Стол 1а по певзнеру: Лечебные столы (диеты) № 1-15 по Певзнеру: таблицы продуктов

Лечебная диета (стол) №1 по Певзнеру таблица продуктов, г. Барнаул, Алтайский край, Медицинский центр Валеомед

Хлебные изделия
Белый пшеничный хлеб из муки высшего и 1-го сорта вчерашней выпечки или подсушенный, сухой бисквит, белые сухари, несдобное печенье. Один-два раза в неделю разрешаются выпеченные несдобные булочки, печеные пирожки с яблоком, джемом, ватрушка с творогом.	Ржаной хлеб и любой свежий хлеб, изделия из сдобного и слоеного теста.
Молоко и молочные продукты
Цельное, сухое или сгущённое молоко, сливки, свежий некислый творог, некислый кефир, простокваша. Неострые, несолёные сорта сыра в тёртом виде, причём изредка. Можно приготовить творожные блюда: запеченные сырники, суфле, ленивые вареники, пудинги.	Острые, солёные, твёрдые сорта сыра, молочные продукты с высокой кислотностью. Сметану разрешается употреблять в ограниченном количестве.
Супы
Супы на овощном отваре, из протёртых и хорошо разваренных круп, суп-пюре из варёных овощей (кроме капусты), молочный суп с мелкой вермишелью. Можно заправлять первые блюда сливочным маслом, яично-молочной смесью, сливками.	Супы из крепких мясных и рыбных бульонов, грибные и крепкие овощные отвары, щи, борщ, окрошка.
Мясо и мясные блюда
Нежирные сорта мяса, без сухожилий, фасций, кожи птиц. Полезными будут паровые блюда из говядины, молодой нежирной баранины и обрезной свинины, кур, индейки, мяса нежирной телятины, цыплят, кролика. Котлеты, биточки, зразы готовятся на пару. Бефстроганов делается из вареного мяса. Разрешается также отварные язык и печень.	Жирные и жилистые сорта мяса и птиц, утку, гуся, мясные консервы, любые копчёности.
Рыба и рыбные блюда
Нежирные сорта рыбы, без кожи, приготовленные куском или в виде котлетной массы. Рыба должна вариться в воде или на пару.	Жирная, солёная рыба, рыбные консервы.
Крупы и макаронные изделия
Крупа манная, гречневая, овсяная, рис. Каши из этих круп варят на молоке или воде. Вермишель или макароны разрешаются мелко рубленные, в отварном виде.	Крупа перловая, ячневая, кукурузная, пшено, бобовые.
Овощи
Картофель, морковь, свекла, цветная капуста. В ограниченном количестве допускается зелёный горошек. Овощи нужно варить на пару или в воде. Овощные блюда должны быть в протёртом виде, например, пюре, суфле, паровые пудинги. Непротёртыми можно употреблять ранние тыкву и кабачки. В супы разрешается добавлять мелко шинкованный укроп. Спелые некислые томаты также могут присутствовать в рационе, но не более 100 г.	Белокочанная капуста, репа, редька, щавель, шпинат, лук, огурцы. Все солёные, квашеные и маринованные овощи. Грибы, овощные закусочные консервы.
Яйца и блюда из яиц
Яйца всмятку, омлет на пару, но ограниченно – не более двух штук в сутки.	Яйца вкрутую и жареные.
Жиры
Несолёное сливочное масло, рафинированные растительные масла, добавляемые в блюда.
Закуски
Салаты из отварных овощей, мяса, рыбы отварной язык, паштет из печени. В небольшом количестве допускаются также колбаса докторская, молочная, диетическая; заливная рыба на овощном отваре; икра осетровых, изредка вымоченная нежирная сельдь.	Любые острые и солёные закуски, консервы, копчёности.
Ягоды и фрукты
Сладкие сорта зрелых фруктов и ягод, ягоды из компотов. Ягоды и фрукты в протёртом, варёном и печёном виде, желе, муссы, кисели.	Кислые, недостаточно спелые фрукты и ягоды, непротёртые сухофрукты.
Сладости
Сахар, мёд, пастила, зефир, некислое варенье.	Шоколад и мороженое.
Напитки
Некрепкий чай, чай с молоком или сливками, слабое какао с молоком или сливками, слабые соки из фруктов и ягод, отвар шиповника.	Все газированные напитки, квас, чёрный кофе.

Диета стол 1, разнообразное меню и простые рецепты с фото

Диета Стол 1 по Певзнеру (вариант 1) используется при лечении желудка и успешно применяется больше 100 лет. Представляет собой щадящий режим питания и не травмирует желудок. Вот здесь вариант 2.

 

Диета стол 1 подробно

При этой диете из рациона исключаются копчёности, жирное, солёное, острое, сырые овощи, кислые фрукты, свежий хлеб и выпечка. Основной способ обработки – варка, тушение, запекание без образования выраженной корочки. Желательно перетирать пищу в пюре или использовать измельчённые ингредиенты, потому что это лучше для желудка. Например, перетёртые сладкие фрукты, обволакивающие каши, молочные продукты умеренной жирности, подсушенный хлеб, яйца всмятку.

Диета стол 1 не допускает жарки продуктов. Питание предусмотрено дробное, 5-7 раз в день. Приемлемая температура еды в пределах 30-60 градусов, так как это исключает негативное воздействие на желудок.

Вода в диете стол 1

Особое место в диете стол 1 занимает количество потребляемой жидкости. Надо пить больше 1,5 литров. Показаны такие напитки, как компоты, кисели, отвары трав, негазированная минеральная вода.

Так как диета предусмотрена для людей ослабленных, то пища должна содержать достаточное количество питательных веществ, чтобы у организма была энергия на восстановление. Для среднестатистического человека, ведущего умеренный образ жизни, суточная потребность от 2000 до 2300 ккал. Вес потребляемой пищи составляет примерно два килограмма в сутки. Оптимальное количество белков – 80-100 грамм, жиров – 90-100 грамм, углеводов – 300-400 грамм. Следует ограничить потребление соли и специй 5-8 граммами.

Меню на неделю по диете Стол 1

На первый взгляд, меню по диете Стол 1 выглядит печально и безвкусно. Однако это не так. Даже соблюдая такую диету можно питаться разнообразно. Наши меню и рецепты помогут вам в этом.

Список продуктов для меню по диете стол 1

Предлагаем вашему вниманию список продуктов для этого меню. Проходите по этой ссылке.

Понедельник

Завтрак: Каша манная на молоке; Какао сладкое на молоке.

Перекус: Банан.

Обед: Суп-пюре овощной со сметаной; Рис, тушенный с морковью;  Куриные фрикадельки; Кисель ягодный сладкий.

Полдник: Желе с клубникой и бананом.

Ужин: Картофель тушёный ; Молоко.

Перекус: Кисель ягодный сладкий.

Количество потребляемой пищи – ориентировочно 2 кг на одного человека. КБЖУ (калории, белки, жиры, углеводы): 2053/91/71/294.

Вторник

Завтрак: Некрепкий зелёный сладкий чай; подсушенный хлеб со сливочным маслом.

Перекус: Желе с клубникой и бананом.

Обед: Куриные фрикадельки с картофельным пюре; Молоко.

Полдник: Сырники; Чай зелёный сладкий некрепкий.

Ужин: Кабачок тушенный с морковью; Куриные рубленые котлеты; Рис, тушенный с морковью.

Перекус: Кефир.

Количество потребляемой пищи – примерно 1,9 кг. КБЖУ: 1923/100/82/286.

Среда

Завтрак: Яйцо всмятку, 2 штуки; Какао сладкое на молоке; Творог с мёдом и бананом.

Перекус: Банан, сладкое яблоко.

Обед: Свиные котлеты запечённые; Спагетти, Свёкла отварная тёртая.

Полдник: Творожная запеканка; Чай зелёный с сахаром некрепкий.

Ужин: Картофельная запеканка со свиным фаршем; салат из отварной тёртой свёклы.

Перекус: Кефир.

Количество потребляемой пищи – примерно 1,8 кг. КБЖУ: 2179/124/88/228.

Четверг

Завтрак: Суп молочный с вермишелью; Чай зелёный сладкий некрепкий; Ломтик подсушенного белого хлеба.

Перекус: Творог с бананом и мёдом; Компот яблочный сладкий.

Обед: Щи из свежей капусты; Котлета куриная рубленая на пару; Свёкла отварная.

Полдник: Компот яблочный.

Ужин: Рыба, запечённая с сыром; Рис отварной; Молоко.

Перекус: Йогурт натуральный с вареньем.

Примерно 2,1 кг. КБЖУ: 2351/102/88/286.

Пятница

Завтрак: Манная каша на молоке; некрепкий зелёный чай с сахаром.

Перекус: Банан; Компот из сухофруктов.

Обед: Лёгкий суп со свиными фрикадельками; Запеканка из спагетти с сыром и варёной колбасой; Молоко.

Полдник: Компот из сухофруктов.

Ужин: Рыба отварная; салат из отварной свёклы.

Перекус: Кефир.

Примерно 2,0кг. КБЖУ: 2303/89/72/297.

Суббота

Завтрак: Яйцо варёное всмятку, 2 штуки; Какао сладкое с молоком; Банан.

Перекус: Запечённое яблоко с творогом; Компот фруктовый сладкий.

Обед: Лёгкий суп со свиными фрикадельками; Курица отварная; Картофельное пюре.

Полдник: Компот фруктовый; Хлебец.

Ужин: Рисовая каша на молоке.

Перекус: Некрепкий зелёный сладкий чай; Творог с бананом и мёдом.

Примерно 2,06 кг. КБЖУ: 2048/102/287.

Воскресенье

Завтрак: Протёртая гречневая каша на молоке; Какао сладкое на молоке; Ломтик подсушенного хлеба.

Перекус: Кисель ягодный с сахаром; Запеканка творожная.

Обед: Суп с вермишелью и куриными фрикадельками; Запеканка картофельная со свиным фаршем; Молоко.

Полдник: Банан; Кисель ягодный сладкий.

Ужин: Рыба отварная, капуста цветная ; Чай зелёный некрепкий сладкий.

Перекус: Яблоко; Кефир.

Примерно 2,02 кг. КБЖУ: 2118/92/76/281.

Перед тем, как следовать диете Стол №1, желательна консультация с врачом.

Приятного аппетита и не болейте!

Диета (стол) №1, 1а, 1б

Система распределения по лечебным столам была разработана советским профессором, одним из пионеров в гастроэнтерологии и диетологии М.И. Певзнером. Она нашла свое предназначение в назначении лечебного питания пациентам, находящихся в больницах, санаториях, реабилитационных центрах. Всего в системе 15 диет, которые назначаются врачом, исходя из диагноза больного.

Показания к назначению диеты №1

• обострение и стадия нестойкой ремиссии язвы желудка и двенадцатиперстной кишки;
• гастороуденит в острой форме;
• хронический гастрит в нерезкой стадии обострения, с высокой и нормальной кислотностью;
• гастроэзофагеальное, рефлюксное заболевание. 

Питание при назначении лечебного стола №1 должно быть дробным. Пищу необходимо принимать 4-5 раз в день небольшими порциями. Придерживаться лечебного питания нужно 2-3 месяца.

Рекомендованные к включению в меню продукты

• белый пшеничный хлеб, подсушенный или вчерашний;
• сухое галетное печенье;
• бисквит сухой;
• супы из протертых круп, картофеля и овощей, без использования капусты;
• молочные супы с манной крупой, рисом, вермишелью, лапшой;
• нежирные сорта мяса птицы, кролика, телятины в вареном или паровом виде;
• некрепкий студень;
• нежирные сорта рыбы, отдавать предпочтение серебристому хеку, треске, ледяной рыбе, наваге;
• заливная рыба;
• различные каши, сваренные на пару и воде в виде пудингов, суфле;
• молоко цельное и сгущенное, сливки, сметана в небольших количествах, просто кваша однодневная, творог некислый, протертый, суфле из творога, творожная масса;
• спелые сладкие ягоды и фрукты;
• компоты из свежих ягод и фруктов и сухофруктов, кисели, муссы, желе;
• сахар в ограниченном количестве, мед, варенье;
• отвар из шиповника, некрепкий кофе, какао и чай с молоком или сливками, кисель молочный, фруктово-ягодные сладкие соки;
• яйца вареные всмятку, омлеты паровые;
• масло оливковое и подсолнечное, сливочное несоленое;
• сыр твердый неострый, нежирная ветчина.

Исключить из рациона питания

• черный хлеб, сдобу, кондитерские изделия;
• бульоны из мяса и рыбы, навары из овощей и грибов;
• пшено и бобовые;
• капусту белокочанную и красную, репу и брюкву, шпинат и щавель, редьку и редис, чеснок и лук;
• кислые ягоды и фрукты;
• алкоголь и газированные напитки;
• яйца в сыром виде;
• маринады и острые приправы;

• маргарин и тугоплавкие жиры;
• жареные, острые, копченые, консервированные блюда;
• грибы и соленья.

Пищу готовят в полужидком или желеобразном виде, подают теплой. Мясные блюда и картофель не зажаривают. Количество поваренной соли необходимо ограничивать.

Диетический стол 1а назначается при

• выраженном обострении язвы желудка и двенадцатиперстной кишки;
• обострении хронического гастрита с сопровождающимся болевым синдромом;
• состоянии после перенесённого кровотечения в желудочно-кишечном тракте.

Питание предусматривает прием еды в жидком и кашеобразном виде 5-6 раз в день. Отдавать предпочтение молоку, слизистым крупяным молочным супам с добавлением небольшого количества несоленого сливочного масла, жидким протертые кашам, молочным кашам, яйцам сваренным всмятку, омлетам и суфле на пару, мясным и рыбным блюдам из нежирных сортов, оливковому маслу, киселям из ягод и фруктов сладких сортов, сокам из фруктов и моркови, отвару из ягод шиповника, некрепкому чаю с молоком.

Поваренную соль следует ограничить до 5-8 граммов, а употребление жидкости до 1,5 литров в день. Дополнительно рекомендуется принимать витамины А, С, группы В.

Диетический стол 1б назначается при необходимости осуществить безболезненный переход от строгой  или щадящей к основной диете. Показанием к назначению является подострая фаза язвенной болезни и обострение гастрита.

Назначают диету на несколько дней, обычно до недели. Количество приемов пищи – 4-5 раз в день.  Пища рекомендована пюреобразного вида, с добавлением 75-100 гр. белых сухарей. Мясные и рыбные блюда готовить нужно в виде котлет, фрикаделек, кнелей. Супы и каши — протертые, крупяные и молочные.

Диета при язвенной болезни желудка

Показания:

1) язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки в период выздоровления после резкого обострения и при нерезком обострении;

2) нерезкое обострение хронического гастрита с сохраненной или повышенной секрецией;

3) острый гастрит в период выздоровления.

При сочетании язвенной болезни с другими заболеваниями органов пищеварительной системы используют варианты диеты № 1. Диету № 1 без механического щажения — «непротертую» диету № 1 — применяют на последнем этапе лечения обострения язвенной болезни и при малосимптомном, вялом ее течении. По химическому составу и продуктовому набору эта диета соответствует протертой диете № 1. Исключены сильно возбуждающие секрецию желудка продукты и блюда. Пищу готовят вареной, но непротертой: мясо и рыба куском, каши рассыпчатые, овощи и фрукты в непротертом виде.

Цель диеты № 1: умеренное химическое, механическое и термическое щажение желудочно-кишечного тракта при полноценном питании, уменьшение воспаления, улучшение заживления язв, нормализация секреторной и двигательной функций желудка.

Общая характеристика диетического стола № 1: по калорийности, содержанию белков, жиров и углеводов физиологически полноценная диета. Ограничены сильные возбудители секреции желудка, раздражители его слизистой оболочки, долю задерживающиеся в желудке и трудно перевариваемые продукты и блюда. Пищу готовят в основном протертой, сваренной в воде или на пару. Отдельные блюда запекают без корочки. Рыба и не грубые сорта мяса допускаются куском. Умеренно ограничена поваренная соль. Исключены очень холодные и горячие блюда.

Химический состав и калорийность диеты № 1: углеводы — 400-420 г; белки — 90-100 г (60% животные), жиры — 100 г (30% растительные), калории — 2800—3000 ккал; натрия хлорид (соль) 10-12 г, свободная жидкость — 1, 5 л.

Режим питания при диете № 1: 5-6 раз в день. Перед сном: молоко, сливки.

Рекомендуемые и исключаемые продукты и блюда:

— супы. Из разрешенных протертых овощей на морковном, картофельном отваре, молочные супы из протертых или хорошо разваренных круп (геркулес, манная, рис и др. ), вермишели с добавлением протертых овощей, молочные супы-пюре из овощей: суп-пюре из заранее вываренных кур или мяса, из протертых сладких ягод с манной крупой. Муку для супов только подсушивают. Супы заправляют сливочным маслом, яично-молочной смесью, сливками. И с к л ю ч а ю т: мясные и рыбные бульоны, грибные и крепкие овощные отвары, щи, борщи, окрошку;

— хлеб и мучные изделия. Хлеб пшеничный из муки высшего и 1-го сорта вчерашней выпечки или подсушенный; сухой бисквит, печенье сухое, 1-2 раза в неделю хорошо выпеченные несдобные булочки, печеные пирожки с яблоками, отварным мясом или рыбой и яйцами, джемом, ватрушка с творогом. И с к л ю ч а ю т: ржаной и любой свежий хлеб, изделия из сдобного и слоеного теста;

— мясо и птица. Нежирные, без сухожилий, фасций, кожи у птиц. Паровые и отварные блюда из говядины, молодой нежирной баранины и обрезной свинины, кур, индейки. Отварные блюда, включая мясо куском из нежирной телятины, цыплят, кролика. Паровые котлеты, биточки, кнели, суфле, пюре, зразы; бефстроганов из вареного мяса. Отварное мясо, запеченное в духовом шкафу. Отварные язык и печень. И с к л ю ч а ю т: жирные или жилистые сорта мяса и птиц, утку, гуся, консервы, копчености;

— рыба. Нежирные виды без кожи, куском или в виде котлетной массы: варится в воде или на пару. И с к л ю ч а ю т: жирную, соленую рыбу, консервы;

— молочные продукты. Молоко, сливки. Некислые кефир, простокваша, ацидофилин. Свежие некислые творог (протертый) и сметана. Творожные блюда: запеченные сырники, суфле, ленивые вареники, пудинги. Неострый сыр тертый, изредка — ломтиками. И с к л ю ч а ю т: молочные продукты с высокой кислотностью, острые, соленые сыры. Ограничивают сметану;

— яйца. 2-3 штуки в день. Всмятку, паровой омлет. И с к л ю ч а ю т: яйца вкрутую и жареные;

— крупы. Манная, рис, гречневая, овсяная. Каши, сваренные на молоке или воде, полу вязкие и протертые (гречневая). Паровые суфле, пудинги, котлеты из молотых круп. Вермишель, макароны мелкорубленые отварные. И с к л ю ч а ю т: пшено, перловую, ячневую, кукурузную крупу, бобовые, цельные макароны;

— овощи. Картофель, морковь, свекла, цветная капуста, ограниченно — зеленый горошек. Сваренные на пару или в воде и протертые (пюре, суфле, паровые пудинги). Непротертые ранние тыква и кабачки. Мелко шинкованный укроп — в супы. Спелые некислые томаты до 100 г. И с к л ю ч а ю т: белокочанную капусту, репу, брюкву, редьку, щавель, шпинат, лук, огурцы, соленые, квашеные и маринованные овощи, грибы, овощные закусочные консервы;

— закуски. Салат из отварных овощей, мяса, рыбы. Язык отварной, паштет из печени, колбаса докторская, молочная, диетическая; заливная рыба на овощном отваре, икра осетровых, изредка вымоченная нежирная сельдь и форшмак, неострый сыр, несоленая ветчина без жира. И с к л ю ч а ю т: все острые и соленые закуски, консервы, копчености;

— плоды, сладкие блюда, сладости. В протертом, вареном и печеном виде сладкие ягоды и фрукты. Пюре, кисели, муссы, желе, самбуки, компоты (протертые). Меренги, снежки, сливочный крем, молочный кисель. Сахар, мед, некислое варенье, зефир, пастила. И с к л ю ч а ю т: кислые, недостаточно спелые, богатые клетчаткой фрукты и ягоды, Непротертые сухофрукты, шоколад, мороженое;

— соусы и пряности. Молочный (бешамель) без пассеровки муки, с добавлением сливочного масла, сметаны, фруктовые, молочно-фруктовые. Ограниченно — укроп, петрушка, ванилин, корица. И с к л ю ч а ю т: мясные, рыбные, грибные, томатные соусы, хрен, горчицу, перец;

— напитки. Некрепкий чай, чай с молоком, сливками, слабые какао и кофе с молоком. Сладкие соки из фруктов и ягод. Отвар шиповника. И с к л ю ч а ю т: газированные напитки, квас, черный кофе;

— жиры. Сливочное несоленое масло, коровье топленое высшего сорта. Рафинированные растительные масла, добавляемые в блюда. И с к л ю ч а ю т: все другие жиры.

