introducció a la bioinformàtica
roderic guigó i serraIMIM/UPF/CRG
tecnologies de la genòmica
• DNA sequencing
• DNA microarrays
• mass spectroscopy and 2-D gels
• yeast two hibrids
• X-ray cristallography and NMR
tecnologies de la genòmica
L’aplicació de les tecnologies de la genòmica permet per primer cop una aproximació global al funcionament de la cél.lula viva.
La biologia de ser una ciència “analítica”: la realitat és
diseccionada en els seus components més elementals per tal de ser entesa
ha passat a ser una ciència “sintètica”: en la qual el repte
és integrar informació globlal sobre el funcionament dels éssers vius
bioinformàtica
• La biologia, una disciplina en la que l’esforç ha estat tradicionalment dedicat a l’obtenció de les dades, ha esdevingut en poc temps una disciplina en la que les dades s’obtenen de manera gairebé automàtica, i l’esforç s’ha desplaçat cap a l’anàlisi de les dades.
DNA microarrays
bioinformàtica
• la bioinformática és una nova disciplina científica, en la intersecció entre la biologia i la computació, l’objectiu de la qual és l’aplicació i el desenvolupament de mètodes per l’obtenció, l’emmagatzamatge, l’anàlisi i la integració de les dades que genera la investigació en biologia.
bioinformàtica
decodificació del genomaACTCAGCCCCAGCGGAGGTGAAGGACGTCCTTCCCCAGGAGCCGGTGAGAAGCGCAGTCGGGGGCACGGGGATGAGCTCAGGGGCCTCTAGAAAGATGTAGCTGGGACCTCGGGAAGCCCTGGCCTCCAGGTAGTCTCAGGAGAGCTACTCAGGGTCGGGCTTGGGGAGAGGAGGAGCGGGGGTGAGGCCAGCAGCAGGGGACTGGACCTGGGAAGGGCTGGGCAGCAGAGACGACCCGACCCGCTAGAAGGTGGGGTGGGGAGAGCATGTGGACTAGGAGCTAAGCCACAGCAGGACCCCCACGAGTTGTCACTGTCATTTATCGAGCACCTACTGGGTGTCCCCAGTGTCCTCAGATCTCCATAACTGGGAAGCCAGGGGCAGCGACACGGTAGCTAGCCGTCGATTGGAGAACTTTAAAATGAGGACTGAATTAGCTCATAAATGGAAAACGGCGCTTAAATGTGAGGTTAGAGCTTAGAATGTGAAGGGAGAATGAGGAATGCGAGACTGGGACTGAGATGGAACCGGCGGTGGGGAGGGGGAGGGGGTGTGGAATTTGAACCCCGGGAGAGAAAGATGGAATTTTGGCTATGGAGGCCGACCTGGGGATGGGGAAATAAGAGAAGACCAGGAGGGAGTTAAATAGGGAATGGGTTGGGGGCGGCTTGGTAACTGTTTGTGCTGGGATTAGGCTGTTGCAGATAATGGAGCAAGGCTTGGAAGGCTAACCTGGGGTGGGGCCGGGTTGGGGTCGGGCTGGGGGCGGGAGGAGTCCTCACTGGCGGTTGATTGACAGTTTCTCCTTCCCCAGACTGGCCAATCACAGGCAGGAAGATGAAGGTTCTGTGGGCTGCGTTGCTGGTCACATTCCTGGCAGGTATGGGGCGGGGCTTGCTCGGTTTTCCCCGCTTCTCCCCCTCTCATCCTCACCTCAACCTCCTGGCCCCATTCAAGCACACCCTGGGCCCCCTCTTCTTCTGCTGGTCTGTCCCCTGAGGGGAAAGCCCAGGTCTGAGGCTTCTATGCTGCTTTCTGGCTCAGAACAGCGATTTGACGCTCTGTGAGCCTCGGTTCCTCCCCCGCTTTTTTTTTTTCAGCCAGAGTCTCACTCTGTCGCCCAGGCTGGAGTGCAGTGGCGCAATCTCAGCTCACTGCAAGCTCCGCCTCCCGGGTTCACGCTATTCTCCCGCCTCAGCCTCCCGAGTAGCTGGGACTACAGGCGCCCGCCACCATGCCCGGCTAATTTTTTGTACTTTGAGTAGGGAAGGGGTTTCACTGTATTATCCAGGATGGTCTCTATCTCCTGACCTCGTGATCTGCCCGCCTGGCCTCCCAAAGTGCTGGAATTACAGGCGTGAGCCTCCGCGCCCGGCCTCCCCATCCTTAATATAGGAGTTAGAAGTTTTTGTTTGTTTGTTTTGTTTTGTTTTTGTTTTGTTTTGAGATGAAGTCCCTCTGTCGCCCAGGCTGGAGTGCAGTGGCTCCCAGGCTGGAGTTCAGTGGCTGGATCTCGGCTCACTGCAAGCTCCGCCTCCCAGGTTCACGCCATTCTCCTGCCTCAGCCTCCGGAGTAGCTGGGACTACAGGAACATGCCACCACACCCGACTAACTTTTTTTGTATTTTTAGTAGAGACGGGGTTTCACCATGTTGGCCAGGCTGGTCTGGAACTCCTGACCTCAGGTGATCTGCCTGCTTCAACCTCCCAAAGTGCTGGGATTACAGACGTGGGCCACCGCGCCCGGCTGGGAGTTAAGAGGTTTCTAATGCATTGCATTAGAATACCAGACACGGGACAGCTGTGATCTTTATTCTCCATCACCCCACACAGCCCTGCCTGGGGCACACAAGGACACTCAATACACGCTTTTCGGGCGCGGTGGCTCAAGCTGTAATCCCAGCACTTTGGGAGGCTGAGGCGGGTGGTACATGAGGTCAGGAGATCGAGACCATCCTGGCTAACATGGTGAAACCCCGTCTCTACTAAAAATACAAAAAACTAGCCCGGGCGTGGTGGCGGGCGCCTGTAGTCCCAGCTACTCGGAGGCTGAGGCAGGAGAATGGCGTGAACCTGGGAGGCGGAGCTTGCAGTGAGCCGAGATCGCGCCACTGCACTCCAGCCTGGGTGACACAGCGCGAGACTCCGTCTCAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAATACACGCTTTTCCGCTAGGCACGGTGGCTCACCCCTGTAATCCCAGCATTTTGGGAGGCCAAGGTGGGAGGATCACTTGAGCCCAGGAGTTCAACACCAGACTCAGCAACATAGTGAGACTCTCTCTACTAAAAATACAAAAATTAGCCAGGCCTGGTGCCACACACCTGTGGTCCCAGCTACTCAGAAGGCTAAGGCAGGAGGATCGCTTAAGCCCAGAAGGTCAAGGTTGCAGTGAACCACGTTCAGGCCACTGCAGTCCAGCCTGGGTGACAGAGCAAGACCCTGTCTGTAAATAAATAACGCTTTTCAAGTGATTAAACAGACTCCCCCCTCACCCTGCCCACCATGGCTCCAAAGCAGCATTTGTGGAGCACCTTCTGTGTGCCCCTAGGTACTAGCTGCCTGGACGGGGTCAGAAGGAACCTGAACCACCTTCAACTTGTTCCACACAGGATGCCAGGCCAAGGTGGAGCAACCGGTGGAGCCAGAGACAGAACCCGACGTTCGCCAGCAGGCTGAGTGGCAGAGCGGCCAGCCCTGGGAGCTGGCACTGGGTCGCTTTTGGGATTACCTGCGCTGGGTGCAGACACTGTCTGAGCAGGTGCAGGAGGAGCTGCTCAGCCCCCAGGTCACCCAGGAACTGACGTGAGTGTCCCCATCCCGGCCCTTGACCCTCCTGGTGGGCGGCTATACCTCCCCAGGTCCAGGTTTCATTCTGCCCCTGCCACTAAGTCTTGGGGGCCTGGGTCTCTGCTGGTTCTAGCTTCCTCTTCCCATTTCTGACTCCTGGCTTTAGCTCTCTGGAATTCTCTCTCTCAGTTCTGTTTCTCCCTCTTCCCTTCTGACTCAGCCTGTCACACTCGTCCTGGCGCTGTCTCTGTCCTTCACTAGCTCTTTTATATAGAGACAGAGAGATGGGGTCTCACTGTGTTGCCCAGGCTGGTCTTGAACTTCTGGGCTCAAGCGATCCTCCCACCTCGCCTCCCAAAGTGCTGGGAATAGAGACATGAGCCACCTTGCTCGGCCTCCTAGCTCTTTCTTCGTCTCTGCCTCTGCTCTCTGCGTCTGTCTTTGTCTCCTCTCTGCCTCTGTCCCGTTCCTTCTCTCTTGGTTCACTGCCCTTCTGTCTCTCCCTGTTCTCCTTAGGAGACTCTCCTCTCTTCCTTCTCGAGTCTCTCTGGCTGATCCCCATCTCACCCACACCTATCC
la seqüència del genoma humà
QIKDLLVSSSTDLDTTLVLVNAIYFKGMWKTAFNAEDTREMPFHVTKQESKPVQMMCMNNSFNVATLPAEKMKILELPFASGDLSMLVLLPDEVSDLERIEKTINFEKLTEWTNPNTMEKRRVKVYLPQMKIEEKYNLTSVLMALGMTDLFIPSANLTGISSAESLKISQAVHGAFMELSEDGIEMAGSTGVIEDIKHSPESEQFRADHPFLFLIKHNPTNTIVYFGRYWSP
la seqüència i l’estructura de les proteïnes
gene function
ACTCAGCCCCAGCGGAGGTGAAGGACGTCCTTCCCCAGGAGCCGGTGAGAAGCGCAGTCGGGGGCACGGGGATGAGCTCAGGGGCCTCTAGAAAGATGTAGCTGGGACCTCGGGAAGCCCTGGCCTCCAGGTAGTCTCAGGAGAGCTACTCAGGGTCGGGCTTGGGGAGAGGAGGAGCGGGGGTGAGGCCAGCAGCAGGGGACTGGACCTGGGAAGGGCTGGGCAGCAGAGACGACCCGACCCGCTAGAAGGTGGGGTGGGGAGAGCATGTGGACTAGGAGCTAAGCCACAGCAGGACCCCCACGAGTTGTCACTGTCATTTATCGAGCACCTACTGGGTGTCCCCAGTGTCCTCAGATCTCCATAACTGGGAAGCCAGGGGCAGCGACACGGTAGCTAGCCGTCGATTGGAGAACTTTAAAATGAGGACTGAATTAGCTCATAAATGGAAAACGGCGCTTAAATGTGAGGTTAGAGCTTAGAATGTGAAGGGAGAATGAGGAATGCGAGACTGGGACTGAGATGGAACCGGCGGTGGGGAGGGGGAGGGGGTGTGGAATTTGAACCCCGGGAGAGAAAGATGGAATTTTGGCTATGGAGGCCGACCTGGGGATGGGGAAATAAGAGAAGACCAGGAGGGAGTTAAATAGGGAATGGGTTGGGGGCGGCTTGGTAACTGTTTGTGCTGGGATTAGGCTGTTGCAGATAATGGAGCAAGGCTTGGAAGGCTAACCTGGGGTGGGGCCGGGTTGGGGTCGGGCTGGGGGCGGGAGGAGTCCTCACTGGCGGTTGATTGACAGTTTCTCCTTCCCCAGACTGGCCAATCACAGGCAGGAAGATGAAGGTTCTGTGGGCTGCGTTGCTGGTCACATTCCTGGCAGGTATGGGGCGGGGCTTGCTCGGTTTTCCCCGCTTCTCCCCCTCTCATCCTCACCTCAACCTCCTGGCCCCATTCAAGCACACCCTGGGCCCCCTCTTCTTCTGCTGGTCTGTCCCCTGAGGGGAAAGCCCAGGTCTGAGGCTTCTATGCTGCTTTCTGGCTCAGAACAGCGATTTGACGCTCTGTGAGCCTCGGTTCCTCCCCCGCTTTTTTTTTTTCAGCCAGAGTCTCACTCTGTCGCCCAGGCTGGAGTGCAGTGGCGCAATCTCAGCTCACTGCAAGCTCCGCCTCCCGGGTTCACGCTATTCTCCCGCCTCAGCCTCCCGAGTAGCTGGGACTACAGGCGCCCGCCACCATGCCCGGCTAATTTTTTGTACTTTGAGTAGGGAAGGGGTTTCACTGTATTATCCAGGATGGTCTCTATCTCCTGACCTCGTGATCTGCCCGCCTGGCCTCCCAAAGTGCTGGAATTACAGGCGTGAGCCTCCGCGCCCGGCCTCCCCATCCTTAATATAGGAGTTAGAAGTTTTTGTTTGTTTGTTTTGTTTTGTTTTTGTTTTGTTTTGAGATGAAGTCCCTCTGTCGCCCAGGCTGGAGTGCAGTGGCTCCCAGGCTGGAGTTCAGTGGCTGGATCTCGGCTCACTGCAAGCTCCGCCTCCCAGGTTCACGCCATTCTCCTGCCTCAGCCTCCGGAGTAGCTGGGACTACAGGAACATGCCACCACACCCGACTAACTTTTTTTGTATTTTTAGTAGAGACGGGGTTTCACCATGTTGGCCAGGCTGGTCTGGAACTCCTGACCTCAGGTGATCTGCCTGCTTCAACCTCCCAAAGTGCTGGGATTACAGACGTGGGCCACCGCGCCCGGCTGGGAGTTAAGAGGTTTCTAATGCATTGCATTAGAATACCAGACACGGGACAGCTGTGATCTTTATTCTCCATCACCCCACACAGCCCTGCCTGGGGCACACAAGGACACTCAATACACGCTTTTCGGGCGCGGTGGCTCAAGCTGTAATCCCAGCACTTTGGGAGGCTGAGGCGGGTGGTACATGAGGTCAGGAGATCGAGACCATCCTGGCTAACATGGTGAAACCCCGTCTCTACTAAAAATACAAAAAACTAGCCCGGGCGTGGTGGCGGGCGCCTGTAGTCCCAGCTACTCGGAGGCTGAGGCAGGAGAATGGCGTGAACCTGGGAGGCGGAGCTTGCAGTGAGCCGAGATCGCGCCACTGCACTCCAGCCTGGGTGACACAGCGCGAGACTCCGTCTCAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAATACACGCTTTTCCGCTAGGCACGGTGGCTCACCCCTGTAATCCCAGCATTTTGGGAGGCCAAGGTGGGAGGATCACTTGAGCCCAGGAGTTCAACACCAGACTCAGCAACATAGTGAGACTCTCTCTACTAAAAATACAAAAATTAGCCAGGCCTGGTGCCACACACCTGTGGTCCCAGCTACTCAGAAGGCTAAGGCAGGAGGATCGCTTAAGCCCAGAAGGTCAAGGTTGCAGTGAACCACGTTCAGGCCACTGCAGTCCAGCCTGGGTGACAGAGCAAGACCCTGTCTGTAAATAAATAACGCTTTTCAAGTGATTAAACAGACTCCCCCCTCACCCTGCCCACCATGGCTCCAAAGCAGCATTTGTGGAGCACCTTCTGTGTGCCCCTAGGTACTAGCTGCCTGGACGGGGTCAGAAGGAACCTGAACCACCTTCAACTTGTTCCACACAGGATGCCAGGCCAAGGTGGAGCAACCGGTGGAGCCAGAGACAGAACCCGACGTTCGCCAGCAGGCTGAGTGGCAGAGCGGCCAGCCCTGGGAGCTGGCACTGGGTCGCTTTTGGGATTACCTGCGCTGGGTGCAGACACTGTCTGAGCAGGTGCAGGAGGAGCTGCTCAGCCCCCAGGTCACCCAGGAACTGACGTGAGTGTCCCCATCCCGGCCCTTGACCCTCCTGGTGGGCGGCTATACCTCCCCAGGTCCAGGTTTCATTCTGCCCCTGCCACTAAGTCTTGGGGGCCTGGGTCTCTGCTGGTTCTAGCTTCCTCTTCCCATTTCTGACTCCTGGCTTTAGCTCTCTGGAATTCTCTCTCTCAGTTCTGTTTCTCCCTCTTCCCTTCTGACTCAGCCTGTCACACTCGTCCTGGCGCTGTCTCTGTCCTTCACTAGCTCTTTTATATAGAGACAGAGAGATGGGGTCTCACTGTGTTGCCCAGGCTGGTCTTGAACTTCTGGGCTCAAGCGATCCTCCCACCTCGCCTCCCAAAGTGCTGGGAATAGAGACATGAGCCACCTTGCTCGGCCTCCTAGCTCTTTCTTCGTCTCTGCCTCTGCTCTCTGCGTCTGTCTTTGTCTCCTCTCTGCCTCTGTCCCGTTCCTTCTCTCTTGGTTCACTGCCCTTCTGTCTCTCCCTGTTCTCCTTAGGAGACTCTCCTCTCTTCCTTCTCGAGTCTCTCTGGCTGATCCCCATCTCACCCACACCTATCC
gene function
LA SEQÜÈNCIA DEL GENOMA HUMÀ
computing at Celera Genomics
•200 teraflops•1000 vegades més potent que deep blue•Més potent que els 500 ordinadors més potents avui en dia
llei de Moore
growth of genomic data(http://www.dna.affrc.go.jp/htdocs/growth/)
de que tracta la bioinformàtica?
