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Bioinformatique

Laurent Bianchetti

Plate-forme Bioinformatique de Strasbourg (BIPS)Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire (IGBMC)1 rue Laurent Fries67404 IllkirchFrance

5, 12, 20 et 21 Décembre 2012Institut Universitaire de Technologie de ColmarGénie biologique

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Madame Christine Le-JeuneLaboratoire Vigne Biotechnologies et Environnement, EA-3991Université de Haute-Alsace, UFR PEPS33, rue de Herrlisheim, 68008 Colmar cedex France

Dr Olivier PochLaboratoire de Bioinformatique et Génomique Intégrative (LBGI)Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire (IGBMC)1 rue Laurent Fries67404 IllkirchFrance

Les étudiants de l’IUT de Biotechnologie de Colmar

Remerciements

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Partie I (Mer. 5 Déc.) 1h30 cours + 2h30 TDBioinformatique appliquée à la biologie moléculaire

Structure du cours

Partie II ( Mer. 12 Déc.) 1h30 cours + 2h30 TDBanques de séquences biologiques et comparaison de séquences

Partie III ( Jeu. 20 Déc.) 1h30 cours + 2h30 TDBioinformatique à l’ère de la biologie globale ou « omics »

Partie IV ( Ven. 21 Déc.) 1h30 articles et discussionNouveautés et perspectives (« News and views »)

Examen ( Ven. 21 Déc.) 1h30

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Partie I

Bioinformatique appliquée à la biologie moléculaire

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Outils bioinformatiques de support à la biologie moléculaire (« wet

lab. »)

Disponibles sur PC/Mac en proximité de la paillasse

Outils académiques ou commerciaux

Outils mono-poste/mono-utilisateur (commerciaux)ou mutualisés (académiques)

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Avantages:- Gratuits ou très peu onéreux (contribution)- Usage illimité- Applications téléchargeables d’un site web ou bien

disponibles en interface web- Peuvent être mis en commun sur serveur de calcul

Outils académiques

Inconvénients:-Une batterie d’outils peut être nécessaire pour mener un traitement complet (!= intégration)-Le graphisme peut ne pas être une priorité(programmes en ligne de commande)-Le développement peut s’arrêter faute de moyen

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Outils commerciauxAvantages:-Interface graphique puissante-Interactivité-Fonctionnalités/Intégration-Support, manuels, webinars, etc …-Portabilité (PC windows/Linux, MAC)

Inconvénients:- Payants-Complexité des licences (modules en suppléments)- Monoposte, voire mono-utilisateur-Format propriétaire (compatibilité limitée avec d’autres logiciels)

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Plate-formes informatiques

et outils logiciels appliqués à la biologie

moléculaire

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Plate-formes informatiques

Hardware Système d’exploitation(OS)

Version Processeur

Mac Mac OS X intel, X PPC universel

PC Windows XP, Vista, 7 32 binary digits (*) 64 ‘’

Linux Debian, Ubuntu, Redhat, etc …

32 binary digits 64 ‘’

Serveur de calcul

Solaris (Unix)Linux

‘’ ‘’

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Windows ( Menu démarrer => Panneau de configuration => Système et maintenance => Système)

Mon PC est il 32 ou 64 bits ?

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Linux => System monitor => onglet System

Les programmes 32 bits sont compatibles avec les processeurs 64Pas l’inverse !!!!

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Compatibilité d’outils académiques

avec les différentes plate-formes

FinchTV

Web, http://bips.u-strasbg.fr

Outils > EMBOSS

seqmerge

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NGS Avadis

Vector NTI

GCK

Compatibilité d’outils commerciaux

avec les différentes plate-formes

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Compatibilité d’application sous Windows, Mac OS et Linux

Wine est un outil gratuit qui permet d’exécuter des applications windowssous Linux et Mac OS X

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Fonctionnalitésdes logiciels appliqués à la

biologie moléculaire

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Fonctionnalité I: clonage virtuel

ApE, Gene Construction Kit

Format compatibles Fasta, Genbank, etc …

Représentation graphique de plasmide (annotation)