Примерное меню диеты № 1 (протертая).

Первый завтрак: яйцо всмятку, каша рисовая молочная протертая, чай с молоком.

Второй завтрак: яблоко печеное с сахаром.

Обед: суп овсяный молочный протертый, фрикадельки мясные паровые с морковным пюре, мусс фруктовый.

Полдник: отвар шиповника, сухарики.

Ужин: рыба отварная, запеченная под молочным соусом, картофельное пюре, чай с молоком.

На ночь: молоко.

Примерное меню диеты № 1 (непротертая).

Первый завтрак; яйцо всмятку, каша гречневая рассыпчатая, чай с молоком

Второй завтрак: творог свежий некислый, отвар шиповника.

Обед: суп картофельный вегетарианский, мясо отварное, запеченное под бешамелью, морковь отварная, компот из разваренных сухофруктов.

Полдник: отвар пшеничных отрубей с сахаром и сухарики.

Ужин: рыба отварная, запеченная под молочным соусом, рулет морковно-яблочный, чай с молоком.

На ночь: молоко.

Стол № 1А

Показания:

1) резкое обострение язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки в первые 6-8 дней лечения;

2) резкое обострение хронического гастрита в первые дни лечения;

3) острый гастрит на 2-4-й день лечения.

Цель диеты № 1А: максимальное механическое, химическое и термическое щажение желудочно-кишечного тракта, уменьшение воспаления, улучшение заживления язв, обеспечение питанием при постельном режиме.

Общая характеристика диетического стола № 1А: диета пониженной калорийности за счет углеводов и незначительно — белков и жиров. Ограничено количество натрия хлорида (поваренной соли). Исключены продукты и блюда, возбуждающие секрецию желудка и раздражающие его слизистую оболочку. Пищу готовят в протертом виде, отваривают в воде или на пару, дают в жидком и кашицеобразном состоянии. Исключены горячие и холодные блюда.

Химический состав и калорийность диеты № 1А: углеводы — 200 г; белки — 80 г (60-70% животные), жиры — 80-90 г (20% растительные), калории — 1900—2000 ккал; натрия хлорид (поваренной соли) — 8 г, свободная жидкость — 1, 5 л.

Режим питания при диете № 1А: 6 раз в день небольшими порциями. На ночь: молоко.

Рекомендуемые и исключаемые продукты и блюда:

— супы. Слизистые из манной, овсяной, рисовой, перловой круп с добавлением яично-молочной смеси, сливок, сливочного масла;

— хлеб и мучные изделия. И с к л ю ч а ю т;

— мясо и птица. Нежирная говядина, телятина, кролик, курица, индейка. Очищают от сухожилий, фасций, жира, кожи. Варят, пропускают 2-3 раза через мясорубку и в виде пюре или парового суфле дают 1 раз в день;

— рыба. Паровое суфле 1 раз в день (вместо мяса) из нежирных видов рыб, отваренных без кожи;

— молочные продукты. Молоко, сливки, паровое суфле из свежеприготовленного протертого творога. И с к л ю ч а ю т: сыр, кисломолочные напитки, сметану и обычный творог;

— яйца. До 3 штук в день — только всмятку и паровой омлет;

— крупы. Жидкие каши из манной крупы, крупяной муки, протертых гречневой, овсяной крупы и риса с добавлением молока или сливок;

— овощи. И с к л ю ч а ю т;

— закуски. И с к л ю ч а ю т;

— плоды, сладкие блюда и сладости. Кисели и желе из сладких яблок и фруктов. Сахар, мед. Молочный кисель. И с к л ю ч а ю т: плоды в сыром виде, кондитерские изделия;

— соусы и пряности. И с к л ю ч а ю т;

— напитки. Некрепкий чай с молоком или сливками, соки из свежих фруктов и ягод, разведенные водой с сахаром, отвар шиповника. И с к л ю ч а ю т: кофе, какао, газированные напитки;

— жиры. Свежее сливочное и рафинированные растительные масла добавляют в готовые блюда.

Примерное меню диеты № 1А.

1-й завтрак: два яйца всмятку, молоко.

2-й завтрак: молоко.

Обед: суп овсяный слизистый, суфле куриное паровое, кисель фруктовый.

Полдник: крем молочный, отвар шиповника.

Ужин: каша рисовая молочная протертая, молоко.

На ночь: молоко.

Стол № 1Б

Показания:

1) язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки или хронический гастрит при затухании резкого обострения после диеты № 1А;

2) острый гастрит после диеты № 1А.

Цель диеты № 1Б: значительное механическое, химическое и термическое щажение желудочно-кишечного тракта, уменьшение воспаления, улучшение заживления язв, обеспечение полноценным питанием при полупостельном режиме.

Общая характеристика диеты № 1Б: несколько снижена калорийность диеты за счет углеводов при нормальном содержании белков и жиров. Резко ограничены продукты и блюда, возбуждающие секрецию желудка и раздражающие его слизистую оболочку. Пищу отваривают в воде или на пару, протирают, дают в полужидком и парообразном виде. Ограничено количество натрия хлорида. Исключены очень горячие и холодные блюда.

Химический состав и калорийность диетического стола № 1Б: углеводы — 300-350 г; белки — 90 г (60-70% животные), жиры — 90-95 г (25% растительные), калории — 2500—2600 ккал; натрия хлорид — 8-10 г, свободная жидкость — 1, 5 л.

Режим питания при диете № 1Б: 6 раз в день. На ночь: молоко.

Рекомендуемые и исключаемые продукты и блюда:

— супы. На слизистом отваре с протертыми крупами (манная, рис, овсяная, гречневая) и яично-молочной смесью, молочные с протертыми крупами;

— хлеб и мучные изделия. Только 75-100 г тонко нарезанных не подрумяненных сухарей из муки высшего сорта;

— мясо и птица. Нежирная говядина, телятина, кролик, курица, индейка. Очищают от сухожилий, фасций, жира, кожи. Варят и пропускают 2 раза через мясорубку. Паровые суфле, кнели, котлеты, пюре. Пюре можно добавлять в супы;

— рыба. Нежирные виды, без кожи. Паровые котлеты, кнели, суфле и др. ;

— молочные продукты. Молоко, сливки, свежий некислый творог, протертый с молоком. паровое дорожное суфле. И с к л ю ч а ю т: кисломолочные напитки и сыр;

— яйца. До 3 штук в день. Всмятку, паровой омлет, блюда из взбитых белков;

— крупы. Протертые молочные каши из овсяной, гречневой, манной крупы и риса;

— овощи. Картофельное, морковное, свекольное пюре с молоком и маслом, паровые суфле;

— закуски. И с к л ю ч а ю т;

— плоды, сладкие блюда, сладости. Кисели, желе, муссы из сладких плодов, их соков. Молочный кисель. Сахар, мед. И с к л ю ч а ю т: плоды в сыром виде, кондитерские изделия;

— соусы и пряности. Только молочный или из некислой сметаны;

— напитки. Слабый чай с молоком, сливками, отвар шиповника, сладкие фруктово-ягодные соки пополам с водой. И с к л ю ч а ю т: кофе, какао, газированные напитки;

— жиры. Свежее сливочное и рафинированные растительные масла добавляют в готовые блюда.

Примерное меню диеты № 1Б.

Первый завтрак: омлет паровой из двух яиц, каша манная молочная, молоко

Второй завтрак: молоко.

Обед: суп рисовый протертый молочный, суфле мясное паровое с картофельным пюре, желе яблочное.

Полдник: отвар шиповника, сухарики.

Ужин: суфле творожное паровое, кисель фруктовый.

На ночь: молоко.

P.S. Перед переходом на лечебную диету обязательно проконсультируйтесь с врачом!

Вконтакте

Одноклассники

Facebook

Twitter

E-mail

Pinterest

кому необходима и какие продукты включает

Что такое диета № 1 по Певзнеру

Диетический стол номер 1 создан советским диетологом М. И. Певзнером и практикуется несколько десятков лет. Диета 1 считается жесткой, но именно она поддерживает правильную работу ЖКТ и помогает восстановиться самым безопасным способом в период разных заболеваний.

shutterstock.com

Такая диета, при полноценном питании, уменьшает химическое, механическое и термическое воздействие на ЖКТ, сокращает внутренние воспаления, ускоряет заживление язв и нормализует функции желудка. Человек питается, сохраняя соотношение БЖУ, но ограничивает воздействие возбудителей и раздражителей на внутренние органы. Еда употребляется протертой, сваренной в воде или на пару, блюда готовятся без панировок и корочки.

shutterstock.com

Каждому пациенту, без исключения, диету назначает врач-гастроэнтеролог. Это связано с тем, что лечебная программа делится на несколько «столов»: 1, 1а, 1б. Только врач определяет, какой тип питания требуется заболевшему.

Кому нужна лечебная диета 1

Лечебное питание по Певзнеру назначается при заболеваниях:

• обострение хронического гастрита с сохраненной или повышенной секрецией;
• острый гастрит: на 2-4 день лечения и в период выздоровления;
• резкое обострение язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки (в первые 6-8 дней лечения).

shutterstock.com

Стол диеты 1: продукты

Допустимые продукты и блюда можно разделить на следующие группы:

• Супы: слизистой консистенции, можно добавить манную, овсяную, перловую или рисовую крупу, сливки или сливочное масло;
• Крупы: жидкие слизистые каши из манной крупы, протертой гречневой, рисовой или овсяной крупы. Также можно добавить сливки или молоко;
• Мясо и рыба: нежирная телятина, говядина, курица и индейка, без кожи, жира, фасций и сухожилий. Для приготовления нужно отварить, пропустить через терку или мясорубку, употреблять в виде пюре или суфле;

shutterstock.com

• Яйца: всмятку или паровой омлет, не больше трех яиц в день;
• Фрукты и ягоды: сладкие фрукты в отварном или запеченном виде; компоты, отвар шиповника;
• Молочные продукты: молоко, сливки, паровое суфле из свежеприготовленного протертого творога.
• Напитки: некрепкий чай с молоком или сливками, некрепкий какао или кофе с молоком;
• Дополнительно: желе, кисель из сладких фруктов, молочный кисель, мёд.
• Исключаются: овощи, зелень, сладкое и мучное.

Блюда готовятся на несоленом сливочном или рафинированном растительном масле. Остальные виды масел исключаются.

shutterstock.com

Рецепты

Диетический паштет

Ингредиенты: 100 г говядины, две картофелины, среднюю морковь.

Продукты отварите, пропустите через мясорубку: в готовый фарш, помешивая, влейте ½ стакана молока, поставьте тушиться на медленный огонь. Снимите через 3-5 минут, чуть посолите.

Яичная каша

Ингредиенты: два яйца, 60 мл молока, чуть соли, две чайные ложки сливочного масла.

Разведите яйца с молоком, взбейте, немного посолите, добавьте сливочное масло. Полученную массу перелейте в небольшую посуду, которую поставьте в кастрюлю с водой. Варите, постоянно помешивая, до консистенции каши.

Перелейте яичную массу в кастрюлю с небольшим количеством теплой воды, варите, как обычную кашу, до загустения. Остаток воды процедите.

Суфле из моркови с творогом и медом

Ингредиенты: 500 г моркови, 250 г творога, 150 г молока, чайная ложка сахара, яйцо, 50 г манной крупы, кубик сливочного масла.

Нарежьте морковь кусочками, залейте молоком, отварите до готовности.
Протрите на терке или взбейте в блендере, добавьте протертый творог, сахар, желток и манную крупу. Хорошо перемешайте массу, и только после добавьте взбитый белок. Выложите в пиалу, смазанную маслом, готовьте на пару. При желании, подавайте с медом.

Творожное суфле

Ингредиенты: 250 г творога (жирностью до 9%), три яйца, немного сахара, 250 мл молока, манная мука.

Творог протрите, добавьте желток, сахар, молоко, муку. Взбейте и добавьте белки, хорошо перемешайте массу. Выложите в форму, варите на пару. Подавайте со сгущенным молоком.

Запеченные котлеты

Ингредиенты: 2 столовые ложки творога (жирностью до 9%), яйцо, 150 г говядины, сливочное масло.

Мясо без сухожилий и фасций: отварите и остудите. Говядину и творог дважды пропустите через мясорубку. Взбейте яйцо, небольшую часть оставьте, чтобы смазать котлеты, остальное влейте в фарш. Добавьте масло, хорошо перемешайте до однородности. Сформируйте котлеты, разложите на противне, смажьте яйцом. Запекайте в духовке до готовности.

Меню диеты № 1

Завтраки:

• мясной паштет с цельнозерновым багетом, печеное яблоко, чай;
• бутерброд с сыром, манная каша жидкая, чай;
• паровой омлет, хлебцы, чай с молоком;
• овсяная каша на молоке с грушами, зеленый чай;
• яйцо всмятку, каша рисовая молочная, чай с молоком;
• творог свежий некислый, отвар шиповника;
• паровой омлет, каша гречневая рассыпчатая, чай с молоком;
• паровой омлет, вермишель с тертым сыром, некрепкий чай, ягодное желе.

shutterstock.com

Ланчи:

• запеченные фрукты с медом или сахарной пудрой;
• зефир с чаем;
• ягодное желе, компот;
• творожный пудинг;
• яблоко печеное с сахаром.
• творог свежий некислый, отвар из шиповника;
• пудинг, суфле;
• компот с сухим печеньем или сушками.

Обеды:

• овощной суп, отварная гречка с куриным филе, салат из моркови и шпината;
• суп-пюре из брокколи, курицы и картофеля, банан с творогом;
• суп без мяса, вермишель с тефтелями на пару, хлеб;
• рисовый суп с мясным фаршем протертые, фруктовый кисель;
• протертый суп с овсяной крупой, паровое рыбное суфле, фруктовый кисель;

Ужины:

• гречневая каша с молоком;
• манная каша на молоке, омлет из яйца, сладкий чай с молоком;
• мясное суфле, творожная запеканка, кисель;
• допустимые злаки с паровыми котлетами, молоко;
• картофельное пюре с куриным мясом, хлеб;
• рис и котлеты на пару.

Стол 1а

Вариант лечебного рациона стол 1А — один из диеты № 1. Обычно рацион прописывается в первую неделю лечения обострения язвенной болезни или при гастрите в период обострения. Меню — более сокращенное, но и короткий срок лечения. Из особенностей: еда должна быть теплой, соблюдение питьевого баланса, суточная калорийность — 2000 ккал. Нужно есть небольшими порциями, пять-шесть раз в день.

shutterstock.com

Исключается мучное, сырые фрукты и овощи, сметана, творог, сыр, соус, специи.
Можно есть мягкую, кашеобразную пищу без добавок, еду варить или готовить на пару.

https://sport24.ru/

164

Диета «1 стол» — Таблица «Что можно и что нельзя»

Супы	Из разрешенных протертых овощей на морковном, картофельном отваре, молочные супы из протертых или хорошо разваренных круп (геркулес, манная, рис и др. ), вермишели с добавлением протертых овощей, молочные супы-пюре из овощей: суп-пюре из заранее вываренных кур или мяса, из протертых сладких ягод с манной крупой. Муку для супов только подсушивают. Супы заправляют сливочным маслом, яично-молочной смесью, сливками.	Мясные и рыбные бульоны, грибные и крепкие овощные отвары, щи, борщи, окрошку.
Хлеб и мучные изделия	Хлеб пшеничный из муки высшего и 1-го сорта вчерашней выпечки или подсушенный; сухой бисквит, печенье сухое, 1-2 раза в неделю хорошо выпеченные несдобные булочки, печеные пирожки с яблоками, отварным мясом или рыбой и яйцами, джемом, ватрушка с творогом.	Ржаной и любой свежий хлеб, изделия из сдобного и слоеного теста.
Мясо и птица	Нежирные, без сухожилий, фасций, кожи у птиц. Паровые и отварные блюда из говядины, молодой нежирной баранины и обрезной свинины, кур, индейки. Отварные блюда, включая мясо куском из нежирной телятины, цыплят, кролика. Паровые котлеты, биточки, кнели, суфле, пюре, зразы; бефстроганов из вареного мяса. Отварное мясо, запеченное в духовом шкафу. Отварные язык и печень.	Жирные или жилистые сорта мяса и птиц, утку, гуся, консервы, копчености.
Рыба	Нежирные виды без кожи, куском или в виде котлетной массы: варится в воде или на пару.	Жирную, соленую рыбу, консервы.
Молочные продукты	Молоко, сливки. Некислые кефир, простокваша, ацидофилин. Свежие некислые творог (протертый) и сметана. Творожные блюда: запеченные сырники, суфле, ленивые вареники, пудинги. Неострый сыр тертый, изредка — ломтиками.	Молочные продукты с высокой кислотностью, острые, соленые сыры. Ограничивают сметану.
Яйца	Всмятку, паровой омлет.	Яйца вкрутую и жареные.
Крупы	Манная, рис, гречневая, овсяная. Каши, сваренные на молоке или воде, полу вязкие и протертые (гречневая). Паровые суфле, пудинги, котлеты из молотых круп. Вермишель, макароны мелкорубленые отварные.	Пшено, перловую, ячневую, кукурузную крупу, бобовые, цельные макароны.
Овощи	Картофель, морковь, свекла, цветная капуста, ограниченно — зеленый горошек. Сваренные на пару или в воде и протертые (пюре, суфле, паровые пудинги). Непротертые ранние тыква и кабачки. Мелко шинкованный укроп — в супы. Спелые некислые томаты до 100 г.	Белокочанную капусту, репу, брюкву, редьку, щавель, шпинат, лук, огурцы, соленые, квашеные и маринованные овощи, грибы, овощные закусочные консервы.
Закуски	Салат из отварных овощей, мяса, рыбы. Язык отварной, паштет из печени, колбаса докторская, молочная, диетическая; заливная рыба на овощном отваре, икра осетровых, изредка вымоченная нежирная сельдь и форшмак, неострый сыр, несоленая ветчина без жира.	Все острые и соленые закуски, консервы, копчености.
Плоды, сладкие блюда, сладости	В протертом, вареном и печеном виде сладкие ягоды и фрукты. Пюре, кисели, муссы, желе, самбуки, компоты (протертые). Меренги, снежки, сливочный крем, молочный кисель. Сахар, мед, некислое варенье, зефир, пастила.	Кислые, недостаточно спелые, богатые клетчаткой фрукты и ягоды, Непротертые сухофрукты, шоколад, мороженое.
Соусы и пряности	Молочный (бешамель) без пассеровки муки, с добавлением сливочного масла, сметаны, фруктовые, молочно-фруктовые. Ограниченно — укроп, петрушка, ванилин, корица.	Мясные, рыбные, грибные, томатные соусы, хрен, горчицу, перец.
Напитки	Некрепкий чай, чай с молоком, сливками, слабые какао и кофе с молоком. Сладкие соки из фруктов и ягод. Отвар шиповника.	Газированные напитки, квас, черный кофе.
Жиры	Сливочное несоленое масло, коровье топленое высшего сорта. Рафинированные растительные масла, добавляемые в блюда.	Все другие жиры.