predicció de gens
predicció de gens
alineament de seqüències
Margaret Dayhoff i colaboradors van començar a compilar lesseqüències d’aminoàcids conegudes: els Atlas of Protein Sequence and structure. En la quarta edició a finals dels 60, l’Atlas contenia al voltant de 300 seqüències de proteïnes.
alineament de seqüències
alineament de seqüències
Les seqüències d’aminoàcids i de nucleòtids són portadores de gran quantiat de informació sobre la funció i la història d’aquestes molècules: seqüències similars indiquen una funció o una història similar.
El problema de determinar el grau de similitud entre dues seqüències és clau en Biologia Molecular.
Query: 25 IPREVIERLARSQIHSIRDLQRLLEIDSVGSEDSLDTSLRAHGVHATKHVPEKRPLPIRR 84 IP E+ + L+ I S DLQRLL+ DS G ED + L H+ + R Sbjct: 10 IPEELYKMLSGHSIRSFDDLQRLLQGDS-GKEDGAELDLNMTRSHSGGELESLA----RG 64
Query: 85 KRSI------EEAVPAVCKTRTVIYEIPRSQVDPTSANFLIWPPCVEVKRCTGCCNTSSV 138 KRS+ E A+ A CKTRT ++EI R +D T+ANFL+WPPCVEV+RC+GCCN +VSbjct: 65 KRSLGSLSVAEPAMIAECKTRTEVFEISRRLIDRTNANFLVWPPCVEVQRCSGCCNNRNV 124
Query: 139 KCQPSRVHHRSVKVAKVEYVRKKPKLKEVQVRLEEHLECAC 179 +C+P++V R V+V K+E VRKKP K+ V LE+HL C CSbjct: 125 QCRPTQVQLRPVQVRKIEIVRKKPIFKKATVTLEDHLACKC 165
cerques de similaritat en bases de dades
FASTA
1982: Wilbur and Lipman,
1985: Lipman and Pearson
BLAST
1990: Altschul, Gish, Miller, Myers and Lipman
growth factors and oncogens.
>sp|P01128|TSIS_SMSAV TRANSFORMING PROTEIN P28-SIS Length = 226
Score = 140 bits (350), Expect = 2e-33 Identities = 75/161 (46%), Positives = 100/161 (61%), Gaps = 11/161 (6%)
Query: 25 IPREVIERLARSQIHSIRDLQRLLEIDSVGSEDSLDTSLRAHGVHATKHVPEKRPLPIRR 84 IP E+ + L+ I S DLQRLL+ DS G ED + L H+ + R Sbjct: 10 IPEELYKMLSGHSIRSFDDLQRLLQGDS-GKEDGAELDLNMTRSHSGGELESLA----RG 64
Query: 85 KRSI------EEAVPAVCKTRTVIYEIPRSQVDPTSANFLIWPPCVEVKRCTGCCNTSSV 138 KRS+ E A+ A CKTRT ++EI R +D T+ANFL+WPPCVEV+RC+GCCN +VSbjct: 65 KRSLGSLSVAEPAMIAECKTRTEVFEISRRLIDRTNANFLVWPPCVEVQRCSGCCNNRNV 124
Query: 139 KCQPSRVHHRSVKVAKVEYVRKKPKLKEVQVRLEEHLECAC 179 +C+P++V R V+V K+E VRKKP K+ V LE+HL C CSbjct: 125 QCRPTQVQLRPVQVRKIEIVRKKPIFKKATVTLEDHLACKC 165
Doolittle: Search of the Platelet Derived Growth Factor sequence
predicció de l’estructura de les proteïnes
modelització molecular
disseny de fàrmacs
reconstrucció filogenètica
Construcció de filogènies a partir de les seqüències compilades per Dayhoff
genomics as information science
anàlisi comparativa de genomes:Helicobacter pylori
gens humans implicats en malaties, en llevat
informàtica de microarrays
interaccions entre proteïnes
gene function
decodificació del genoma computational biology,biological computations
LM Adelman, “Molecular computations of soluctions to combinatorial problems”,Science 1994.
Recommended
