Modelo de un algoritmo eficiente para el alineamiento de secuencias biomoleculares basado en programación paralela

Abstract

En la actualidad, se ha producido un considerable esfuerzo para desarrollar algoritmos que comparan las secuencias de macromoléculas biológicas (proteínas, ADN y ARN), cuyo objetivo es detectar las relaciones evolutivas tanto estructurales como funcionales. Éste es el principal problema de la biología computacional. Estas tareas se llevan a cabo actualmente por las herramientas de la bioinformática que han sido desarrollados con algoritmos secuenciales. La programación dinámica, tanto los algoritmos de alineamiento locales (Smith-Waterman) como de alineamiento global (Needleman-Wunsch) determinan el alineamiento óptimo de dos secuencias. Actualmente los ordenadores que tienen más de un núcleo están disponibles para el usuario común, y para usar los múltiples procesadores del ordenador es necesario conocer los paradigmas de programación paralela. Este trabajo presenta una nueva propuesta algorítmica para el alineamiento global usando la programación paralela. Esto requiere de una nueva reformulación del algoritmo de Needleman Wunsh. La implementación del Algoritmo Paralelo ha requerido hacer un llenado de la matriz de scores por sus antidiagonales con todos los procesadores disponibles. El software utilizado para ello fue el C# con la librería TPL (“Task Parallel Library”). La aplicación compara el algoritmo de Needleman-Wunsch con este nuevo algoritmo, comprobando los tiempos de respuesta. Los resultados muestran que el algoritmo paralelo propuesto reduce el tiempo de respuesta en comparación con el algoritmo de alineamiento global de Needleman-Wunsch.