ВЛИЯНИЕ ДИЕТОТЕРАПИИ ПО ПЕВЗНЕРУ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ И БЕЗОПАСНОСТЬ ФАРМАКОТЕРАПИИ | Опубликовать статью ВАК, elibrary (НЭБ)

Сорокина Ю.А.¹, Мотина А.Н.², Ловцова Л.В.³

¹ORCID: 0000-0001-8430-237X, Кандидат биологических наук,

²Студент 3 курса лечебного факультета,

³Доктор медицинских наук, доцент,

^1,2,3ФГБОУ ВО «ПИМУ» Минздрава России, г. Нижний Новгород

ВЛИЯНИЕ ДИЕТОТЕРАПИИ ПО ПЕВЗНЕРУ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ И БЕЗОПАСНОСТЬ ФАРМАКОТЕРАПИИ

Аннотация

Статья включает в себя обзор данных по влиянию пищевых продуктов в соответствии с лечебными диетическими столами по Певзнеру на эффективность и безопасность назначаемой фармакотерапии. Изменение состава, режима питания, способов приготовления неизменно приводит к активизации оздоровительного эффекта лечения и облегчение процесса протекания болезни. Но, в свою очередь, измененный, в какой-то мере ограниченный рацион также способствует или противодействует назначенной фармакотерапии. Данный литературный обзор отражает потенциальные риски изменения ожидаемой эффективности фармакотерапии под влиянием диетотерапии по Певзнеру.

Ключевые слова: диетотерапия, столы по Певзнеру, лекарственные взаимодействия.

Sorokina Yu.A.¹, Motina A.N.², Lovtsova L.V.³

¹ORCID: 0000-0001-8430-237X, PhD in Biology,

²3^-d year student of the Faculty of Medicine,

³MD, Associate professor,

^1,2,3FSBEI of HE PIMU, Ministry of Health of Russia, Nizhny Novgorod

INFLUENCE OF DIETOTHERAPY ON EFFECTIVENESS AND SAFETY OF PHARMACOTHERAPY

Abstract

The article presents an overview of the data on the effect of food products by Pevzner therapeutic dietary tables on the efficiency and safety of prescribed pharmacotherapy. The change in the composition, diet, preparation methods invariably leads to activation of the healing effect of treatment and facilitating the course of the disease. But, in turn, a modified, to some extent, limited diet also contributes to or counteracts the prescribed pharmacotherapy. This literature review reflects the potential risks of changing the expected effectiveness of pharmacotherapy under the influence of Pevzner diet therapy.

Keywords: diet therapy, Pevzner tables, drug interactions.

Профессор Мануил Исаакович Певзнер (1872 – 1952 г.) внедрил лечебное питание в повседневную практику оздоровительных и лечебных учреждений, диетических столовых учреждений и заводов. Благодаря правительственным постановлениям лечебное питание стало доступным для миллионов людей. В 1921 г. было организовано отделение по болезням органов пищеварения и диететике при курортной поликлинике Наркомздрава под руководством профессора и  разработаны первые схемы для питания больных по роду заболеваний (8 диетических «столов») [1].

Диетическими мероприятиями направлены на устранение из питания определенных пищевых веществ или же на снятие нагрузки с больного органа, благодаря чему восполняются нарушенные функции. В отличие от сбалансированного рациона лечебная диета ограничивает тот или иной спектр продуктов, что сказывается на организме пациента как положительным образом, так и отрицательным  – в виде неэффективности или усиленных побочных эффектов назначенных препаратов.

Механическое щажение достигается в основном путем измельчения пиши, а также соответствующим способом тепловой обработки — измельчение пищи в вареном виде (на пару или в воде). Химическое щажение достигается путем исключения или ограничения тех пищевых веществ, которые еще больше могут нарушить функции больного органа, а также за счет изменения способа кулинарной обработки. Термическое щажение — исключение из пищи очень холодной или очень горячей пищи [2], [3].

Стол №1, 1а и б подразумевает механическое, термическое, химическое щажение.

Применяется при начальной стадии острого гастрита, язвенной болезни, состоявшегося кровотечения и иных заболеваниях, нуждающихся в щажении желудка. Шестиразовое дробное питание включает в меню молоко, яйца, ягоды и фрукты [1], [2], [3].

Данные продукты являются щелочной пищей, что способствует усилению выведения кислых лекарственных веществ и уменьшают их активность (производные салициловой кислоты, барбитураты, тетрациклины). Но в тоже время это усиливает эффект основных (щелочных) веществ. Большое количество молока и молочных продуктов может уменьшить гастропротекторные свойства препаратов висмута, антисекреторных препаратов – ингибиторов протонной помпы, которые используются при лечении язвенных поражений желудка. Также вероятно взаимодействие молочных продуктов с антимикробными препаратами, применяемыми для эрадикации H.pylori, что приводит к потере антибактериальной активности. Под влиянием желудочного сока казеиноген, содержащийся в молоке, превращается в казеинат кальция и образует с антибиотиками невсасывающийся комплекс. Также установлено, что молоком нельзя запивать пенициллины, цeфaлoспopины, фторхинолоны. Препараты, содержащие гидроксид алюминия, нарушают усвоение фосфора и могут стать причиной остеомаляции, поэтому при длительном приеме антацидов рекомендуется диета, богатая фосфатами (мясо, рыба, яйца).

Пассаж пищи через желудок зависит от температуры пищи. С повышением температуры пищевых масс скорость их эвакуации из желудка возрастает, следовательно, препараты, всасывающиеся в кишечнике будут действовать быстрее [4], [5].

Стол № 2 – физиологически полноценная диета с умеренным механическим щажением и стимулцией пищеварительных органов.

Назначается при хронических гастритах с пониженной кислотностью, колитах без обострений, энтеритах и хронических стадиях энтероколитов [1], [2], [3].

Стол № 3 стимулирует перистальтику и включает большое количество пищевых волокон.

Применяется при заболеваниях кишечника хронического характера, которые сопровождаются атоническими запорами. В разрешенное меню входить все продукты, богатые клетчаткой, а также большое количество минеральных вод. Пища богатой клетчаткой связывает препараты наперстянки, что приводит к инактивации средства с узкой терапевтической широтой. Овсяные хлопья из-за содержащейся в них клетчатки блокируют усвоение лекарств. Высокий уровень клетчатки также может снижать сывороточный уровень трициклических антидепрессантов. Кроме того, данные продукты уменьшают фармакологическую активность диклофенака, препаратов калия, парацетамола, сульфаниламидов, фенобарбитала, фуросемида, циметидина, фамотидина, теофиллина.

Щелочные минеральные воды вызывают разрушение оболочки, уменьшение всасывания лекарственных веществ, снижение их эффективности, однако, вызывают и усиление всасывания, уменьшение вероятности выпадения метаболитов сульфаниламидов в осадок и образования мочевых камней [4].

Следует отметить, что при нормализации пассажа изменяется и скорость всасывания лекарственных препаратов. А нормализация микрофлоры толстого кишечника скажется на эффективности препаратов, подвергающихся метаболизму под действием микроорганизмов – натрия пикосульфат, антрагликозиды, лактулоза [6], [12].

Стол № 4 – механическое, термическое щажение, ослабление перистальтики.

Диета показана при заболеваниях кишечника, которые сопровождаются поносами: дизентерией, хроническим колитом и гастроэнтеритом в стадии обострения. Питание состоит из каш на воде и постных слизистых супов, парового мяса, белого хлеба, крепкого чая и кофе. Кофе может снизить эффект эритромицина и полусинтетических пенициллинов (оксациллин, ампицициллин). Напитки, содержащие различные дубильные, вяжущие вещества  вступают во взаимодействия с лекарствами и могут образовывать нерастворимые, не всасывающиеся комплексы. Продукты, содержащие танин и кофеин (кофе, чай) уменьшают скорости и степени всасывания препаратов парацетамола, ацетилсалициловой кислоты, циметидина, морфина, кодеина, атропина, галоперидола, оральных контрацептивов. Кофеин способен повышать проницаемость гематоэнцефалического барьера и потенцировать анальгетический эффект парацетамола и ацетилсалициловой кислоты, ускорять выведение из организма тех лекарственных средств, которые выделяются путем фильтрации в почечных канальцах (например, ампициллина) [4], [9], [10]. Продукты, содержащие фитин (орехи, пшеница) и дубильные вещества (чай, кофе), а также молочные продукты ограничивают всасывание препаратов железа, образуя с ними плохорастворимые соединения [13].

Однако аскорбиновая кислота, наоборот, способствует лучшему всасыванию железа из кишечника, что следует учитывать при терапии. А для того, чтобы обеспечить максимальное всасывание данных препаратов, их следует назначать после еды.

Снижение скорости продвижения содержимого кишечника увеличивает время экспозиции лекарственных средств в кишечнике, что приводит к повышению всасывания препарата из ЖКТ [4], [9], [10].

Стол № 5 включает в себя химическое щажение, повышенное содержания белка.

Назначается при заболеваниях желчных путей и печени, хронических гастритах и колитах с возможными запорами. Целевое назначение стола – щажение функций печени, разгрузка холестеринового и жирового обмена, активизиция работы кишечника в его привычном режиме. Питание стола направлено на употребление овощных салатов, нежирных сортов мяса и рыбы, молочных продуктов [1], [2], [3].

Диета с повышенным содержанием белка ведет к увеличению общего уровня белка в плазме крови. При применении лекарств с высокой степенью связывания с белками плазмы  (левотироксин натрия, тетрациклин, хинидин, теофиллин, кофеин) снижается концентрация свободного препарата и наблюдается снижение его терапевтической эффективности.

При рационе с присутствием мясной и растительной пищи, молоко рН мочи сдвигаетя в щелочную сторону и способствуют выведению лекарств — слабых кислот (салицилаты, барбитураты и др.) [4], [11].

Стол № 6 – молочно-растительная, малобелковая диета.

Применяется при подагре и почечнокаменной болезни с образованием камней из солей мочевой кислоты. Меню больного должно содержать продукты, обделенные пуринами. Это овощи, фрукты, сахар, варенье, крупы, яйца, молоко [1], [2], [3].

Дефицит белка сопровождается снижением активности тканевых оксидаз, замедлением метаболизма, скорости выведения и удлинением периода действия препаратов (тетрациклина, левомицетина, рифампицина, фенобарбитала, морфина гидрохлорида). Большое количество молочных продуктов приводит к снижению усвоения препаратов железа [9], [10], [12], [13], пеницилламина, бифосфонатов [4]. Диета с пониженным содержанием белка ведет к уменьшению общего уровня белка в плазме крови. При применении лекарств с высокой степенью связывания с белками плазмы  (глюкокортикоиды, бета-адреноблокаторы, левотироксин натрия, тетрациклин) повышется концентрация свободного препарата и наблюдается повышение его терапевтической эффективности.

При рационе с присутствием растительной пищи рН мочи сдвигаетя в щелочную сторону и способствуют выведению лекарств — слабых кислот  [4], [11].

Стол № 7 ограничивает поваренную соль и объем жидкости.

Назначается при хронических и острых нефритах и предусматривает умеренное щажение функций почек. Во время лечения меню должно состоять из кефира, молока, нежирной рыбы, овощных супов, винегретов, несоленого сливочного масла, томатных соусов, белого хлеба и отвара шиповника [1], [2], [3]. Качество и количество жидкости важно для максимального проявления эффекта лекарственных препаратов. Известно, что количество жидкости существенно влияет на всасывание препарата. Из концентрированного раствора всасывание, как правило, происходит дольше, чем из разведенного. При приеме внутрь лекарств, имеющих кислый или щелочной характер, биодоступность разведенного раствора существенно выше, чем концентрированного (ацетилсалициловая кислота, фенобарбитал), а также лекарств, трудно растворяющихся в воде (эритромицин) [4], [11].

Стол № 8 – низкокалорийная, с ограничением углеводов и соли.

Применяется при ожирениях различных степеней. В рацион стола должны входить нежирные сорта мяса или рыбы, овощные супы, фрукты и ягоды, капуста [1], [2], [3]. При таком рационе опорожнение желудка повышается при малокалорийной диете, диете с низким содержанием белка, лекарства быстрее поступают в кишечник [4], [5], [14], [15], [16].

Недостаток жиров ухудшает биодоступность липофильных препаратов (пероральные антикоагулянты, витамины), с другой стороны, к сповышению терапевтической эффективности ряда лекарств (противоглистных препаратов, фурадонина, сульфаниламидов) [4], [9], [10].

Зачастую избыточная масса тела может быть вызвана гипотиреозом, что требует фармакологической коррекции тиреоидными гормонами. Такие овощи из семейства крестоцветных, как белокочанная капуста, редька, содержат вещество прогватрин, оказывающее антитиреоидное действие. Совместное употребление этих овощей может ослаблять действие гормональных препаратов щитовидной железы. Применение диеты, богатой капустой и брюссельской спаржей, значительно уменьшает период полураспада и концентрацию  в плазме крови антипирина и увеличивается скорость его метаболизма [4], [6], [12]. Гиполипидемические препараты нарушают усвоение железа и фолата, поэтому больные, проходящие курс лечения, должны получать фолаты и железо в продуктах питания.

Стол № 9 – низкоуглеводная диета.

Показан для больных сахарным диабетом с подбором точных доз инсулина. Цель – ограничить потребление углеводов, использовать пищу с низким гликемическим индексом, содержащие сложные углеводы [15]. Под запрет попадает виноград, изюм, бананы, варенье, сладкие соки и газированные напитки, содержащие сахар. Также нельзя злоупотреблять солеными и маринованными овощами, мясными и кулинарными продуктами высокой калорийности [12], [14]. Ограничение углеводной пищи ведет к увеличению фармакологической активности инсулина, сахароснижающих лекарственных средств, а также других препаратов, способных вызвать гипогликемию [7].

Известна способность продуктов растительного происхождения (капуста белокочанная и брюссельская, грейпфруты, лимоны, апельсины, лук, чеснок, грибы, шпинат, сельдерей, овес, черника, земляника, продукты содержащие инулин) снижать сахар крови за счет наличия в них пищевых волокон, которые стимулируют перистальтику кишечника, уменьшают всасывание холестерина и жирных кислот, адсорбируют в кишечнике часть белков, жиров и углеводов, а также и лекарственных препаратов, принятых ранее [4], [6], [11].

Стол № 10 ограничивает содержание жиров, белков, углеводов, жидкости.

Применяется при заболеваниях сердечно-сосудистой системы с недостаточностью кровообращения. Меню включает в себя нежирную телятину, вареную рыбу, молоко, сливки, овощи, ягоды, отвар шиповника и фруктовые компоты. Запрещаются все продукты с высоким содержанием жира, соли, холестерина и веществ, возбуждающих нервную систему [1], [2], [3], [14].

Жирная пища необходима для усвоения жирорастворимых препаратов – антикоагулянтов, метронидазола, диазепама, витаминов А, Д, Е, К, таким образом, недостаток липидов скажется на доступности препаратов [4], [8], [9], [10].

Ограничение жидкости приводит к таким же взаимодействиям, как при столе №7.

Калина, черноплодная рябина, земляника, свекла содержат биологически активные вещества, способствующие расширению периферических сосудов и снижению артериального давления, поэтому способны потенцировать гипотензивный эффект назначенных гипотензивных препаратов и приводить к коллапсу [4], [8], [14].

Стол № 11 – усиленное питание.

Рекомендуется при различных формах туберкулеза, а также при истощенном состоянии после травм и операций. Меню стола нацелено на повышение сопротивляемости организма к острым и хроническим инфекциям, укрепление иммунной системы. Из рациона исключаются все виды животных жиров, что приводит к ухудшению усвоения липофильных препаратов.

Белковое питание, употребление маринованых, кислых и соленых продуктов ухудшает всасывание изониазида (противотуберкулезный препарат), а безбелковое, наоборот, улучшает. Применение изониазида может вести к пеллагре — заболеванию, связанному с дефицитом никотиновой кислоты [1], [2], [3], [9], [10]. Богатая углеводами пища замедляет опорожнение желудка, что может привести к нарушению всасывания сульфаниламидов, цефалоспоринов и макролидов.

Стол № 12 ограничивает потребление стимулирующих продуктов питания.

Применяется при заболеваниях центральной нервной системы функциональных типа. Целевое назначение стола – седативное воздействие на нервную систему. Рацион больного состоит из нежирных молочных продуктов, бисквитной выпечки, мармелада, натуральных соков и морепродуктов. Запрещаются все продукты, обладающие тонизирующим действием: крепкие наваристые супы, сало, жирные жареные блюда, соленые сыры, крепкий чай и кофе [1], [2], [3], [17]. Зачастую в комплексной терапии применяются и противосудородные препараты, при этом нарушается способность организма усваивать витамин D и фолаты, поэтому при лечении важно ввести в диету большое количество продуктов, богатых этими витаминами, например жирную рыбу, яйца, молочные продукты.  Действие противосудорожных препаратов меняется на противоположное или ослабевает, если их сочетать с орехами, бобами, апельсинами, столовой зеленью [4], [6], [12].

Стол № 13

Рекомендуется при острых инфекционных заболеваниях. Частое и дробное питание состоит из супов, каш, макарон, яиц, кисломолочных продуктов малого процента жирности, киселей, фруктов и ягод в отварном или запеченном виде [1], [2], [3].  Влияние на принимаемые препараты соответствует аспектам, перечисленным ранее.

Стол № 14 – полноценное питание с ограничением ощелачивающих и богатых кальцием продуктов.

Назначается при почечнокаменной болезни с отхождением камней из оксалатов, способствуя нормализации кислотно-щелочного баланса. Диета подразумевает употребление колбас, бульонов, макаронных изделий и различных круп, яиц, меда и отвара шиповника [1], [2], [3]. Сдвигание рН мочи в кислую сторону и препятствует выведению лекарств — слабых кислот [4], [5], [11].

Кислые фруктовые и овощные соки, рекомендуемые в могут нейтрализовать фармакологический эффект некоторых антибиотиков (эритромицина, ампициллина, циклосерина), усилить фармакологический эффект салицилатов, барбитуратов, нитрофуранов, замедлить всасывание ибупрофена, фуросемида [4], [16].

