Python の Smith-Waterman アルゴリズム

1. Python の Smith-Waterman アルゴリズム
2. まとめ

Smith-Waterman アルゴリズムは、文字列のローカルシーケンスアラインメントを実行するために使用されます。文字列は主に DNA 鎖またはタンパク質配列を表します。

この記事では、Python での Smith-Waterman アルゴリズムの実装について説明します。

Python の Smith-Waterman アルゴリズム

swalign モジュールには、Python で Smith-Waterman アルゴリズムを実装するためのいくつかの関数が含まれています。コマンドラインで次のステートメントを実行することにより、PIP を使用して swalign モジュールをインストールできます。

pip3 install swalign

上記のステートメントは、Python バージョン 3 のモジュールをインストールします。Python バージョン 2 にモジュールをインストールするには、次のコマンドを使用できます。

pip install swalign

swalign モジュールをインストールした後、次の手順を使用して、Python プログラムに Smith-Waterman アルゴリズムを実装します。

1. まず、import ステートメントを使用して swalign モジュールをインポートします。

2. アラインメントを実行するには、ヌクレオチドスコアリングマトリックスを作成する必要があります。マトリックスでは、一致と不一致ごとにスコアを提供します。

   通常、一致スコアには 2 を使用し、不一致には-1 を使用します。

3. ヌクレオチドスコアリングマトリックスを作成するには、NucleotideScoringMatrix() メソッドを使用します。NucleotideScoringMatrix() は、最初の入力引数として一致スコアを取り、2 番目の入力引数として不一致スコアを取ります。

   実行後、IdentityScoringMatrix オブジェクトを返します。

4. ヌクレオチドマトリックスを取得したら、LocalAlignment() メソッドを使用して LocalAlignment オブジェクトを作成します。LocalAlignment() メソッドは、入力としてヌクレオチドスコアリングマトリックスを受け取り、LocalAlignment オブジェクトを返します。

5. LocalAlignment オブジェクトを取得したら、align() メソッドを使用して Smith-Waterman アルゴリズムを実行できます。

6. align() メソッドは、LocalAlignment オブジェクトで呼び出されると、最初の入力引数として DNA 鎖を表す文字列を取ります。参照 DNA 鎖を表す別の文字列を取ります。

7. 実行後、align() メソッドは Alignment オブジェクトを返します。Alignment オブジェクトには、入力文字列の一致の詳細と不一致、およびその他のいくつかの詳細が含まれています。

次の例では、プロセス全体を観察できます。

import swalign

dna_string = "ATCCACAGC"
reference_string = "ATGCAGCGC"
match_score = 2
mismatch_score = -1
matrix = swalign.NucleotideScoringMatrix(match_score, mismatch_score)
lalignment_object = swalign.LocalAlignment(matrix)
alignment_object = lalignment_object.align(dna_string, reference_string)
alignment_object.dump()

出力：

Query:  1 ATGCAGC-GC 9
          ||.|| | ||
Ref  :  1 ATCCA-CAGC 9

Score: 11
Matches: 7 (70.0%)
Mismatches: 3
CIGAR: 5M1I1M1D2M

まとめ

この記事では、Python の swalign モジュールを使用して Smith-Waterman アルゴリズムを実装する方法について説明します。