Carte de restriction

Clonage assisté (couper/coller ,vecteur/insert)

Gel d’électrophorèse virtuel

Annotation de séquence : ORF, cassette de clonage

Edition de séquence

GGATCCCCTAGG

BamH1

Le logiciel doit assister ce couper/coller spécialet vérifier la compatibilitédes extrémités insert/vecteur

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Clonage virtuel non-assisté (ApE)

GGATCCCGATGCGATCAGTACGATAGACATGACAGCTGGATCCCCTAGGGCTACGCTAGTCATGCTATCTGTACTGTCGACCTAGG

CGATGCGATCAGTAGGATCCCGATAGACATGACAGCTGGTACGCTAGTCATCCTAGGGCTATCTGTACTGTCGA

1) Vecteur => couper

2) Insert => copie

3) Clonage => collage

BamH1

GGATCCCGATGCGATCAGTACGATAGACATGACAGCTGGATCCCCTAGGGCTACGCTAGTCATGCTATCTGTACTGTCGACCTAGG

CGATGCGATCAGTAGGTACGCTAGTCAT

CGATAGACGCTATCTG

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Clonage virtuel assisté (GCK)

GATCCCGATGCGATCAGTACGATAGACATGACAGCTG

CGATGCGATCAGTAGGATCCCGATAGACATGACAGCTGGTACGCTAGTCATCCTAGGGCTATCTGTACTGTCGA

GGTACGCTAGTCATGCTATCTGTACTGTCGACCCTAG

1) Vecteur => couper spécial (mode enzyme de restriction)

2) Insert => copie spéciale

G GATCC

C CTAG G

3) Clonage => collage spécial

CGATCAGTAGGCTAGTCATCCTAG

GATCCCGATAGACAT GGCTATCTGTA

GATCCCGATGCGATCAGTACGATAGACATGACAGCTGGGTACGCTAGTCATGCTATCTGTACTGTCGACCCTAG

(fonction inversion implémentée)

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ApE

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Gene construction Kit (Textco)

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Fonctionnalité II: affichage de chromatogrammes de séquençage

FinchTV, ApE, seqmerge, EMBOSS (abiview)

Lecture du format abi, fasta

Représentation graphique des chromatogrammes de séquençage

Séquence « par défaut » générée automatiquement

Navigation sur la séquence

Modulation de la hauteur et largeur des pics

Edition de la séquence choisie par le séquenceur

Affichage de plusieurs chromatogrammes alignés

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FinchTV

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seqmerge, Vector NTI, DNAstar

Lecture du format abi, fasta

Affichage d’empilement et d’alignement de reads

Facilité d’assemblage et désassemblage

Rapidité d’assemblage

Séquence consensus

Export (fasta, MSF)

Fonctionnalité III: assemblage de fragments

seqmergepréliminaire: le Xwindow

À l’IGBMC, seqmerge est installé sur le serveur solaris « bips »

On accède à « bips » par un programme appelé Xwindow (ou xterm)

Le Xwindow est installé sur le PC ou le MAC de l’utilisateur

Le Xwindow permet d’afficher des outils à interface graphiqueaprès connection à un serveur

connection au serveur par login/mot de passe

Environnement gcg

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Le programme Xwindow

Comment se procurer un programme Xwindow ?Comment obtenir l’affichage graphique ?

Icône « terminal »

>ssh -X mon_identifiant_utilisateur@nom_du_serveur

http://sourceforge.net/projects/xming/ => download

Xming

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1) 2)

3) 4)

Paramétrage d’Xming sous windows

Afficher l’interface de seqmerge

>gcg (puis return)

>seqmerge& (pui return)

Ne tapper PASSeqmerge& ou SeqMerge& ou Seq merge&

Charger des fichiers .ab1

Assemblage de fragments

Affichage de l’assemblage

Double click

Affichage des chromatogrammes

Menu File du « Seqmerge contig editor » => show traces

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Fonctionnalité IV:design de primerPrimer3 (http://primer3.wi.mit.edu/)EMBOSS (primer3)ApEGCK (Tools > PCR analysis)etc …