Стол № 15

Применяется при различных заболеваниях, не нуждающихся в особом отхождении от классических принципов правильного питания или после лечебной диеты на конечной стадии выздоровления. Разрешены все качественные продукты, предпочитаемые человеком. Режим стола сводится до трехразового приема пищи [1], [2], [3].

В рацион лечебно-диетических столов включены те продукты питания, которые во многих случаях дополнительно включают в рацион в качестве источников витаминов и минеральных веществ с целью укрепления общих сил организма и повышения иммунитета: овощи, фрукты, фруктовые соки, молочные продукты. Некоторые представители могут существенно изменять  фармакокинетику и фармакодинамику препаратов. Так, например, брокколи, капуста, шпинат, репа, брюсельская капуста (индукторы CYP1A2) содержат много витамина К. При употреблении таких овощей снижается эффективность варфарина. Ачто чеснок и имбирь снижают агрегацию тромбоцитов, увеличивая фибринолитическую активность препаратов (усиление эффективности антикоагулянтов и антиагреганто) [6].

Некоторые лекарства всасываются путем активного транспорта с помощью транспортных систем клеточных мембран. Так всасываются препараты, содержащие дофамин, препараты наперстянки, рибофлавин, аскорбиновая кислота, препараты железа. Если пища содержит компоненты, также всасывающиеся путем активного транспорта (мясной, растительный и молочный белок), то возникает конкуренция между элементами пищи и лекарством за один транспортный механизм. Следовательно, лекарства, всасывающиеся путем активного транспорта, следует принимать натощак или в часы, не связанные с приемом пищи.

Заключение. Каждый практикующий врач должен быть информирован об особенностях взаимодействия лекарственных препаратов различных групп с продуктами питания, что может позволить повысить фармакологический эффект препаратов и снизить риск развития побочных эффектов.

Назначая лекарственную терапию, врач должен обязательно оговаривать режим питания больного с целью снижения риска появления нежелательных взаимодействий.

Специалистам необходимо принимать во внимание особенности рекомендуемых диетических столов по Певзнеру, так как изменение рациона питания не только необходимо для достижения терапевтических целей, но также могут повлиять на фармакологический ответ при приеме назначаемых препаратов.

Список литературы / References

1. Гурвич М.М. Большая книга о питании для здоровья / М.М. Гурвич – М.: Эксмо, 2013. – 384 с.
2. Каганов Б.С. Книга: Лечебное питание при хронических заболеваниях / Б.С. Каганов, Х.Х. Шарафетдинов – М.: Эксмо, 2016.- 272 с
3. Диетология / Под ред. А. Ю. Барановского. . 4-еизд. — СПб.: Питер, 2012. — 1024 с.: ил.
4. Деримедведь Л. В. Взаимодействие лекарств и эффективность фармакотерапии / Л. В. Деримедведь, И. М. Перцев, Е. В. Шуванова и др. — Х.: Изд-во «Мегаполис», 2002.— 784 с
5. Мухитдинова М.И. Влияние пищи на эффективность фармакотерапии / М.И. Мухитдинова, Б.А. Карабекова, Р.А. Азизова / Наука и образование: сохраняя прошлое, создаём будущее сборник статей IX Международной научно-практической конференции: в 3 частях. – 2017. – С. 194-198.
6. Кирилюк А.А. Особенности влияния пищевых продуктов и их компонентов на фармакологическую активность лекарственных средств / А.А. Кирилюк, Т.Л. Петрище // Современные проблемы здравоохранения и медицинской статистики. – 2017. – № 1.- С. 51-64.
7. Сорокина Ю. А. Гипогликемия и гипергликемия: потенциальные риски полипрагмазии при сахарном диабете 2-го типа в госпитальных условиях / Ю. А. Сорокина, О. В. Занозина, Л. В. Ловцова и др. // Медицинский совет. – 2018. – №4. – С. 112-115. doi: 10.21518/2079-701X-2018-4-112-115
8. Гиллинов М. Сердце. Справочник кардиопациента. / М Гиллинов, С Ниссен – Центр полиграф ISBN: 978–5–227–04640–6, 2013. – 560 с.
9. Регистр лекарственных средств России. РЛС-2016. Энциклопедия лекарств / под ред. Г.Л. Вышковского. – М.: РЛС-Медиа. – 2016. – 1395 с.
10. Машковский, М.Д. Лекарственные средства / М.Д. Машковский. – 16-е изд., перер., испр. и доп. – М.: ООО «Изд-во «Новая волна». –2015. – 1216 с.
11. Редькин Р. Пища для размышления: продукты и лекарства [Электронный ресурс] / Р.Редькин, Н. Орловецкая, О. Данькевич // Фармацевт Практик. – 2016. – №1. URL: http://fp.com.ua/articles/pishha-dlya-razmyishleniya-produktyi-i-lekarstva/ (дата обращения 26.02.2018)
12. Барановский А. Ю. Взаимодействие лекарств и пищи [Электронный ресурс] / А. Ю. Барановский // Практическая диетология. – 2014. -№1(9) – URL:https://praktik-dietolog.ru/article/171.html (дата обращения 28.02.2018)
13. Ловцова Л.В. Клинико-экономические и фармакологические аспекты применения лекарственных препаратов железа: монография / Л.В. Ловцова. – Н.Новгород: НГМА.- 2011. – 160 с.
14. Тарловская Е.И. Влияние образа жизни на эффективность и безопасность лекарственных препаратов в кардиологической практике: что должен учитывать врач? / Е.И. Тарловская, Н.А. Козиолова, А.И. Чесникова // Российский кардиологический журнал. – 2016. – № 1 (129) – С. 51-59.
15. Салиева З.Т. Функциональные продукты питания для больных сахарным диабетом / З.Т. Салиева, Н. Дуйшенбек // Знание. – 2016.- № 11-1 (40). – С. 21-25.
16. Филипцова О.В. Продукты растительного и животного происхождения в качестве модификаторов активности систем метаболизма лекарственных препаратов: фармакогенетический аспект / О.В. Филипцова, М.Н. Кобец, Ю.Н. Кобец и др. // Якутский медицинский журнал. – 2014. – № 4(48).– С. 60-62.
17. Тарасова Л.В. Психосоматический аспект оптимального лечебно-профилактического питания в комплексном санаторно-курортном лечении / Л.В. Тарасова, В.Н. Сергеев, В.И. Михайлов и др. // Вестник неврологии, психиатрии и нейрохирургии. – 2012. – № 6. – С. 34-38.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Gurvich M.M. Bolshaya kniga o pitanii dlya zdorovya [A great book about nutrition for health] / M.M. Gurvich – M.: Eksmo, 2013. – 384 p. [in Russian]
2. Kaganov B.S. Kniga: Lechebnoe pitanie pri hronicheskih zabolevaniyah [Therapeutic nourishment for chronic diseases] / B.S. Kaganov, H.H. Sharafetdinov – M.: Eksmo, 2016. – 272 p. [in Russian]
3. Dietologiya. [Diabetology] / edited by. A. Yu. Baranovskogo. — 4^th edition. – SPb.: Piter, 2012. — 1024 p.: il. [in Russian]
4. Derimedved L. V. Vzaimodejstvie lekarstv i effektivnost farmakoterapii [Drug Interaction and Pharmacotherapy Effectiveness] / L. V. Derimedved, I. M. Percev, E. V. Shuvanova and others — H.: Izd-vo «Megapolis», 2002.— 784 p. [in Russian]
5. Muhitdinova M.I. Vliyanie pischi na effektivnost farmakoterapii [Effect of food on the effectiveness of pharmacotherapy] / M.I. Muhitdinova, B.A. Karabekova, R.A. Azizova / Nauka i obrazovanie: sohranyaya proshloe, sozdayom buduschee sbornik statej IX Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii: v 3 chastyah [Science and education: preserving the past, creating the future collection of articles of the IX International Scientific and Practical Conference: in 3 parts]. – 2017. – P. 194-198. [in Russian]
6. Kirilyuk A.A. Osobennosti vliyaniya pischevyh produktov i ih komponentov na farmakologicheskuyu aktivnost lekarstvennyh sredstv [Features of the influence of food products and their components on the pharmacological activity of drugs] / A.A. Kirilyuk, T.L. Petrische // Sovremennye problemy zdravoohraneniya i medicinskoj statistiki [Modern problems of health and medical statistics]. – 2017. – № 1.- P. 51-64. [in Russian]
7. Sorokina Yu. A. Gipoglikemiya i giperglikemiya: potencialnye riski polipragmazii pri saharnom diabete 2-go tipa v gospitalnyh usloviyah [Hypoglycemia and hyperglycemia: potential risks of polypragmasia in type 2 diabetes mellitus in hospital settings] / Yu. A. Sorokina, O. V. Zanozina, L. V. Lovcova and others // Medicinskij sovet [Medical Council]. – 2018. – №4. – P. 112-115. doi: 10.21518/2079-701X-2018-4-112-115. [in Russian]
8. Gillinov M. Serdce. Spravochnik kardiopacienta [A heart. Handbook of the cardiomyocyte] / M Gillinov, S Nissen – Centr poligraf ISBN: 978–5–227–04640–6, 2013. – 560 p. [in Russian]
9. Registr lekarstvennyh sredstv Rossii. RLS-2016. Enciklopediya lekarstv [Register of medicines in Russia. RLS-2016. Encyclopedia of medicines] / edited by G.L. Vyshkovskogo. – M.: RLS-Media. – 2016. – 1395 p. [in Russian]
10. Mashkovskij, M.D. Lekarstvennye sredstva [Drugs] / M.D. Mashkovskij. – 4^th edition., perer., ispr. i dop. – M.: OOO «Izd-vo «Novaya volna». – 2015. – 1216 p. [in Russian]
11. Redkin R. Pischa dlya razmyshleniya: produkty i lekarstva [Food for Thought: Food and Drugs] [Electronic resource] / R.Redkin, N. Orloveckaya, O. Dankevich // Farmacevt Praktik [Pharmacist Practitioner] – №1. – 2016. – URL- http://fp.com.ua/articles/pishha-dlya-razmyishleniya-produktyi-i-lekarstva/ (accessed 26.02.2018). [in Russian]
12. Baranovskij A. Yu. Vzaimodejstvie lekarstv i pischi [Interaction of drugs and food] [Electronic resource] / A. Yu. Baranovskij // Prakticheskaya dietologiya [Practical Nutrition]. – 2014. – №1(9) – URL:https://praktik-dietolog.ru/article/171.html (accessed 28.02.2018). [in Russian]
13. Lovcova L.V. Kliniko-ekonomicheskie i farmakologicheskie aspekty primeneniya lekarstvennyh preparatov zheleza: monografiya [Clinico-pharmacological and economic aspects of application of medicinal iron preparations: monograph] / L.V. Lovcova. – N.Novgorod: NGMA.- 2011. – 160 p. [in Russian]
14. Tarlovskaya E.I. Vliyanie obraza zhizni na effektivnost i bezopasnost lekarstvennyh preparatov v kardiologicheskoj praktike: chto dolzhen uchityvat vrach? [The influence of lifestyle on the efficacy and safety of drugs in cardiology practice: that the doctor must take into account?] / E.I. Tarlovskaya, N.A. Koziolova, A.I. Chesnikova // Rossijskij kardiologicheskij zhurnal [Russian Cardiology Journal]. – 2016. – № 1 (129) – P. 51-59. [in Russian]
15. Salieva Z.T. Funkcionalnye produkty pitaniya dlya bolnyh saharnym diabetom [Functional food for patients with diabetes mellitus] / Z.T. Salieva, N. Dujshenbek // Znanie [Knowledge]. – 2016. – № 11-1 (40). – P. 21-25. [in Russian]
16. Filipcova O.V. Produkty rastitelnogo i zhivotnogo proishozhdeniya v kachestve modifikatorov aktivnosti sistem metabolizma lekarstvennyh preparatov: farmakogeneticheskij aspekt [Products of plant and animal origin as modifiers of metabolic activity of medicinal preparations systems: pharmacogenetic aspect] / O.V. Filipcova, M.N. Kobec, Yu.N. Kobec and others // Yakutskij medicinskij zhurnal [Yakut Medical Journal].– 2014. – № 4(48). – P. 60-62. [in Russian]
17. Tarasova L.V. Psihosomaticheskij aspekt optimalnogo lechebno-profilakticheskogo pitaniya v kompleksnom sanatorno-kurortnom lechenii [Psychosomatic aspect of optimal therapeutic and preventive nutrition in complex sanatorium-and-spa treatment] / L.V. Tarasova, V.N. Sergeev, V.I. Mihajlov and others // Vestnik nevrologii, psihiatrii i nejrohirurgii [Bulletin of Neurology, Psychiatry and Neurosurgery]. – 2012. – № 6. – P. 34-38. [in Russian]

Сравнительная геномика выявляет рождение и смерть хрупких регионов в эволюции млекопитающих | Биология генома

Перестройки и графики точек останова

Для простоты мы начнем наш анализ с кольцевых геномов , состоящих из кольцевых хромосом. В то время как мы используем круговые хромосомы для упрощения вычислительных концепций, обсуждаемых в статье, весь анализ проводится с использованием реальных (линейных) хромосом млекопитающих (см. Алексеев [43] для тонких различий между анализом круговых и линейных хромосом).Мы представляем круговую хромосому с блоками синтении x ₁ , …, x _n как цикл (рис. 1a), состоящий из n направленных помеченных ребер (соответствующих блокам) и n неориентированных немаркированных ребер (соединяющих соседние блоки). Направления кромок соответствуют знакам (прядям) блоков. Обозначаем хвост и головку направленной кромки x _i как xit и xih соответственно.Мы представляем геном в виде графа генома , состоящего из непересекающихся циклов (по одному для каждой хромосомы). Края в каждом цикле чередуются между двумя цветами: один цвет зарезервирован для ненаправленных краев, а другой цвет (традиционно называемый «лицевым») зарезервирован для направленных краев.

Рисунок 1

Пример графа точек останова и его преобразование в идентификационный граф точек останова . (a) Графическое представление двуххромосомного генома P = (+ a + b ) (+ c + e + — d ) в виде двух черно-лицевых циклов и унихромосомный геном Q = (+ a + b — e + c — d ) как красно-лицевой цикл. (б) Наложение графиков генома P и Q . (c) График точек излома G ( P , Q ) геномов P и Q (с удаленными лицевыми краями). Черные и красные края в G ( P , Q ) образуют c ( P , Q ) = 2 нетривиальных цикла черный-красный и один тривиальный цикл черный-красный. Тривиальный цикл ( a ^h , b ^t ) соответствует общему соседству между генами a и b в геномах P и Q .Вершины в нетривиальных циклах представляют собой точки останова, соответствующие конечным точкам b ( P , Q ) = 4 блока синтении: ab , c , d и e . По теореме 1 расстояние между геномами P и Q составляет d ( P , Q ) = 4-2 = 2. (d) Преобразование графика точек останова G ( P , Q ) в граф точек разрыва идентичности G ( Q , Q ), что соответствует трансформации генома P в геном Q с двумя двумя разрывами.Первый 2-разрыв преобразует P в геном P ‘ = (+ a + b ) (+ cd — e ), а второй 2-разрыв преобразует P’ в Q . Каждый 2-разрыв увеличивает количество черно-красных циклов в графе точек останова на единицу, что означает, что это преобразование является кратчайшим (см. Теорему 1).

Пусть P будет геномом, представленным в виде набора из чередующихся черных-лицевых циклов (цикл является чередующимся, если чередуются цвета его краев).Для любых двух черных краев ( u ; υ ) и ( x ; y ) в геноме (график) P , мы определяем 2-разрывную перестановку (см. [44]) как замена этих ребер либо парой ребер ( u , x ), ( x , y ), либо парой ребер ( u , y ), ( x , x ) (рисунок 2). 2-разрывы расширяют стандартные операции инвертирования (рис. 2а), делений (рис. 2б) или слияний / транслокаций (рис. 2с) на случай круговых хромосом.Мы говорим, что 2-разрыв на ребрах ( × , × ), ( × , × ) использует вершин × , × , × и × .

Рисунок 2

Два разрыва кромок ( u , v ) и ( x , y ), соответствующие (а) обращение, (б) деление, (в) транслокация / слияние .

Пусть P и Q будут «черным» и «красным» геномами на одном и том же наборе блоков синтении X. Граф точек останова G ( P , Q ) определен на множестве вершин В = { x ^т , x ^h | x ∈ χ } с черными и красными краями, унаследованными от геномов P и Q (рис. 1b). Черные и красные края образуют набор чередующихся черно-красных циклов в G ( P , Q ) и играют важную роль в анализе реаранжировок (см. [45] для справочной информации о реаранжировках генома).Тривиальные циклы в G ( P , Q ), образованные парами параллельных черных и красных краев, представляют собой общие примыкания между блоками синтении в геномах P и Q . Вершины нетривиальных циклов в G ( P , Q ) представляют контрольных точек , которые разбивают геномы P и Q на ( P , Q ) -синтетические блоки (рисунок 1c ). Расстояние 2- разрыва d ( P , Q ) между кольцевыми геномами P и Q определяется как минимальное количество двух разрывов, необходимых для преобразования одного генома в другой (рисунок 1d).В отличие от геномного расстояния [46] (для линейных геномов), расстояние с двумя разрывами для кольцевых геномов легко вычислить [47]:

Теорема 1 Расстояние 2– между кольцевыми геномами P и Q is d ( P , Q ) = b ( P , Q ) — c ( P , Q ) , где b ( P , Q ) и c ( P , Q ) — это соответственно число ( P , Q ) — блоков синтении и нетривиальных черно-красных циклов в G ( P , Q ).

Повторное использование между и внутри точек останова

На рисунке 3 показано филогенетическое дерево с указанными перестройками на его ветвях (мы пишем ρ ∈ e для ссылки на 2-разрыв ρ на ребре e ) . Мы представляем каждый геном как граф генома (то есть набор циклов) на одном и том же наборе V из 2 n вершин (соответствующих конечным точкам блоков синтении). Имея набор геномов и филогенетическое дерево, описывающее перестройки между этими геномами, мы определяем понятия повторного использования между и внутри контрольных точек.Вершина υ ∈ V является повторно используемым на двух разных ветвях e ₁ и e ₂ филогенетического дерева, если существуют 2 разрыва ρ ₁ ∈ e ₁ и ρ ₂ ∈ e ₂ , которые оба используют υ . Точно так же вершина υ ∈ V — это повторно используемая внутри на ветке e , если существуют два различных 2-разрыва ρ ₁ , ρ ₂ ∈ e , что оба используйте υ .Например, вершина c ^h повторно используется в ветвях ( Q ₃ , P ₁ ) и ( Q ₂ , P ₃ ), в то время как вершина f ^h повторно используется внутри ветви ( Q ₃ , Q ₂ ) дерева на рисунке 3. Мы определяем br ( e ₁ , e ₂ ) как количество вершин, повторно используемых на ветвях e ₁ и e ₂ и br ( e ) как количество вершины внутри повторно используются на ветке e .Альтернативный подход к измерению точки останова внутри повторного использования состоит в том, чтобы определить взвешенного внутреннего повторного использования вершины υ на ветви e как max {0, использовать ( e , υ ) -1} где используйте ( e , υ ) — количество 2-разрывов на e , используя υ . Взвешенное внутреннее повторное использование BR ( e ) на ветви e представляет собой сумму взвешенного внутреннего повторного использования всех вершин. Заметим, что если ни одна вершина не используется более двух раз на ветви e , то BR ( e ) = br ( e ).

