20.08.2025, 15:30 Uhr

Universität Wien
Währinger Str. 17
Raum 317
1090 Wien

Titel: Assessing Sequence Alignments with a Sliding Window
Approach for Enhanced Downstream Analyses

Kurzfassung:

Multiple Sequenzalignments sind ein zentrales Werkzeug in der Genomforschung und Evolutionsbiologie.
Sie ermöglichen es, konservierte Regionen zu identifizieren, phylogenetische
Bäume zu rekonstruieren und Genfunktionen zwischen Organismen zu vergleichen. Bei
realen Alignments zeigt sich jedoch häufig, dass deren Qualität entlang ihrer Länge stark
variiert. Unterschiedlich stark konservierte oder divergente Bereiche sowie problematische
Abschnitte, etwa durch Fehlalignments, Lücken oder fehlende Daten, treten oft verstreut
auf. Solche lokalen Schwächen bleiben in herkömmlichen globalen Qualitätsmetriken
häufig unentdeckt, können aber nachgelagerte Analysen verfälschen und zu irreführenden
Ergebnissen führen.
Zur gezielten Bewertung solcher Probleme wurde eine webbasierte Softwarelösung entwickelt,
die die interaktive Analyse und Bearbeitung großer Alignments ermöglicht. Die
Software berechnet lokale Metriken wie Vollständigkeit, Divergenz und phylogenetischen
Informationsgehalt gleitend über das Alignment hinweg. So lassen sich kritische Regionen
identifizieren, die bei globalen Auswertungen meist unbemerkt bleiben. Nutzerinnen und
Nutzer können diese Metriken visuell erkunden, bestimmte Sequenzen vergleichen oder
gezielt in auffällige Bereiche zoomen und dort problematische Abschnitte herausfiltern oder
entfernen. Sämtliche Bearbeitungsschritte werden protokolliert, um Nachvollziehbarkeit
und Reproduzierbarkeit zu gewährleisten. Darüber hinaus erlaubt die Oberfläche das
Einblenden biologischer Annotationen, entweder bezogen auf das Alignment oder relativ
zu einer Referenzsequenz. Dadurch lässt sich bewerten, ob schlecht ausgerichtete Regionen
mit funktionell relevanten Bereichen wie kodierenden Sequenzen oder konservierten
Domänen zusammenfallen. Die Anwendung unterstützt zahlreiche Alignment- und Annotationsformate
und wurde mit Fokus auf Benutzerfreundlichkeit und Zugänglichkeit
entwickelt.
Bei der Analyse von Alignments aus Viren, Pflanzen und Vertebraten zeigte das System
wiederholt lokale Unregelmäßigkeiten wie lange Lücken, stark abweichende Einzelsequenzen
oder Abschnitte mit sehr geringem phylogenetischem Informationsgehalt. Durch die
Darstellung aller Metriken entlang der Positionen im Alignment sind diese Problemstellen
jedoch leicht zu erkennen und können gezielt bearbeitet werden.
Die Berechnungen erfolgen im Backend mit der externen Software AliShredder, einem
bestehenden Werkzeug zur fensterbasierten Alignment-Analyse. Die benutzerfreundliche
Oberfläche unterstützt eine explorative Untersuchung und erlaubt gezielte Eingriffe in
problematische Abschnitte. Durch die Kombination aus lokalen Qualitätsmetriken und
kontextbezogener Visualisierung bietet das System einen transparenten und effektiven
Ansatz zur Qualitätsverbesserung von Alignments – und trägt so zu zuverlässigeren phylogenetischen
und funktionellen Auswertungen bei.