixo imita a ideia do BLAST em miniatura: compara uma consulta com um "banco" fictício e ordena pelos pontos.

Célula de código

from Bio import Align

alinhador = Align.PairwiseAligner()
alinhador.mode = "local"
alinhador.match_score = 2
alinhador.mismatch_score = -1
alinhador.open_gap_score = -2
alinhador.extend_gap_score = -1

banco = {"seq_A": "ATGGCCCTG", "seq_B": "ATGCCCTA", "seq_C": "TTTTTTTT"}
consulta = "ATGGCCCTG"

ranking = []
for nome, seq in banco.items():
    ranking.append((alinhador.score(consulta, seq), nome))
ranking.sort(reverse=True)

for pontos, nome in ranking:
    print(nome, pontos)

Saída

Desafio

Guarde em melhor o nome do hit com mais pontos.

Seu código

# execute antes a célula acima
melhor = ""
print(melhor)

Saída

Passo 5 · Desafio da trilha: identidade pelo alinhamento

Use o alinhamento para comparar duas sequências de tamanhos diferentes. A função devolve a pontuação global com os parâmetros que já usamos.

Desafio

Escreva pontos(a, b), que devolve a pontuação do alinhamento global (match 2, mismatch −1, abrir lacuna −2, estender lacuna −1).

Seu código

from Bio import Align

def pontos(a, b):
    # complete aqui
    return 0

print(pontos("ATGGCCCTG", "ATGCCCTG"))

Saída

O Python roda só no seu navegador (Pyodide). A verificação dos desafios é um feedback para aprender, não uma nota: o código da verificação fica visível no navegador.