Рисунок 3

Пример четырех геномов с филогенетическим деревом и их графом множественных точек останова . (a) Филогенетическое дерево с четырьмя круговыми геномами P ₁ , P ₂ , P ₃ , P ₄ (обозначено зеленым, синим, красным и желтым графики соответственно) на листьях и указанных промежуточных геномах. Лицевые края не показаны. (b) График множественных точек останова G ( P ₁ , P ₂ , P ₃ , P ₄ ) представляет собой суперпозицию графиков, представляющих геномы P ₁ , P ₂ , P ₃ , P ₄ .

По смоделированным данным можно вычислить br ( e ) для всех ветвей и br ( e ₁ , e ₂ ) для всех пар ветвей в филогенетическом дереве. Однако для реальных данных перестановки по ветвям неизвестны, что требует альтернативных способов оценки взаимного и внутреннего повторного использования.

Циклы на графиках точек останова предоставляют еще один способ оценки повторного и внутреннего использования. Для ветви e = ( P , Q ) филогенетического дерева можно оценить br ( e ), сравнив расстояние 2-разрыва d ( P , Q ). ) и количество контрольных точек 2 · b ( P , Q ) между геномами P и Q .Это дает нижнюю границу ( e ) = 4 · d ( P , Q ) -2 · b ( P , Q ) для BR ( e ) [34], что также дает хорошее приближение для br ( e ). С другой стороны, можно оценить br ( e ₁ , e ₂ ) как число , связанное с ( e ₁ , e ₂ ) общих вершин между нетривиальными циклами в графах точек останова, соответствующих ветвям e ₁ и e ₂ (аналогичный подход был использован в [48] и позже исследован в [12, 33]).Предполагая, что геномы во внутренних узлах филогенетического дерева можно надежно реконструировать [33, 49–51], можно вычислить связанных ( e ) и связанных ( e ₁ , e ). ₂ ) для всех (пар) ответвлений. Ниже мы покажем, что эти границы точно аппроксимируют внутри- и межповторное использование.

Анализ повторного использования точки останова (смоделированные геномы)

Мы начинаем с анализа смоделированных данных на основе FBM с n хрупких регионов, присутствующих в k геномах, которые развивались в соответствии с определенным филогенетическим деревом (для меняющегося параметра n ).Мы представляем один из геномов листа как геном с 20 случайными круговыми хромосомами и моделируем сотни двух разрывов на каждой ветви дерева.

Рисунок 4 представляет собой филогенетическое дерево на пяти листовых геномах, обозначенных M , R , D , Q , H , и трех геномах предков, обозначенных MR , MRD , Q . В таблице на рисунке 5 представлены результаты моделирования одиночного FBM и показано, что привязка ( e ₁ , e ₂ ) обеспечивает отличное приближение для повторного использования br ( e _1). , e ₂ ) для всех 21 пары ответвлений.Хотя граница ( e ) (на диагонали таблицы на рисунке 5) несколько менее точна, она также обеспечивает разумное приближение для br ( e ). Отметим, что ограничивает ( e ₁ , e ₂ ) = br ( e ₁ , e ₂ ), если моделирование дает кратчайшие сценарии перегруппировки на ветвях. e ₁ и e ₂ .Таблица на рисунке 5 показывает, что это в основном так для нашего моделирования.

Рисунок 4

Филогенетическое дерево T на пяти геномах M , R , D , 6 Q и H . Ветви дерева обозначены как M +, R +, D +, Q +, H +, MR + и QH +.

Рисунок 5

Количество повторных и взаимных повторений между семью ветвями дерева на Рисунке 4, каждая длиной 100, для смоделированных геномов с n хрупкими регионами ( n = 500, 900, 1, 300) . Диагональные элементы представляют собой повторное использование внутри, а элементы над диагональю представляют собой повторное использование. В каждой ячейке с числами x : y , x представляет наблюдаемое повторное использование, а y представляет соответствующую нижнюю границу.Ячейки таблицы окрашены в красный цвет (для соседних ветвей, например M + и R +), зеленый (для ветвей, разделенных одной ветвью, например M + и D +, разделенных MR ). +) и желтый (для ветвей, разделенных двумя ветвями, например M + и H +, разделенными MR + и QH +).

Ниже мы описываем аналитические приближения для значений в таблице на рисунке 5. Поскольку каждый 2-разрыв использует четыре из 2 n вершин в графе генома, случайный 2-разрыв использует вершину υ с вероятностью 2n .Таким образом, последовательность из t случайных 2-разрывов не использует вершину υ с вероятностью (1−2n) t≈e − 2tn (fort≪n). Для ветвей e ₁ и e ₂ соответственно с t ₁ и t ₂ случайных двух разрывов, вероятность того, что конкретная вершина будет повторно использоваться на e ₁ и e ₂ аппроксимируется как (1 − e − 2t1n) ⋅ (1 − e − 2t2n). Следовательно, ожидаемое количество повторно используемых вершин приблизительно равно 2n⋅ (1 − e − 2t1n) ⋅ (1 − e − 2t2n).Ниже мы сравним наблюдаемое повторное использование с ожидаемым повторным использованием в FBM, чтобы увидеть, похожи ли они, таким образом проверяя, представляет ли FBM разумную нулевую гипотезу. Мы будем использовать термин масштабируемое межповторное использование для обозначения наблюдаемого межповторного использования, разделенного на ожидаемое межповторное использование. Если FBM является адекватной нулевой гипотезой, мы ожидаем, что масштабируемое межповторное использование будет близко к единице.

Аналогично, последовательность из t случайных 2-разрывов использует вершину υ ровно один раз с вероятностью t⋅2n⋅ (1−2n) t − 1≈2tne2 (t − 1) n.Следовательно, вероятность того, что конкретная вершина будет повторно использоваться внутри ветви с t случайными 2-разрывами, составляет приблизительно 1 − e − 2tn − 2tne2 (t − 1) n, что означает, что ожидаемое внутреннее повторное использование составляет приблизительно 2n⋅ (1 − e − 2tn − 2tne2 (t − 1) n). Мы будем использовать термин с масштабированием внутри повторного использования для обозначения наблюдаемого n ^e внутри повторного использования, разделенного на ожидаемое внутреннее повторное использование. Таблица S1 в дополнительном файле 1 показывает масштабированное внутреннее и межповторное использование для 21 пары ветвей (усредненное по 100 моделированиям) и показывает, что все они близки к одному.

Теперь мы выполняем аналогичное моделирование, на этот раз изменяя количество двух разрывов на ветвях в соответствии с длинами ветвей, указанными на рисунке 4. Таблица S2 в дополнительном файле 1 (аналогичная таблице S1 в дополнительном файле 1) показывает, что нижние оценки также обеспечивают точные приближения в случае различной длины ветвей. Аналогичные результаты были получены в случае эволюционных деревьев с различной топологией (данные не показаны). Поэтому мы используем только нижние границы для создания таблицы на рисунке 6, а не показываем как реальные расстояния, так и нижние границы, как в таблице на рисунке 5.

Рисунок 6

Расчетное количество повторных и межповторных использований связанное ( e ) и связанное ( e ₁ , e ₂ ) между семью ветвями с различной длиной ветви, указанной на рисунке 4 (данные смоделированы в соответствии с FBM) .Ячейки окрашены, как на рисунке 5.

В случае, когда длины ветвей различаются, мы считаем удобным представить данные в Таблице S2 в Дополнительном файле 1 другим способом (в виде графика), который лучше иллюстрирует изменчивость масштабированных совместное использование. Мы определяем расстояние между ветвями e ₁ и e ₂ в филогенетическом дереве как расстояние между их серединами, то есть общую длину пути, начиная с e ₁ и заканчивая на e ₂ , минус d (e1) + d (e2) 2.Например, d (M +, H +) = 56 + 170 + 58 + 28−56 + 282 = 270 (см. Рисунок 4). Ось x на рисунке S1 в дополнительном файле 1, 2 представляет расстояния между парами ветвей (всего 21 пара), а ось y представляет масштабированное повторное использование пар ветвей на расстоянии x . .

Неожиданные нарушения повторного использования контрольных точек в геномах млекопитающих

Длины ветвей, показанные на рисунке 4, фактически представляют собой приблизительное количество перестроек на ветвях филогенетического дерева для M ouse, R at, D og, maca Q у.е. и H умани (представлены в алфавите 433 «больших» блоков синтении, превышающих 500 000 нуклеотидов в геноме человека [50]).Для геномов млекопитающих, M , R , D , Q и H , мы сначала использовали MGRA [50] для реконструкции геномов их общих предков (обозначенных MR , MRD , и QH на рисунке 4) и дополнительно оценили взаимное повторное использование контрольных точек между парами ветвей филогенетического дерева. Результирующая таблица на рисунке 7 выявляет некоторые разительные отличия от смоделированных данных (рисунок 6), которые следуют своеобразной схеме: чем больше расстояние между двумя ветвями, тем меньше количество взаимного повторного использования между ними (в отличие от RBM / FBM, где количество повторного использования не зависит от расстояния между ветвями).Приведенное выше утверждение неточно, поскольку мы еще не описали, как сравнивать количество повторного использования для разных ветвей на разных расстояниях. Однако мы уже можем проиллюстрировать это явление, рассматривая ветви одинаковой длины, которые предположительно влияют на повторное использование аналогичным образом (см. Ниже).

Мы замечаем, что ветви M +, R + и QH + имеют одинаковую длину (варьирующую от 56 до 68 перегруппировок) и строят подтаблицы рисунка 6 (для n = 900) и рисунка 7 с только три ряда, соответствующие этим ветвям (рисунок 8).Поскольку длины ветвей M +, R + и QH + одинаковы, FBM подразумевает, что элементы, принадлежащие к одним и тем же столбцам в таблице на рисунке 8, должны быть одинаковыми. Это действительно так для смоделированных данных (небольшие вариации в каждом столбце), но не для реальных данных. Фактически, максимальное количество элементов в каждом столбце для реальных данных превышает другие элементы в три-пять раз (за исключением столбца MR +). Более того, особая картина, связанная с этими максимальными элементами (максимальные элементы соответствуют эритроцитам), предполагает, что этот эффект вряд ли будет вызван случайными вариациями в повторном использовании точки останова.Напоминаем читателю, что красные ячейки соответствуют парам соседних ветвей в эволюционном дереве, предполагая, что повторное использование точки останова является максимальным между близкими ветвями и сокращается со временем эволюции. Аналогичная картина наблюдается для других пар ветвей одинаковой длины: соседние ветви имеют гораздо более частое повторное использование, чем отдаленные ветви. Также отметим, что наиболее удаленные пары ветвей ( H + и M +, H + и R +, Q + и M +, Q + и R + в желтых ячейках) имеют наименьшее межповторное использование.Единственная ветвь, которая показывает относительно похожее взаимное повторное использование (варьируется от 58 до 80) с ветвями M +, R + и QH +, — это ветка MR +, которая примыкает к каждой из этих ветвей. .

Рисунок 7

Расчетное количество повторных и межповторных использований связанное ( e ) и связанное ( e ₁ , e ₂ ) между семью ветвями филогенетического древа на рисунке 4 пяти геномов млекопитающих (реальные данные) .Ячейки окрашены, как на рисунке 5.

Рисунок 8

Подтаблицы рисунка 6 для n = 900 (верхняя часть) и рисунка 7 (нижняя часть) с ответвлениями M +, R + и QH + как один элемент пары . Клетки окрашены, как показано на рисунке 5.

Ниже мы модифицируем FBM, чтобы предложить новую модель эволюции хромосом, объясняющую удивительные нарушения при повторном использовании в геномах млекопитающих.

Оборотная модель хрупкого разрушения: рождение и смерть хрупких регионов

Мы начинаем с моделирования 100 перегруппировок на каждой ветви дерева на рисунке 4. Однако вместо того, чтобы предполагать, что хрупкие регионы зафиксированы, мы предполагаем, что после каждой реорганизации x хрупких областей «умирают» и x хрупких областей «рождаются» (поддерживая постоянное количество хрупких областей на протяжении всей симуляции). Мы предполагаем, что в геноме m потенциально « разрушаемых » сайтов, но только n из них в настоящее время являются хрупкими ( n ≤ m ) (оставшиеся n — m сайтов в настоящее время являются твердыми).Умирающие регионы случайным образом выбираются из n хрупких в настоящее время регионов, в то время как новорожденные регионы случайным образом выбираются из m — n твердых регионов. Простейший TFBM с фиксированной скоростью процесса «рождения и смерти» определяется параметрами m , n и скорость оборота x . FBM — это частный случай TFBM, соответствующий x = 0 и n < m , тогда как RBM — частный случай TFBM, соответствующий x = 0 и n = m .Хотя эта чрезмерно упрощенная модель с фиксированной скоростью текучести кадров может неадекватно описывать реальный процесс реорганизации, она позволяет анализировать общие тенденции и сравнивать их с тенденциями, наблюдаемыми в реальных данных. Далее отметим, что целью данной статьи является разработка теста для различения TFBM и FBM / RBM, а не теста для различения между FBM и RBM. Таким образом, наши симуляции не различают FBM ( x = 0 и n < m ) и RBM ( x = 0 и n = m ), поскольку они не влияют на m — n неактивных точек останова в FBM.Чтобы отличить FBM от RBM, необходимо проанализировать длинные циклы в графе точек останова и распределение размеров блоков синтении (см. [3, 8]).

Самая левая подтаблица на рисунке 9 с x = 0 представляет собой эквивалент таблицы на рисунке 5 для FBM и показывает, что взаимное повторное использование примерно одинаково для всех пар ветвей (приблизительно 110 для n = 500, примерно 70 для n = 900, примерно 50 для n = 1,300). Правые подтаблицы на Рисунке 9 представляют эквиваленты самой левой подтаблицы для TFBM с коэффициентом оборота x = 1, 2, 3 и показывают, что взаимное повторное использование в желтых ячейках ниже, чем в зеленых ячейках, в то время как взаимное повторное использование в зеленых клеток ниже, чем в красных.

Рисунок 9

Точка прерывания при повторном и межповторном использовании (усредненная по 100 моделированиям) для пяти смоделированных геномов M , R , D , Q , H под модель TFBM с м = 2000 блоков синтении, n хрупкие регионы, скорость оборота x , и эволюционное дерево, показанное на рисунке 4, с длиной каждой ветви, равной 100 .Ячейки окрашены, как показано на рисунке 5.

Рисунок 10 показывает масштабированное промежуточное использование, усредненное по желтым, зеленым и красным ячейкам, которое показывает различное поведение между FBM и TFBM. Действительно, в то время как масштабируемое межповторное использование близко к 1 для всех пар ветвей в случае FBM, оно варьируется в случае TFBM. Например, для n = 900, m = 2000 и x = 3, повторное использование в желтых ячейках составляет примерно 40, в зеленых ячейках — примерно 45, а в красных ячейках — примерно 56. .В таблице S3 в дополнительном файле 1 представлены различия в повторном использовании красных, зеленых и желтых ячеек в зависимости от m и x (для n = 900). В разделе «Методы» мы описываем формулу для оценки повторного использования точки останова в случае TFBM, которая точно аппроксимирует значения, показанные на рисунке 10.

Таблица S3 в дополнительном файле 1 демонстрирует, что распределение повторного использования между зеленым, красным и желтые ячейки различаются между FBM и TFBM.Мы утверждаем, что это распределение (например, наклон кривой на рисунке 10) представляет собой еще один тест для подтверждения или отклонения FBM / TFBM. Однако, хотя ясно, как применить этот тест к смоделированным данным (с известными перестройками), остается неясным, как вычислить его для реальных данных, когда геномы предков (а также параметры модели) неизвестны. Хотя предковые геномы можно надежно аппроксимировать с помощью алгоритмов реконструкции предкового генома [33, 49–51], оценка количества хрупких регионов остается открытой проблемой (см. [3]).Ниже мы разрабатываем новый тест (который не требует знания количества хрупких областей n ) и демонстрируем, что FBM не проходит этот тест, в то время как TFBM проходит, что объясняет удивительно низкое взаимное повторное использование в геномах млекопитающих.

Рисунок 10

Масштабированное повторное использование для пяти смоделированных геномов M , R , D , Q , H на м = 2000 блоков синтении, n = 900 хрупких регионов, а скорость текучести x варьируется от нуля до четырех с филогенетическим деревом и длины ответвлений показаны на рисунке 4 .Моделирование соответствует FBM ( x = 0) и TFBM ( x варьируется от одного до четырех). График показывает масштабированное повторное использование только для трех контрольных точек (соответствующих красной, зеленой и желтой ячейкам), которые в некоторой степени произвольно соединены прямыми сегментами для лучшей визуализации.

Тест повторного использования многовидовых точек прерывания

Учитывая филогенетическое дерево, описывающее сценарий реорганизации, мы определяем повторное использование многовидовых точек прерывания на этом дереве следующим образом. Для двух перегруппировок ρ ₁ и ρ ₂ в сценарии мы определяем расстояние d ( ρ ₁ , ρ ₂ ) как количество перестроек в сценарии. от ρ ₁ до ρ ₂ плюс один.Например, расстояние между двумя разрывами r ₄ и r ₆ в дереве на рисунке 3 равно четырем. Мы определяем (фактическое) повторное использование многовидовой точки останова как функцию

R (ℓ) = ∑ρ1, ρ2: d (ρ1, ρ2) = ℓbr (ρ1, ρ2) ∑ρ1, ρ2: d (ρ1, ρ2) = ℓ1

, который представляет общее повторное использование точки останова между парами перегруппировок ρ ₁ , ρ ₂ на расстоянии l , деленное на количество таких пар. Здесь br ( ρ ₁ , ρ ₂ ) обозначает количество вершин, используемых обоими двумя разрывами ρ ₁ и ρ ₂ .

Поскольку перестройки на ветвях филогенетического дерева неизвестны, мы используем следующую процедуру отбора проб, чтобы приблизить R ( l ). Учитывая геномы P и Q , мы выбираем различные сценарии кратчайших перегруппировок между этими геномами, генерируя случайные преобразования с двумя разрывами P в Q . Чтобы сгенерировать случайное преобразование, мы сначала случайным образом выбираем нетривиальный цикл C в графе точек останова G ( P , Q ) с вероятностью, пропорциональной | C | / = 2 — 1, то есть количество 2-разрывов, необходимых для преобразования такого цикла в набор тривиальных циклов (| C | обозначает длину C ).Затем мы равномерно случайным образом выбираем 2-разрыв ρ из набора всех (2 | C | / 2) = | C | (| C | −2) 8 2-разрывов, который разбивает выбранный цикл C на 2 8 два и, таким образом, по теореме 1 уменьшает расстояние между P и Q на единицу (то есть d ( ρ P , Q ) = d ( P , Q ) -1). Мы продолжаем итеративно выбирать нетривиальные циклы и 2-разрывы для геномов ρ · P и Q и так далее, пока P не преобразуется в Q .

Описанная выборка может быть выполнена для каждой ветви e = ( P , Q ) филогенетического дерева, по существу разбивая e на длиной ( e ) = d ( P , Q ) подветвлений, каждое из которых имеет один 2 перерыва. В результате у дерева будет ∑ _{e .} длиной ( e ) подразделений, где сумма берется по всем филиалам e .

