ViennaRNA Package — набор компьютерных программ и библиотек для предсказания и анализа вторичной структуры рибонуклеиновой кислоты (РНК) на основе термодинамических моделей. Пакет реализует алгоритмы минимизации свободной энергии и статистического анализа ансамбля структур, позволяя вычислять наиболее стабильные вторичные структуры, вероятности оснований, термодинамические параметры и аксессорные характеристики, используемые в биоинформатике и молекулярной биологии.
Разработка пакета началась в конце XX века и продолжалась с регулярными обновлениями, включает как командную строку, так и прикладные библиотеки для интеграции в другие программные продукты. Основная цель ViennaRNA Package — предоставить воспроизводимые и эффективные инструменты для исследователей, работающих с последовательностями РНК, включая предсказание структур единственной цепи, оценку стабильности локальных мотивов и моделирование гибридизации между последовательностями.
- Предсказание минимальной свободной энергии (MFE): алгоритмы для вычисления вторичной структуры РНК, минимизирующей свободную энергию по ближайшей соседней модели термодинамики.
- Поколение ансамбля структур и вероятностей оснований: вычислениеpartition function и парных вероятностей для оценки статистической достоверности элементов структуры.
- Структуры с ограничениями: поддержка фиксирования и запрещения пар конкретных нуклеотидов, задание конформационных ограничений для моделирования экспериментальных данных.
- Предсказание гибридизации и двухцепочечных комплексов: инструменты для моделирования взаимодействия между двумя РНК-цепями и оценки связанной энергии гибридизации.
- Анализ локальной структуры и ковариаций: функции для поиска стабильных локальных мотивов и анализа термодинамической устойчивости подпоследовательностей.
- Поддержка различных форматов ввода/вывода: удобные форматы для интеграции с другими инструментами биоинформатики и визуализации.
- Библиотеки API: программные интерфейсы для C/C++ и привязки к другим языкам, обеспечивающие использование алгоритмов внутри пользовательских приложений.
- Параметрические наборы и калибровка: возможность выбора и обновления термодинамических параметров и энергий петель для разных условий и типов нуклеиновых кислот.
- Инструменты для оценки стабильности и мутантного анализа: расчёт изменений свободной энергии при мутациях, сканирование эффектов одиночных и множественных замен.
- Производительность и масштабируемость: оптимизированные реализации алгоритмов для работы с длинными последовательностями и пакетной обработкой наборов данных.