Paramétrage (=> Primer3)

Spécificité

(éléments répétés => http://www.repeatmasker.org/cgi-bin/WEBRepeatMasker)(Paralogie)(Domaines « lego »)(segments de faible complexité => EMBOSS (etandem)

Haut-débit (EMBOSS en ligne de commande)

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Production de primers en haut-débit dans EMBOSS

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Fonctionnalité V: boîte à outils

Web, http://bips.u-strasbg.fr

Outils > EMBOSS

European Molecular Biology Software Suite

revcomp => reverse complementvectorstrip => supprime de la séquence de vecteur aux extrêmités

5’ et 3’ d’une séquence / vecscreen (NCBI)transeq => traduction d’un cDNAextractseq => extrait une région d’une séquence en donnant les

positions de début et de fin sixpack => affiche une séquence d’ADN « query » et sa traduction

dans les 6 cadres de lecture Etc …

Explorez EMBOSS !!

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Licence Primer design

Clonagevirtuel

Séquençage(chromato.)

Assemblagede fragments

GCK Com.

ApE Aca.

Vector NTI

Com.

DNAstarLasergene core suite

Com.

FinchTV Aca.

Seqmerge (Accelrys)

Aca.

EMBOSS Aca.

NGS

Genomic suite

Récapitulatif

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Témoignage d’un utilisateur de vecteur NTI Bonjour,

Invitrogen a passé Vector NTI en version 11 et celle ci est devenu payante, sachant que toutes les licences gratuites de vector NTI 10 expirerons fin mars.... et vu les prix on ne peut pas se permettre de prendre une licence même avec la promotion actuel :

1-year Academic License EUR 685.00 EUR 411.00 40%3-year Academic License EUR 1638.00 EUR 1146.00 30%

Vu que je possède avec mon équipe une base assez conséquente de vecteurs, j'aimerais trouver d'une part un logiciel équivalent à vector NTI mais gratuit et d'autre part que celui-ci soit compatible avec le format d'enregistrement de vector NTI c'est à dire les fichier .gb comme cela je n'aurai qu‘à exporter ma base de données et non à reprendre toutes les séquences.

J'ai entendu parler de ApE mais celui-ci ne me paraît pas terribleJe vais pour le moment tester Serial Cloner.

Donc si vous avez de bon logiciels gratuits, faites moi signe

Posté en nov 2008 sur Futura forum

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Il n’existe pas d’outil bioinformatique idéal pour assister la biologie moléculaire.

Les outils académiques ont l’avantage d’être gratuits mais leur usage peut être laborieux (ligne de commande, manuel incomplet, fonctionnalités qui manquent, etc …) et doivent être combinés.

Les outils commerciaux offrent du confort mais il faut y mettre le prix dans un contexte de réduction des fonds alloués à la recherche

Conclusion

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Adaptez-vous à l’outil utilisé dans votre laboratoire d’accueil. Ne réclamez pas l’outil que vous utilisiez dans le laboratoire précédent si une autre solution logicielle est disponible sur place.

Soyez ouvert à l’utilisation de plusieurs outils, ils se complètent.

S’il n’y a pas d’outil, soyez d’abord débrouillard, plutôt que dépensier. Vous n’en serez que plus appréciés.

Donnez la préférence aux outils académiquessi l’on vous donne du temps, sinon demandez un outil commercial si

vous êtes dans l’urgence ou en « production ».

Si vous utilisez des outils, n’oubliez pas à la fin d’une présentation, ou dans une publication de les citer (référence)

Conseils

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1) Tutorial de GCK sur version « demo » du logiciel- Manipulation de base (carte de restriction, ORF, …)- Clonage virtuel assisté- Gel d’électrophorèse virtuel- Importation d’un plasmide (Genbank) dans GCK

2) Traduction d’un cDNA et design de primers dans EMBOSS

4) Exploration de FinchTV 5) Démonstration d’assemblage de fragments et

visualisation de chromatogrammes de séquençage dans seqmerge

Session pratique