Для каждой пары подчиненных ветвей мы вычисляем количество повторно используемых вершин в них и накапливаем эти числа в соответствии с расстоянием между этими подчиненными ветвями в дереве. Эмпирическое повторное использование многовидовой точки прерывания (среднее повторное использование между всеми подветвями на расстоянии -1 ) определяется как фактическое повторное использование многовидовой точки прерывания в сценарии выборочной реорганизации. Рисунок S2 в дополнительном файле 1 представляет эту функцию для пяти смоделированных геномов на м = 2000 блоков синтении, n = 900 хрупких регионов и скорости оборота x , варьирующейся от нуля до четырех, с одним и тем же филогенетическим деревом. и расстояния между геномами (усредненные по 100 случайным выборкам, в то время как отдельные выборки дают разные результаты, мы обнаружили, что дисперсия оценок R ( l ) по различным выборкам довольно мала).Рисунок S3 в дополнительном файле 1 демонстрирует, что наша процедура выборки, хотя и несовершенна, точно оценивает теоретическую кривую R ( l ) (другие подходы к сценариям перегруппировки выборки см. В [52]). Подобные тесты на филогенетических деревьях с различной топологией продемонстрировали хорошее соответствие между фактическими, эмпирическими и теоретическими кривыми R ( l ) (данные не показаны).

Для пяти геномов млекопитающих график R (-1 ) показан на рисунке 11.По этой эмпирической кривой мы оценили параметры n ≈ 196, x ≈ 1:12 и m ≈ 4, 017 (см. Методы) и отобразили соответствующую теоретическую кривую. Отметим, что предполагаемый параметр n в TFBM, как ожидается, будет больше, чем наблюдаемое количество блоков синтении (поскольку не все потенциально разрушаемые области были разрушены в данном эволюционном сценарии). Рисунок S4 в дополнительном файле 1 представляет собой аналог рисунка 11 для тех же геномов в более высоком разрешении и показывает, что все три параметра n , x и m зависят от разрешения данных.

Рисунок 11

Эмпирические и теоретические кривые, представляющие количество повторных использований R ( l ) как функцию расстояния l между парами ответвлений дерева на рисунке 4 из пяти геномов млекопитающих (предковые геномы были рассчитаны с использованием MGRA [50] ) . Эмпирическая кривая усредняется по 1000 случайных выборок самых коротких сценариев перегруппировки, в то время как теоретическая кривая представляет собой наилучшее соответствие с параметрами n ≈ 196, x ≈ 1:12 и m ≈ 4, 017 (см. Методы).

Мы утверждаем, что эмпирическая кривая повторного использования многовидовых точек останова R (-1 ) дополняет тесты «экспоненциального распределения длин» [2] и «попарного повторного использования точки останова» [3] в качестве третьего критерия для принятия / отклонения RBM, FBM. , а теперь и TFBM. Можно использовать параметры n и x (оцененные по эмпирической кривой R ( l )), чтобы оценить степень процесса «рождения и смерти» и объяснить, почему Ма et al. [33] обнаружил так мало общих точек разрыва между разными линиями млекопитающих.На практике «критерий многократного использования многовидовой точки останова» может применяться так же, как «тест экспоненциального распределения длины» Надо-Тейлора применялся во многих работах. Тест Надо-Тейлора обычно сводился к построению гистограммы блоков синтении и оценке (часто визуально), соответствует ли она экспоненциальному распределению. Аналогичным образом, «испытание на повторное использование многовидовой точки останова» сводится к построению кривой R ( l ) и оценке того, значительно ли она отклоняется от горизонтальной линии, предложенной RBM и FBM.Предполагаемые параметры модели TFBM (см. Методы) можно использовать для количественной оценки степени этих отклонений.

TFBM также поднимает интригующий вопрос о том, что вызывает рождение и смерть уязвимых регионов. Как продемонстрировали Zhao и Bourque [38], непропорционально большое количество перестроек в клонах приматов фланкируется MSDs. TFBM согласуется с гипотезой Чжао-Бурка о том, что перестройки запускаются MSD, поскольку MSD также подвержены процессу «рождения и смерти».Действительно, после сегментарной дупликации пара совпадающих сегментов подвергается случайным мутациям, и сходство между этими сегментами со временем исчезает (пара сегментных дупликаций « исчезает » примерно через 40 миллионов лет эволюции, если принять параметры для определения сегментных дупликаций. из [53]).

Мозаичная структура сегментарных дупликаций [53] обеспечивает дополнительное объяснение того, как MSD могут способствовать повторному использованию контрольных точек и генерировать длинные циклы, типичные для графиков контрольных точек геномов млекопитающих.Будущие исследования корреляции между хрупкими регионами и MSD в геноме человека выиграют от использования алгоритмов для точного обнаружения контрольных точек реаранжировки [54] и будут описаны в другом месте.

Хрупкие области в геноме человека

Представьте себе следующий мысленный эксперимент: 25 миллионов лет назад (время разделения человека и макака) ученый секвенирует геном предка человека и макака ( QH ) и пытается предсказать сайты (будущих) перестроек в (будущем) геноме человека.Единственная другая информация, которой располагает ученый, — это геномы мышей, крыс и собак. В то время как RBM не предлагает подсказок о том, как сделать такой прогноз, FBM предлагает, чтобы ученый использовал контрольные точки между одним из доступных геномов и QH в качестве прокси для уязвимых регионов. Например, существует 552 контрольных точки между геномом мыши ( M ) и QH , и 34 из них фактически использовались в человеческом родословном, что привело только к 34 = 552 ≈ 6% точности в предсказании будущих контрольных точек человека (мы используем блоки синтении больше 500 К из [50]).

TFBM предполагает, что ученый должен использовать ближайший геном к QH , чтобы лучше предсказать человеческие точки останова. Этого можно достичь, сначала реконструируя общего предка ( MRD ) предка мыши, крысы, собаки и человека-макаки, ​​а затем используя контрольные точки между MRD и QH в качестве прокси для сайтов перестроек в человеческое происхождение. 18 из 162 контрольных точек между MRD и QH были использованы в человеческом происхождении, что привело к 18 = 162 ≈ 11% точному предсказанию человеческих контрольных точек, что почти вдвое повысило точность предсказаний из отдаленных геномов.

А теперь представьте, что ученый каким-то образом получил доступ к сохранившемуся геному макаки. Между Q и QH имеется 68 контрольных точек, и 10 из них были использованы в человеческом происхождении, что привело к 10 = 68 ≈ 16% точному предсказанию человеческих контрольных точек, что снова повышает точность предсказаний. Эти оценки показывают, что TFBM можно использовать для повышения точности предсказания будущих перестроек в различных линиях и демонстрируют, что сайты недавних реаранжировок в линиях человека и других приматов представляют собой наилучшее предположение для текущих активных хрупких регионов в человеческий геном.

Поэтому мы сосредотачиваемся на ветви инцидентов H +, Q + и QH + и строим графики точек останова G ( H , QH ), G ( Q , QH ) и G ( QH , MRD ). Рисунок S5 в дополнительном файле 1 накладывает эти три графика и (вместе с таблицей S4 в дополнительном файле 1) иллюстрирует точки останова, которые были повторно использованы в ветвях H +, Q + и QH +.На рисунке 12 показаны положения этих недавно затронутых контрольных точек (спроецированных на геном человека), которые, согласно TFBM, представляют собой лучший показатель для текущих активных хрупких областей в геноме человека. Различные текущие проекты по секвенированию генома приматов скоро приведут к еще более точной оценке хрупких участков в геноме человека.

Рисунок 12

Позиции регионов, разорванные на эволюционном пути от предка грызун-примат-плотоядное животное (то есть на H +, Q + и QH + ветви), проецируемые на хромосомы человека .

metaFlye: масштабируемая сборка метагенома с длинным считыванием с использованием графиков повторов

1.

Jain, M. et al. Секвенирование нанопор и сборка генома человека со сверхдлинными считываниями. Нац. Biotechnol. 36 , 338 (2018).

CAS PubMed Central Google Scholar

2.

Miga, K. H. et al. Сборка теломер-теломер полной Х-хромосомы человека. Природа https://doi.org/10.1038 / s41586-020-2547-7 (2020).

3.

Tsai, Y.C. et al. Разрешение сложности метагеномов кожи человека с помощью секвенирования одной молекулы. МБио 7 , e01948–15 (2016).

CAS PubMed Central Google Scholar

4.

Дрисколл, К. Б., Оттен, Т. Г., Браун, Н. М. и Дреер, Т. В. К давно прочитанной метагеномике: полная сборка трех новых геномов из бактерий, зависимых от диазотрофных цианобактерий, в совместной культуре в пресноводном озере. Стенд. Геном. Sci. 12 , 9 (2017).

Google Scholar

5.

Николлс, С. М., Квик, Дж. К., Танг, С. и Ломан, Н. Дж. Ультра-глубокое долгосрочное секвенирование нанопор ложных стандартов микробного сообщества. GigaScience 8 , 1–9 (2019).

CAS Google Scholar

6.

Bertrand, D. et al. Гибридная метагеномная сборка позволяет проводить анализ детерминант устойчивости и мобильных элементов в микробиомах человека с высоким разрешением. Нац. Biotechnol. 37 , 937–944 (2019).

CAS Google Scholar

7.

Somerville, V. et al. Сборка de novo образцов с низкой сложностью метагенома, основанная на долгом чтении, приводит к получению готовых геномов и раскрывает понимание разнообразия штаммов и активной фаговой системы. BMC Microbiol. 19 , 143 (2019).

PubMed Central Google Scholar

8.

Мосс, Э. Л., Магини, Д. Г. и Бхатт, А. С. Полные, закрытые бактериальные геномы из микробиомов с использованием секвенирования нанопор. Нац. Biotechnol. 38 , 701–707 (2020).

CAS PubMed Central Google Scholar

9.

Stewart, R.D. et al. Сборник 4941 геномов, собранных из метагенома рубца, для биологии микробиома рубца и открытия ферментов. Нац. Biotechnol. 37 , 953–961 (2019).

CAS PubMed Central Google Scholar

10.

Arumugam, K. et al. Аннотированные бактериальные хромосомы из длинных метагеномных данных с поправкой на сдвиг рамки считывания. Микробиом 7 , 61 (2019).

PubMed Central Google Scholar

11.

Hiraoka, S. et al. Метаэпигеномный анализ показывает неизученное разнообразие метилирования ДНК в окружающем прокариотическом сообществе. Нац. Commun. 10 , 159 (2019).

PubMed Central Google Scholar

12.

Bickhart, D. M. et al. Присвоение генов устойчивости к вирусу и противомикробным препаратам микробным хозяевам в сложном микробном сообществе путем комбинированной сборки с длинным считыванием и лигирования близости. Genome Biol. 20 , 1–18 (2019).

CAS Google Scholar

13.

Chin, C. S. et al. Поэтапная диплоидная сборка генома с секвенированием одной молекулы в реальном времени. Нац. Методы 13 , 1050–1054 (2016).

CAS PubMed Central Google Scholar

14.

Li, H. Minimap и miniasm: быстрое отображение и сборка de novo для зашумленных длинных последовательностей. Биоинформатика 32 , 2103–2110 (2016).

CAS PubMed Central Google Scholar

15.

Koren, S. et al. Canu: масштабируемая и точная сборка с длинным считыванием за счет адаптивного взвешивания k-mer и разделения повторов. Genome Res. 27 , 722–736 (2017).

CAS PubMed Central Google Scholar

16.

Колмогоров М., Юань Дж., Лин Ю. и Певзнер П. А. Сборка длинных, подверженных ошибкам операций чтения с использованием графов повторов. Нац. Biotechnol. 37 , 540–546 (2019).

CAS Google Scholar

17.

Ruan, J. & Li, H. Быстрая и точная сборка с долгим чтением с wtdbg2. Нац. Методы 17 , 155–158 (2020).

CAS Google Scholar

18.

Li, D., Liu, C.M., Luo, R., Sadakane, K. & Lam, T. W. MEGAHIT: сверхбыстрое одноузловое решение для крупномасштабной и сложной сборки метагеномики с помощью сжатого графа де Брейна. Биоинформатика 31 , 1674–1676 (2015).

CAS Google Scholar

19.

Нурк С., Мелешко Д., Коробейников А. и Певзнер П. А. metaSPAdes: новый универсальный метагеномный ассемблер. Genome Res. 27 , 824–834 (2017).

CAS PubMed Central Google Scholar

20.

Truong, D. T., Tett, A., Pasolli, E., Huttenhower, C. & Segata, N. Структура популяции микробных штаммов на уровне штаммов и генетическое разнообразие из метагеномов. Genome Res. 27 , 626–638 (2017).

CAS PubMed Central Google Scholar

21.

Гурье, Дж., Треанген, Т., Федарко, М., Херви, У. Дж. И Поп, М. MetaCarvel: связывание мотивов графа сборки с биологическими вариантами. Genome Biol. 20 , 174 (2019).

PubMed Central Google Scholar

22.

Goltsman, D. S. A. et al. Метагеномный анализ с разрешением на уровне штаммов выявляет мелкомасштабные вариации в микробиоме беременности человека. Genome Res. 28 , 1467–1480 (2018).

CAS PubMed Central Google Scholar

23.

Guo, J. et al. Горизонтальный перенос генов в микробном сообществе кислого дренажа шахты. BMC Genomics 16 , 496 (2015).

PubMed Central Google Scholar

24.

Eloe-Fadrosh, E.A. et al. Глобальное метагеномное исследование выявило новый бактериальный тип-кандидат в геотермальных источниках. Нац. Commun. 7 , 10476 (2016).

CAS PubMed Central Google Scholar

25.

Suzuki, Y. et al. Давно прочитанное метагеномное исследование внехромосомных мобильных генетических элементов в кишечнике человека. Микробиом 7 , 119 (2019).

PubMed Central Google Scholar

26.

Стивенсон, Л. Дж., Оуэн, Дж. Г. и Акерли, Д.F. Метагеномное открытие нерибосомных пептидов. ACS Chem. Биол. 14 , 2115–2126 (2019).

CAS Google Scholar

27.

Нийкамп, Дж. Ф., Поп, М., Рейндерс, М. Дж. Т. и де Риддер, Д. Исследование графов контигов с учетом вариаций для (сравнительной) метагеномики с использованием MaryGold. Биоинформатика 29 , 2826–2834 (2013).

CAS PubMed Central Google Scholar

28.

Онодера Т., Садакане К. и Сибуя Т. Обнаружение суперпузырьков в сборочных графах. В Международном семинаре по алгоритмам в биоинформатике , 338–348 (Springer, 2013).

29.

Garg, S. et al. Сборка de novo связанных лиц с учетом гаплотипов с использованием графа родословной последовательности. Биоинформатика 36 , 2385–2392 (2020).

Google Scholar

30.

Sczyrba, A.и другие. Критическая оценка интерпретации метагенома — эталон программного обеспечения метагеномики. Нац. Методы 14 , 1063–1071 (2017).

CAS PubMed Central Google Scholar

31.

Jain, C., Rodriguez-R, L. M., Phillippy, A. M., Konstantinidis, K. T. & Aluru, S. Высокопроизводительный ANI-анализ прокариотических геномов 90 К выявляет четкие границы между видами. Нац. Commun. 9 , 1–8 (2018).

Google Scholar

32.

Wick, R. Badread: моделирование длинных операций чтения, подверженных ошибкам. J. Программное обеспечение с открытым исходным кодом. 4 , 1316 (2019).

Google Scholar

33.

Михеенко А., Пржибельский А., Савельев В., Антипов Д. и Гуревич А. Оценка универсальной сборки генома с помощью QUAST-LG. Биоинформатика 34 , i142 – i150 (2018).

CAS PubMed Central Google Scholar

34.

Vaser, R., Sović, I., Nagarajan, N. & Šikić, M. Быстрая и точная сборка генома de novo из длинных неисправленных считываний. Genome Res. 27 , 737–746 (2017).

CAS PubMed Central Google Scholar

35.

Антипов Д., Райко М., Лапидус А. и Певзнер П. А. Обнаружение и сборка плазмид в наборах геномных и метагеномных данных. Genome Res. 29 , 961–968 (2019).

CAS PubMed Central Google Scholar

36.

Латорре-Перес, Адриэль, Вильяльба-Бермелл, Паскуаль, Паскуаль, Хавьер и Виланова, Кристина Методы сборки для метагеномного секвенирования на основе нанопор: сравнительное исследование. Sci. Отчет 10 , 1–14 (2020).

Google Scholar

37.

Паркс, Д. Х., Имелфорт, М., Скеннертон, К. Т., Хугенгольц, П. и Тайсон, Г. В. CheckM: оценка качества микробных геномов, полученных из изолятов, одиночных клеток и метагеномов. Genome Res. 25 , 1043–1055 (2015).

CAS PubMed Central Google Scholar

38.

Hyatt, D. et al. Блудный: узнавание прокариотических генов и идентификация сайта инициации трансляции. BMC Bioinf. 11 , 119 (2010).

Google Scholar

39.

Laetsch, D. R. & Blaxter, M. L. BlobTools: исследование сборок генома. F1000 Исследование 6 , 1287 (2017).

Google Scholar

40.

Buchfink, B., Xie, C. & Huson, D. H. Быстрое и чувствительное выравнивание белков с использованием DIAMOND. Нац. Методы 12 , 59–60 (2015).

CAS PubMed Central Google Scholar

41.

Консорциум UniProt. UniProt: центр информации о белках. Nucleic Acids Res. 43 , D204 – D212 (2014).

Google Scholar

42.

Walker, B.J. et al. Pilon: интегрированный инструмент для комплексного обнаружения вариантов микробов и улучшения сборки генома. PLoS ONE 9 , e112963 (2014).

PubMed Central Google Scholar

43.

Минкин И. и Медведев П. Масштабируемое множественное выравнивание всего генома и построение локально коллинеарных блоков с помощью SibeliaZ. Препринт на bioRxiv https://doi.org/10.1101/548123 (2019).

44.

Kersten, R.D. et al. Подход к извлечению генома на основе масс-спектрометрии для пептидогеномики природных продуктов. Нац. Chem. Биол. 7 , 794–802 (2011).

CAS PubMed Central Google Scholar

45.

Ling, L. L. et al. Новый антибиотик убивает патогены без обнаруживаемой резистентности. Природа 517 , 455–459 (2015).

CAS PubMed Central Google Scholar

46.

Мелешко Д. и др. BiosyntheticSPAdes: реконструкция кластеров биосинтетических генов из сборочных графов. Genome Res. 29 , 1352–1362 (2019).

CAS PubMed Central Google Scholar

47.

Behsaz, B. et al. Секвенирование пептидов de novo выявляет многие циклопептиды в кишечнике человека и других средах. Cell Syst. 10 , 99–108 (2020).

CAS Google Scholar

48.

Wilson, M. R. et al. Бактериальный генотоксин кишечника человека колибактин алкилирует ДНК. Наука 363 , eaar7785 (2019).

CAS PubMed Central Google Scholar

49.

Мохимани, Х. и Певзнер, П. А. Дерепликация, секвенирование и идентификация пептидных природных продуктов: от анализа генома до пептидогеномики и спектральных сетей. Нац. Prod. Отчет 33 , 73–86 (2016).

CAS PubMed Central Google Scholar

50.

Quast, C. et al. Проект базы данных генов рибосомных РНК SILVA: улучшенная обработка данных и веб-инструменты. Nucleic Acids Res. 41 , D590 – D596 (2012).

