Alinhamento exato e completo de leituras curtas a genomas microbianos usando programação de Unidade de Processamento Gráfico

MOTIVAÇÃO: A introdução de técnicas de sequenciamento de próxima geração e especialmente os sistemas de alto rendimento Solexa (Illumina Inc.) e SOLiD (ABI) tornaram o mapeamento de leituras curtas a sequências de referência uma aplicação padrão na bioinformática moderna. O alinhamento de leituras curtas é necessário para re-sequenciamento baseado em referência de genomas completos, bem como para análise de expressão gênica baseada em sequenciamento de transcriptoma. Várias abordagens foram desenvolvidas nos últimos anos permitindo um alinhamento rápido de sequências curtas a um determinado modelo. Os métodos disponíveis até hoje usam técnicas heurísticas para obter um aumento na velocidade dos alinhamentos, perdendo assim possíveis posições de alinhamento. Além disso, a maioria das abordagens retorna apenas um melhor resultado para cada sequência de consulta, perdendo assim a informação potencialmente valiosa de posições de alinhamento alternativas com pontuações idênticas. RESULTADOS: Desenvolvemos o SARUMAN (Alinhamento Semiglobal de Leituras Curtas Usando CUDA e NeedleMAN-Wunsch), uma abordagem de mapeamento que retorna todas as possíveis posições de alinhamento de uma leitura em uma sequência de referência sob um determinado limite de erro, juntamente com um alinhamento ótimo para cada uma dessas posições. Os alinhamentos são computados em paralelo em hardware gráfico, facilitando um considerável aumento de velocidade neste passo normalmente demorado. Combinando nosso algoritmo de filtro com alinhamentos acelerados por CUDA, conseguimos alinhar leituras a genomas microbianos em um tempo comparável ou até mais rápido que todas as abordagens publicadas, ao mesmo tempo em que fornecemos um resultado exato, completo e ótimo. Ao mesmo tempo, o SARUMAN funciona em qualquer PC padrão com Linux que tenha um acelerador gráfico compatível com CUDA. DISPONIBILIDADE: http://www.cebitec.uni-bielefeld.de/brf/saruman/saruman.html.