PubMed Central Google Scholar

51.

Wick, R. R., Schultz, M. B., Zobel, J. & Holt, K. E. Bandage: интерактивная визуализация сборок генома de novo. Биоинформатика 31 , 3350–3352 (2015).

CAS PubMed Central Google Scholar

52.

Хантер, Дж. Д. Матплотлиб Среда 2D-графики. Comput. Sci. Англ. 9 , 90 (2007).

Google Scholar

53.

Долев, С., Ганаим, М., Бинун, Б., Френкель, С. и Сан, Ю. С. Взаимосвязь Жаккарда и расстояния редактирования в кластеризации вредоносных программ и онлайн-идентификации. В 2017 IEEE 16-й Международный симпозиум по сетевым вычислениям и приложениям (NCA) , 1–5 (IEEE, 2017).

54.

Fu, L., Niu, B., Zhu, Z., Wu, S. & Li, W. CD-HIT: ускорен для кластеризации данных секвенирования следующего поколения. Биоинформатика 28 , 3150–3152 (2012).

CAS PubMed Central Google Scholar

55.

Rognes, T., Flouri, T., Nichols, B., Quince, C. & Mahé, F. VSEARCH: универсальный инструмент с открытым исходным кодом для метагеномики. PeerJ 4 , e2584 (2016).

PubMed Central Google Scholar

56.

Pruitt, K. D., Tatusova, T. & Maglott, D. R. Контрольные последовательности NCBI (RefSeq): тщательно подобранная база данных неизбыточных последовательностей геномов, транскриптов и белков. Nucleic Acids Res. 35 , D61 – D65 (2007).

CAS Google Scholar

57.

Ли, X., Андерсен, Д. Г., Камински, М. и Фридман, М. Дж. Улучшения алгоритмов для быстрого параллельного хеширования с кукушкой. В Труды Девятой Европейской конференции по компьютерным системам , 27 (ACM, 2014).

58.

Jiang, Z. et al. Предковая реконструкция сегментарных дупликаций выявляет пунктированные ядра эволюции генома человека. Нац. Genet. 39 , 1361–1368 (2007).

CAS Google Scholar

59.

Банкевич А. и Певзнер П. А. mosaicFlye: разрешение длинных мозаичных повторов с использованием длинных подверженных ошибкам считываний. Препринт на bioRxiv , https://doi.org/10.1101/2020.01.15.5 (2020).

60.

Корен, С., Треанген, Т. Дж. И Поп, М. Бамбус 2: каркасные метагеномы. Биоинформатика 27 , 2964–2971 (2011).

CAS PubMed Central Google Scholar

61.

Li, H. Minimap2: попарное выравнивание нуклеотидных последовательностей. Биоинформатика 34 , 3094–3100 (2018).

CAS PubMed Central Google Scholar

62.

Nurk, S. et al. Сборка геномов и мини-метагеномов из высоко химерных ридов. J. Comp. Биол. 20 , 714–737 (2013).

CAS Google Scholar

63.

Brankovic, L. et al. Алгоритм линейной идентификации суперпузырьков для сборки генома. Теор. Comput. Sci. 609 , 374–383 (2016).

Google Scholar

64.

Зербино, Д. Р. и Бирни, Э. Вельвет: алгоритмы для сборки короткого чтения de novo с использованием графов де Брейна. Genome Res. 18 , 821–829 (2008).

CAS PubMed Central Google Scholar

65.

Paten, B. et al. Суперпузыри, ультравузыри и кактусы. J. Computational Biol. 25 , 649–663 (2018).

CAS Google Scholar

66.

Вспомогательные данные для рукописи «metaFlye: масштабируемая сборка длинночитываемого метагенома с использованием повторяющихся графов» (версия 3.0) (набор данных). Zenodo https://doi.org/10.5281/zenodo.3986210 (2020).

Высокотеплопроводные и гибкие композиты с фазовым переходом на основе двойных сетей на основе полимер-графитовых нанопластинок для эффективного управления температурой

Материалы с фазовым переходом (PCM) широко используются для пассивного управления температурой и накопления энергии из-за высокой скрытой теплоемкости вблизи точек фазового перехода.Однако проблема низкой теплопроводности и утечки — два давних узких места в приложениях, связанных с нагревом на основе PCM. Несмотря на то, что на современном уровне техники можно решить одну или обе эти проблемы путем синтеза композитов с фазовым переходом (PCC), по-прежнему сложно создать высокопроизводительные PCC с одновременно превосходными тепловыми и механическими свойствами и поведением при фазовом изменении. В этой работе сообщается о новом методе получения высокотеплопроводных, гибких и устойчивых к утечкам ПКС путем создания двойных полимерных и графитовых сетей нанопластинок в качестве функциональной матрицы ПКМ.В композитах парафиновый воск служит в качестве PCM, макромолекулярный олефиновый блок-сополимер (OBC) образует сшитую полимерную сеть, чтобы окружить расплавленный PCM и придать композитной пленке гибкость, а расширенный графит (EG) с длинной цепью Структура образует выровненную и взаимосвязанную перколяционную сеть графитовых нанопластинок, обеспечивающую высокую теплопроводность PCC. Радиальная теплопроводность достигает 4,2–32,8 Вт м ⁻¹ K ⁻¹ при нагрузках ЭГ 5–40 мас.%.Полученная в результате гибкая композитная пленка демонстрирует эффективное и надежное управление температурой за счет снижения рабочей температуры коммерческой литий-ионной батареи более чем на 12 ° C при высокой скорости разряда. Наша работа обеспечивает эффективный и экономичный путь к синтезу высокопроизводительных PCC для различных приложений, связанных с нагревом, включая термический сбор возобновляемой энергии, управление энергопотреблением в зданиях, управление температурным режимом электроники, и т. Д.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуй еще раз?

Улучшенный эвристический алгоритм для аликвотирования генома

Описание проблемы

Уоррен и Санкофф ввели проблему аликвотирования генома [19].Здесь мы еще раз возвращаемся к проблеме и представляем обычно используемые определения и обозначения.

Основным элементом генома является ген, а несколько дублированных (или похожих) генов образуют семейство генов. Количество генов в семействе генов представляет размер семьи. В этой статье семейство генов представлено целым числом без знака, которое называется идентификатором (гена) семейства, в то время как ген представлен своим подписанным идентификатором семейства с целым нижним индексом, где знак (положительный или отрицательный) указывает направление ген в геноме, а нижний индекс, названный идентификатором копии, обозначает разные гены в одном и том же семействе.Мы представляем геном как набор линейных хромосом, в котором каждая хромосома представлена ​​последовательностью генов (рис. 1A), начинающейся и заканчивающейся двумя особыми генами, называемыми cap-генами . Все гены cap образуют семейство cap с идентификатором семейства «0». Мы также можем представить геном, заменив каждый ген без кэпа + g _i упорядоченной парой, и заменив −g _i на (Рисунок 1B), где и называются головой (ID) и хвост (ID) гена g _i, соответственно, и обе головы и хвосты (и кэп-гены) называются конечностью (ID).Головки или хвосты генов в одном и том же семействе генов также состоят из головного семейства или хвостового семейства , оба из которых (вместе с семейством колпачков) называются семейством конечностей (с идентификатором g ^t ). и g ^h , например). Связь между двумя соседними генами определяется как смежность . Кроме того, мы определяем три специальных генома: (1) единичный геном , в котором размер каждого семейства генов без кэпа равен точно одному; (2) полностью дублированный геном , который представляет множество копий единственного генома и может происходить от единственного копийного генома через события WGD; (3) реаранжированный дублированный геном , в котором все семейства генов без кэпа имеют точно такой же размер, названный дублированным размером .

Рисунок 1. Изображение генома, PG и CPG.

(A) Перестроенный дублированный геном с дублированным размером 3 представлен как последовательность целых чисел со знаком, где положительный (отрицательный) знак представлен направлением цветной стрелки. (B) Один и тот же геном представлен как последовательность конечностей (т. Е. Генов орла, хвоста или кепки). (C) PG указанного выше генома. Каждый ген, не являющийся кэпом, разделяется на голову и хвост, которые становятся двумя вершинами в частичном графе. (D) Перемещение вершины PG в (C).(E) сокращенный PG, который преобразован из PG, показанного в (C) и (D). Каждая вершина соответствует семейству конечностей. Числа на каждом краю указывают идентификаторы копий (т. Е. Нижние индексы) двух оконечностей, соединенных соответствующей смежностью. Обратите внимание, что кромка (1 ^h , 2 ^t ) в (E) соответствует 2 смежностям (или кромкам) в (C), поэтому ее кратность равна 2.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0064279.g001

Чтобы описать проблему аликвотирования генома, необходима операция (или модель) реаранжировки.Здесь мы используем операцию DCJ [6]. Каждая операция DCJ разрезает две смежности и по-разному соединяет четыре свободных конца, чтобы сформировать две новые смежности. Если оба исходных соседства соединяют ген, не являющийся кэпом, и ген кэпа, и два гена кэпа относятся к разным хромосомам, операция объединяет две хромосомы; и если одно соседство соединяет два гена кэпа, а другое соединяет два гена без кэпа, операция разбивает хромосому на две части. Расстояние DCJ между двумя геномами определяется как минимальное количество операций DCJ, необходимых для преобразования одного генома в другой [6].

Итак, проблема аликвотирования генома определяется следующим образом. Учитывая реорганизованный дублированный геном (G _obs , «obs» означает наблюдаемый) с размерами дублированных r (≥2), реконструируйте идеально дублированный геном (G _dup ) так, чтобы расстояние между ними было минимальным [ 19]. Кроме того, мы также можем получить соответствующий геном одной копии (G _anc ) G _dup . Остается открытым вопрос, существует ли эффективное точное решение проблемы аликвотирования генома в отношении расстояния DCJ [19].Здесь мы представляем новый эвристический алгоритм для решения проблемы.

Решения

Наше решение использует частичный граф (PG). PG генома — это граф, в котором каждая вершина соответствует концу генома, а каждое ребро соответствует смежности (рис. 1C). Все вышеперечисленные концепции, касающиеся конечностей, также подходят для вершин, например, индекс вершины также называется «copyID» вершины. PG двух геномов с одинаковым содержанием генов могут образовывать двухцветный граф с краями (т.например, график точек останова [21]), один цвет для каждого генома, который используется для расчета расстояния DCJ между двумя геномами. Минимизация расстояния DCJ — это то же самое, что максимизация числа чередующихся (цветных) циклов в двухцветном графе [6]. PG можно преобразовать в новый граф с помощью следующих двух шагов: (1) сжать все вершины одного и того же семейства оконечностей в одну новую вершину, идентифицированную соответствующим идентификатором семейства, и (2) каждое исходное ребро, например , трансформируется в новую кромку (1 ^х , 2 ^т ) с кратностью 1.На этом последнем шаге, если ребро уже существует, кратность этого ребра увеличивается на 1 каждый раз. Ребро с кратностью 0 удаляется. Новый граф называется сокращенный частичный граф (CPG). На рисунках с 1C по 1E показан пример процесса преобразования PG в CPG.

Мы определяем ребро в CPG (G _obs ) (т.е. CPG G _obs ) сильным, если его кратность больше единицы, в противном случае ребро называется слабым. Соответствующая смежность сильного (слабого) ребра также называется сильной (слабой) смежностью.Поскольку каждое ребро в CPG (G _dup ) должно иметь кратность r (т. Е. Дублированный размер G _obs ), сильное ребро в CPG (G _obs ) с большей кратностью (> 1) представляет собой Истинная оригинальная кромка в CPG (G _dup ) скорее слабая. Мы инициализируем граф A как CPG (G _obs ), а граф B как PG (G _obs ) (то есть PG из G _obs ), со всеми краями, окрашенными в черный цвет. Решение повторяет следующие первые два шага, а затем переходит к шагу 3.

Шаг 1: Выявить сильные смежности

Принимая кратность в качестве веса ребра, применяя алгоритм максимального согласования веса ко всем сильным ребрам графа A, мы сначала получаем соответствие, которое содержит набор попарно несмежных сильных ребер. Для каждого ребра (u, v) в сопоставлении мы добавляем серое ребро (u, v) с кратностью r (т. Е. Дублированный размер G _obs ) в граф A.

Во-вторых, для каждого (сильного) ребра (u, v) в сопоставлении мы добавляем r попарно несмежных серых ребер (u _i , v _j ) в граф B.Чтобы узнать, какие u _i ( i = 1, •••, r ) и v _j ( j = 1, •••, r ) должны быть сопряжены, мы используем следующий локальный жадный метод. Мы ищем набор путей от u до v в графе A с минимальной общей длиной (с точки зрения количества ребер) во всех наборах путей, которые удовлетворяют следующим четырем условиям: (1) каждый путь в наборе должен начинаться и заканчиваться на черные края; (2) каждый путь должен посещать совпадающую вершину и выходить из нее (т.д., вершина в совпадении) через два ребра разного цвета; (3) ребро не может быть пройдено больше раз, чем его кратность; (4) каждую несовпадающую вершину (то есть вершину, не входящую в соответствие) можно посетить не более одного раза по не более чем одному пути в наборе. Эта процедура объявлена ​​как find_path (u, v) и реализована с использованием модифицированного алгоритма Suurballe [26].

Каждый путь в наборе и серый край (u, v) образуют цикл с длиной, равной длине пути плюс один, поэтому нечетный путь образует четный цикл и наоборот.Из-за условий пути (1) и (2) любой серый край в пути содержится в некотором чередующемся черно-сером подпутье, первый и последний края которого черные, поэтому каждый подпуть (например, (c, d, e, f ) на рисунке 2) можно сжать в один черный край (например, (c, f) на рисунке 2). Таким образом, все серые края удаляются, и все края в цикле будут черными после сжатия (рисунок 2). Условие (4) гарантирует, что все черные циклы разделены. Согласно теоремам 4 и 8 статьи Алексеева и Певзнера [20], чтобы максимизировать количество чередующихся циклов в графе A и B, все нечетные черные циклы (т.е., четные пути в наборе путей, «нечетные» или «четные» с точки зрения количества ребер) должны быть спарены.

Рисунок 2. Преобразование контуров в черные циклы.

Вершины u, v совпадают. Верхний путь — это (u, a, b, c, d, e, f, v), а нижний путь — (u, g, h, e, d, i, j, k, v). Четыре цветных подпути слева сжимаются до четырех ребер в правых циклах соответственно. Нечетный путь преобразуется в четный цикл, а четный путь преобразуется в нечетный цикл. Сплошные и штриховые края соответствуют черным и серым краям соответственно.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0064279.g002

Следовательно, для каждого нечетного пути пусть (u, a, •••, b, v) будет путем в графе A, в котором (u , a) и (b, v) черные (по условию (1)), и пусть (u _i , a _x ), (b _y , v _j ) будут соответствующими ребрами в графе B. Мы добавляем серое ребро (u _i , v _j ) в граф B (рисунок 3, пути 1 и 2) и уменьшаем кратность ребра (u, v) на единицу в графе A.Для каждой пары четных путей (u, a, •••, b, v) и (u, c, •••, d, v) пусть (u _i , a _x ), (v _j , b _y ), (u _p , c _w ), (v _q , d _z ) — соответствующие ребра в графе B из (u, a), (v, b ), (u, c), (v, d), затем добавляем два серых ребра (u _i , v _q ), (u _p , v _j ) в граф B (рисунок 3. пути 3 и 4) и уменьшить кратность ребра (u, v) в графе A на два. Для любой другой копии ребра (u, v) в графе A сделайте то же, что и в первом случае.Затем мы удаляем u, v и все инцидентные им ребра из графа A. Теперь для каждого серого ребра (u _i , v _j ) оба u _i и v _i инцидентны точно один черный край на графике B (рис. 3, нижняя средняя панель). В качестве примера рассмотрим серый край (u ₂ , v ₁ ) на рисунке 3. Есть один черный край ( ₃ , u ₂ ), относящийся к u ₂ , и еще один черный край ( v ₁ , b ₂ ) инцидент с v ₁ .Эти три кромки (две черные кромки и одна серая кромка) сжимаются в новую черную кромку (a ₃ , b ₂ ), а кратность кромки (a, b) увеличивается в один раз. график A (рисунок 3, нижняя левая панель, толстый край). Новый граф B сжимается в новый (сокращенный частичный) граф A. Наконец, мы добавляем все смежности (u _i , v _j ) в геном H (который изначально пуст), соответствующий указанным выше серым краям. (u _i , v _j ) на графике B.

Рис. 3. Вывод смежности в H (т. Е. Серые пунктирные ребра в графе B) из согласованных вершин u, v в графе A.

Вершины a, b — это согласованные вершины, которые не были стянуты. Вершины c, d не совпадают. Черные сплошные края получены из PG (G _obs ), CPG (G _obs ) или сжатых краев. Четыре разных пути, найденные find_path (u, v) , следующие: (1) (u, v) (зеленый), (2) (u, a, b, v) (синий), (3) ( u, b, a, c, v) (оранжевый) и (4) (u, d, v) (розовый).В графе A первые два пути нечетные и образуют два четных цикла — (u, v, u) и (u, a, b, v, u) — путем добавления серого края (u, v) в правом верхнем углу. панель. Первый исчезает после сжатия, а второй создает новый черный край (a, b) в нижней левой панели. Последние два пути объединяются двумя одинаковыми серыми краями (u, v), чтобы сформировать четный цикл (u, b, a, c, v, u, d, v, u), который сжимается и генерирует два новых черных ребра, (b, d) и (c, d). Два числа на каждом ребре графа A указывают идентификаторы копий двух соответствующих вершин в графе B.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0064279.g003

Шаг 2: определение слабых смежностей

На этом этапе все вершины в сопоставлении и все серые ребра в графе A были сжаты в черные ребра, поэтому в новых графах A и B остаются только несовпадающие вершины и черные ребра. Если графы A и B пусты, итерация завершается, в противном случае мы присоединяем к каждой паре вершин u, v в графе A два новых веса (например, рисунок 4): (1) количество путей, обозначенное как N _p , что find_path (u, v) возвращает значение, которое указывает, сколько черных циклов может быть сгенерировано — согласно теоремам 4 и 8 в статье Алексеева и Певзнера [20] и утверждению в шаге 1, чем больше черных циклов, тем больше количество чередующихся циклов в графе точек останова. из G _obs и G _dup ; (2) среднее количество чередующихся циклов, которое может быть получено из черных циклов на стоимость кромки, обозначенное как C _p , которое рассчитывается следующим образом: C _p =, где L _i — длина пути i в наборе путей.Выберем пару вершин u, v с наибольшим суммарным весом W _p = a N _p + (1− a ) C _p ( a = 0,5), сопоставим u с v , а затем сформируйте новые примыкания H, как на шаге 1. Все согласованные вершины без ограничения удаляются из графов A и B после сжатия, поэтому каждая вершина без ограничения сопоставляется только один раз. Следовательно, геном H будет наконец-то идеально продублированным геномом.

В случае проблемы деления генома пополам график A на шаге 2 можно легко разложить на черные циклы.Для каждой пары вершин u, v в черном цикле графа A N _{p =} 2. Пусть L — длина черного цикла, тогда общая длина двух путей, найденных с помощью find_path , всегда равна. Однако есть три случая с другим C _p : (1) когда L четное и вершины u, v разделены нечетным числом ребер, оба пути нечетные, поэтому и C _p = ( л. +2) / 2 л. ; (2) когда L четное и u, v разделены четным числом ребер.Оба пути четные, поэтому C _p = L / (2L) = 0,5; (3) когда L нечетное, один путь — например, L ₁ — четный, а другой — например, L ₂ — нечетный, поэтому C _p = (L + 1) / 2л. Поскольку (L + 2) / 2L> (L + 1) / 2L> 0.5, вершины u, v в случае (1) выбираются для четных черных циклов, а u, v в случае (3) выбираются для нечетных черных циклов. Следовательно, если мы будем следовать описанному выше процессу, PG (H) (PG из H) будет непересекающимся (определено в [20]), и максимальное количество чередующихся циклов в PG (G, H) (PG из G и Привет.д., график точек останова G, H) будет таким же, как в теореме 7 из [20]. Хотя приведенное выше решение является точным для проблемы деления генома вдвое, оно может быть только эвристическим принципом для проблемы аликвотирования генома с дублированным размером больше двух, когда черные края в графе A не могут быть легко разложены на черные циклы.

Чтобы ускорить процесс, мы не вычисляем W _p как единое целое, а только вычисляем его для тех пар вершин, для которых расстояние в графе A не превышает заданное значение Глубина (который установлен в единицу при моделировании).

Лечебное питание по Певзнеру. Принципы основных видов лечебных диет — My Pharm Blog

Уже почти сто лет в медицине при назначении пациентам того или иного типа питания принцип, разработанный советским ученым М.И. Певзнер. По его словам, каждая группа заболеваний, помимо специализированного лечения, требует определенной диеты. Основных лечебных таблиц по Певзнеру 16 (включая нулевые). Таблица №0, послеоперационный, назначается в первые дни после операции и подразумевает исключение из рациона любой твердой пищи, даже в виде пюре. Молоко тоже противопоказано. Рацион состоит из киселей, киселей, некрепких бульонов и соков, разбавленных водой. Необходимо ограничить потребление соли. При этом употребляется не менее 2 литров жидкости в день, оптимальная общая суточная калорийность блюд — 1000 ккал.

Таблицы с 1 по 5 — это лечебные диеты, которые назначают при различных заболеваниях желудочно-кишечного тракта, таблицы 6, 7 и 14 компенсируют дисфункцию выделительной системы, а таблица 8 помогает бороться с ожирением. 9-я предупреждает развитие осложнений диабета. , 10-я снижает риск обострений сердечно-сосудистых заболеваний, 11-я таблица помогает поддерживать энергетический баланс при туберкулезе, болезнях крови и других патологиях, приводящих к общему истощению; 12-я таблица необходима при заболеваниях нервной системы, 13-я — при острых инфекциях.Таблица № 15 — это так называемая общая таблица, здоровая диета, не имеющая определенной специфики.

Диабет Питание

Сахарный диабет — хроническое заболевание, требующее постоянного строгого соблюдения определенной диеты. Его основные принципы описаны в описании таблицы № 9 по Певзнеру. Диета подразумевает полное исключение сахара и сладостей. Ксилит или сорбитол можно использовать для улучшения вкуса еды и напитков.Пища, содержащая легкоусвояемые углеводы, заменяется продуктами, богатыми клетчаткой и диетической клетчаткой (овощи, фрукты, продукты из непросеянной муки). Общая калорийность блюд составляет примерно 3360 ккал в сутки.

Диета при заболеваниях желудка и двенадцатиперстной кишки

При обострении язвы желудка и 12-перстной кишки, при развитии острого гастрита, состоянии после желудочного кровотечения назначается таблица №1а. Цель такой диеты — исключить все, что может усилить раздражение стенок желудочно-кишечного тракта.Блюда подают только в пюре и измельченном виде. В основном рацион состоит из соков, слизистых супов, киселей, кисломолочных продуктов, суфле. Пища не должна быть слишком холодной или горячей.

Питание осуществляется дробно, небольшими порциями. Рекомендуемая энергетическая ценность потребляемых продуктов — 2600 ккал в сутки. На этапе стихания острого процесса возможен переход на стол №1б, то есть добавление в рацион мясных блюд на пару, пшеничных сухарей, круп. При хроническом гастрите, гастродуодените, язвенной болезни без обострения социальная активность человека практически не снижается, поэтому питание должно быть полноценным.Поэтому таблица №1 подразумевает только ограничение поваренной соли, специй, исключение жареных блюд, грубых растительных продуктов, концентрированных бульонов, свежего хлеба.

Диета при заболеваниях кишечника

Для улучшения перистальтики кишечника необходима пища, содержащая определенные раздражающие вещества. Таблица 3 основана на употреблении продуктов, богатых клетчаткой — овощей, фруктов, черного хлеба, газированных напитков, яиц вкрутую. Важно не измельчать пищу перед едой.При дизентерии и других острых заболеваниях кишечника, сопровождающихся диареей, назначают стол №4. Употребление жиров и углеводов ограничивается нижней границей нормы, исключаются фрукты и овощи, свежее молоко, выпечка, жареная, острая и жирная пища, холодные напитки. Все продукты следует протереть, отварить или приготовить на пару. После стихания острого процесса суточная калорийность постепенно увеличивается до нормы, блюда измельчать нельзя, однако продукты, активирующие процессы брожения и гниения в кишечнике, по-прежнему исключаются.

Диета при патологии желчевыводящих путей

При заболеваниях печени , желчного пузыря и патологии желчевыводящих путей назначают стол №5. Его главный принцип — нормализация жирового обмена и профилактика застойных процессов в печени. Из рациона исключаются жир, масло, жирное мясо, сдобные мучные изделия. Для улучшения выведения холестерина с калом рекомендуется обогатить рацион овощами и фруктами.

Питание при мочекаменной болезни

Мочекаменная болезнь является следствием сбоя обменных процессов в организме. В зависимости от метаболизма того или иного вещества назначается соответствующая диета. При нарушении выведения мочевой кислоты рекомендуется стол №6 — увеличение потребления молочных продуктов, овощей и фруктов и ограниченное употребление соли. Табл. №14 назначают при мочекаменной болезни вследствие фосфатурии. Цель диеты — повысить кислотность мочи и снизить ее ощелачивание.Исключаются молочные продукты, копчености, бобовые, картофель, соки, алкогольные напитки. Рекомендуется снизить потребление животных жиров, яичных желтков. Минеральная вода, березовый сок, рыбий жир, растительное масло сильно способствуют повышению кислотности.

Gigsaw — физическая симуляция секвенирования нового поколения для обучения и просвещения | Мартин

Gigsaw — физическое моделирование секвенирования нового поколения для образовательных и информационных целей

Дэвид Майкл Алан Мартин

Колледж естественных наук, Университет Данди, Данди, Соединенное Королевство

* автор-корреспондент (ум[email protected])

Поступило 2 мая 2012 г .; Принято 21 июня 2012 г .; Опубликовано 15 октября 2012 г.

Конкурирующие интересы: нет

Современные методологии секвенирования позволяют получить за один прогон больше данных, чем человек может прочитать за всю жизнь. Понимание того, как можно систематизировать, собирать и интерпретировать такие огромные объемы информации, является сложной задачей для студентов и опытных исследователей; Еще сложнее объяснить это непрофессионалам.Абстрактные представления, такие как графики или алгоритмы, или практические упражнения с программным обеспечением «черного ящика», ограничены в развитии понимания. Gigsaw предоставляет физическую модель данных секвенирования следующего поколения, которыми можно легко манипулировать, а также различные алгоритмы / эксперименты, исследуемые на лабораторном уровне. Он гибок в применении и недорого в изготовлении для упражнений на общественное понимание науки или для обучения в бакалавриате / аспирантуре.

Доступность: реализация программного обеспечения Gigsaw на веб-сервере находится в свободном доступе по адресу http: // www.compbio.dundee.ac.uk/gigsaw/ и обеспечивает вывод Gigsaw в формате PDF, выровненный для двусторонней печати. Исходный код доступен по запросу по лицензии с открытым исходным кодом.

Введение

Секвенирование следующего поколения (NGS) привело к смене парадигмы в исследованиях молекулярной биологии. Современные инструменты могут производить десятки миллионов коротких считываний ДНК в день (Metzker, 2010). Концептуальная проблема понимания того, как перейти от этих десятков миллионов считываний последовательностей к биологической интерпретации, весьма значительна (Flicek and Birney, 2010).Алгоритмы сборки последовательности представляют собой сложные концепции, которые студенту может быть трудно понять, когда они представлены в традиционной форме лекций и даже в виде практических упражнений, когда алгоритмы скрыты из-за количества данных и программного обеспечения «черного ящика». Для понимания сборки последовательностей из учебников или журнальных статей могут потребоваться значительные усилия — подход, который часто выходит за рамки многих студентов и не подходит для обучения непрофессионалов, даже несмотря на то, что основная идея сопоставления последовательностей очень проста.

Столкнувшись с растущим интересом общественности к биологическим исследованиям и включением подходов NGS в учебные программы бакалавриата, потребовался новый подход, чтобы обеспечить элементарный первый шаг в понимании. Два вдохновения привели к разработке Gigsaw. Первая — это «таблица обучения», которую приписывают Глассеру (таблица 1), хотя ее происхождение остается неясным (Smart and Paulsen, 2011).

Таблица 1. Цитата, приписываемая Уильяму Глассеру, хотя и сомнительна.

Узнаем:

10% прочитанного;

20% того, что мы слышим;

30% того, что мы видим и слышим;

50% того, что мы обсуждали с другими;

80% того, что мы испытали лично;

95% того, чему мы учим других.

Если парадигма Глассера верна, то предоставление студентам физических упражнений должно способствовать лучшему пониманию, по сравнению с абстрактным обучением посредством чтения или лекций. Вторым вдохновением послужил вводный комментарий Певзнера и его коллег (Pevzner et al., 2001):

«Детям нравятся головоломки, и они обычно собирают их, пробуя все возможные пары частей и собирая вместе соответствующие части.Биологи собирают геномы удивительно похожим способом, главное отличие состоит в том, что количество частей больше ».

Мы разработали Gigsaw как «Геном

Генератор лобзик

». Он может создавать фрагменты в формате PDF, которые можно легко распечатать, ламинировать и использовать в классе или на улице для представления практически любого эксперимента, который можно провести с помощью NGS. Физическая природа модели с обратным дополнением, соответствующим образом напечатанным на обратной, обеспечивает осязаемое представление абстрактных концепций, лежащих в основе выравнивания и сборки последовательностей.Поиск последовательностей и интеллектуальный анализ данных становятся буквальными концепциями, которые студенты могут получить в свои руки. Несколько примеров приложений доступны на веб-сайте Gigsaw. Gigsaw использовался в сценариях от конференций по биоинформатике с опытными исследователями до мероприятий по общественному пониманию науки (PUS) с участием детей всех возрастов, которые « понимают » концепцию построения сборки, очень быстро сопоставляя все цвета, часто даже прежде, чем они смогут читать.

Реализация

Gigsaw реализован на Perl как универсальный

Общий интерфейс шлюза или приложение командной строки.Интерфейс позволяет настроить практически каждый аспект модели в соответствии с рассматриваемым экспериментом. Полный список настраиваемых параметров приведен в Таблице 2. Длина считывания фиксирована на 21 базисе для одностороннего моделирования. Парное моделирование имеет парные считывания по 10 оснований каждое, разделенных расстоянием, выбранным из гауссовского распределения с настраиваемым средним значением и стандартным отклонением 5% от указанного размера вставки.

Параметр	Опции	Описание
Имя	Произвольный текст	Название для продукции Gigsaw
Последовательность	1–1 000 знаков из набора A, C, T или G	Исходная последовательность, из которой создается Gigsaw.
Количество прочтений	Целое положительное число. Форматы вывода 20 чтений на страницу А4.	Все одиночные чтения имеют длину 21bp или 10 + x + 10 для парных конечных чтений
Частота ошибок	целое положительное число или 0	Коэффициент ошибок на 1000 баз.0 для идеального чтения.
SNP	[0-9] +: [ACTG] + [, [0-9] +: [ACTG] + [,…]]	Укажите как позицию: базы с количеством оснований, пропорциональным их распространенности. EG C: T в позиции 20 в соотношении 3: 1 будет 20: CCCT. Разделяйте определения SNP запятыми и / или пробелами
Размер зазора между двумя концами	0 или целое положительное число	0 для одностороннего чтения.Для парных концов фактический разрыв составляет + — 5%
Цвет последовательности	X11 или шестнадцатеричный (#FFFFFF) цвет	Цвет считываемого шрифта, позволяющий разделить несколько экспериментов.
Печать эталонной последовательности	логический	Распечатайте линейку контрольной последовательности из исходной последовательности.

Таблица 2. Настраиваемые параметры для Gigsaw.

Чтения генерируются следующим образом: считывается исходная последовательность, и начальная точка для чтения выбирается случайным образом из новой копии, которая была отредактирована в соответствии с выбранной частотой случайных ошибок и определенными одиночными нуклеотидными полиморфизмами (SNP). Ошибки моделируются процессом, который дважды случайным образом выбирает последовательность генома. Первая выборка случайным образом выбирает один нуклеотид для замены из исходной последовательности, дополненной до длины 1000 оснований, а вторая выборка случайным образом выбирает из исходной последовательности замещающий нуклеотид.Этот процесс повторяется до тех пор, пока не будет достигнута желаемая частота ошибок (ошибок на 1000 баз). Не каждая итерация вызовет ошибку в копии исходной последовательности, а коэффициенты замены будут отражать базовый состав исходной последовательности. Таким образом, реальная частота ошибок ниже запрошенной. Затем случайным образом назначаются ориентации для чтения.

Затем печатается желаемое количество считываний (или пар считываний) — 20 на листе бумаги формата A4 с выравниванием прямого и обратного дополнения на последующих страницах (рис. 1a и 1b).После печати они могут быть предпочтительно ламинированы для обеспечения долговечности и разделены гильотиной или ножницами, готовыми к использованию.

Рисунок 1а. Панель A: набор односторонних чтений. Каждый раз, когда приложение запускается, создается новый набор чтений.

Рисунок 1b. Панель B: набор парных чтений. Каждая пара помечена уникальным номером. Две центральные стрелки должны быть направлены друг к другу, когда они выровнены, и должны находиться примерно на расстоянии зазора.

Исходная последовательность при желании также может быть сгенерирована как двусторонний PDF-файл. Это производится с помощью линейной маркировки и перекрытия пары оснований (bp) на конце каждого сегмента 21bp, что позволяет фрагментам соединяться вместе в полную последовательность (Рисунок 2).

Рис. 2. Линейка эталонной последовательности для короткой последовательности. Серый крест указывает, где должен быть прикреплен предыдущий раздел.

Приложения

De novo секвенирование

Gigsaw настроен на выполнение только чтения без контрольной последовательности.Для упражнений PUS хорошо работает очень низкий уровень ошибок (1% или ниже) с общей длиной исходной последовательности 50-60 оснований и около 40 чтений. Для упражнений бакалавриата используется более длинная исходная последовательность (до 150 пар оснований), а затем студентам предлагается выполнить поиск в базе данных с их собранной последовательностью, чтобы попытаться идентифицировать ген. Следует проявлять осторожность, чтобы избежать повторяющихся областей длиннее примерно 15 п.н., если только упражнение не иллюстрирует проблему повторов. Студентов просят рассмотреть равномерность покрытия по всей их последовательности сборки как меру контроля качества.

De novo секвенирование с повторами

Gigsaw сконфигурирован так, чтобы производить чтения с парного конца с размером вставки, который будет охватывать рассматриваемые повторы. Также можно комбинировать односторонние и парные чтения, запустив приложение Gigsaw дважды: один раз для генерации одностороннего и один раз для генерации парного чтения.

Обнаружение мутации

Gigsaw запускается один раз с исходной последовательностью дикого типа только для генерации эталонного генома. Затем он снова запускается с измененной исходной последовательностью для чтения.Учащиеся выравнивают прочитанное со ссылкой и идентифицируют мутировавшие остатки. Сочетание синонимичных и несинонимичных мутаций позволяет картировать интересующий белок, связанный с заболеванием, и развивает понимание того, как секвенирование может идентифицировать его. Следует позаботиться о том, чтобы учащиеся распознали возможность ошибок секвенирования, поэтому относительно высокий уровень ошибок (5%) усилит необходимость видеть несколько считываний с одной и той же мутацией. Вероятно, лучше всего выбирать белки меньшего размера или один домен с верхней границей около 200 п.н., чтобы поддерживать интерес, при этом обеспечивая достаточную интеллектуальную стимуляцию.

Обнаружение полиморфизма одиночных нуклеотидов

Обнаружение

SNP может быть выполнено с помощью одного запуска Gigsaw. SNP настраиваются путем указания базовой позиции, а затем отношения SNP: например, для отношения 3: 1 C к T в позиции 25 это будет указано как 25: CCCT. Можно указать несколько SNP. Дополнительными пунктами обучения для студентов здесь являются статистическая значимость вызовов SNP в зависимости от глубины охвата и частоты ошибок.

RNAseq– идентификация интрона / экзона

Эталонная последовательность генома производится из исходной последовательности ДНК.Затем последовательность РНК используется для получения достаточного количества считываний. Лучше не делать интрон слишком длинным — ничего длиннее 20 пар оснований не нужно. Студенты должны отметить, что показания, соединяющие места стыковки, должны соответствовать обеим сторонам.

Количественная РНКseq

Для этого потребуется большая группа, чтобы получить что-нибудь достаточно значимое для анализа. Производится длинное считывание генома, приближающееся к верхнему пределу Gigsaw (1000 пар оснований). Для каждого отдельного «гена» (вероятно, 80–100 пар оснований) требуется отдельный прогон Gigsaw и генерируется соответствующее количество считываний.Затем эти показания смешиваются, и для совмещения берут образец подходящего размера. Пункты обучения здесь могут включать обсуждение обнаруживаемого динамического диапазона в отношении числа считываний и того, как поступать с множественными совпадениями для считывания.

Заключение

Gigsaw предоставляет обучающий инструмент, который является адаптируемым, надежным (если ламинированный) и чрезвычайно экономичным для обучения приложениям для секвенирования ДНК. Его можно применять в различных ситуациях, от курсов повышения квалификации до упражнений с общественностью, путем корректировки масштаба и сложности представленных проблем.Действительно, наш опыт, хотя и статистически необоснованный, показывает, что дошкольники часто лучше, чем профессора биоинформатики, справляются с простой сборкой последовательностей de novo!

Благодарности

Автор хотел бы поблагодарить своих коллег и членов группы пользователей шотландской биоинформатики нового поколения за полезные предложения и доктора Тома Уолша за поддержку экспертных систем.

Список литературы

1. Flicek P, Birney E (2009) Смысл от последовательности читает: методы выравнивания и сборки.Nat. Методы 6, S6-S12. DOI: 10.1038 / nmeth.1376
2. Metzker ML (2010) Технологии секвенирования — новое поколение. Nat Rev Genet. 11, 31-46. DOI: 10.1038 / nrg2626
3. Pevzner PA, Tang H, Waterman MS (2001) Подход Эйлера к сборке фрагментов ДНК. Proc Natl Acad Sci USA 98, 9748-9753. DOI: 10.1073 / pnas.171285098
4. Смарт Дж. К. и Полсен МБ (2011) Высшее образование: Справочник по теории и исследованиям. В: Смарт, Джон С .; Полсен, Майкл Б.(Ред.). Springer ISBN: 9400707010, Vol. 26, стр. 323.

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.