Bioinformatique Laurent Bianchetti Plate-forme Bioinformatique de Strasbourg (BIPS) Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire (IGBMC) 1 rue Laurent Fries 67404 Illkirch France 5, 12, 20 et 21 Décembre 2012 Institut Universitaire de Technologie de Colmar Génie biologique

Remerciements Madame Christine Le-Jeune Dr Olivier Poch Laboratoire Vigne Biotechnologies et Environnement, EA-3991 Université de Haute-Alsace, UFR PEPS 33, rue de Herrlisheim, 68008 Colmar cedex France Dr Olivier Poch Laboratoire de Bioinformatique et Génomique Intégrative (LBGI) Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire (IGBMC) 1 rue Laurent Fries 67404 Illkirch Les étudiants de l’IUT de Biotechnologie de Colmar

Structure du cours Partie I (Mer. 5 Déc.) 1h30 cours + 2h30 TD Bioinformatique appliquée à la biologie moléculaire Partie II ( Mer. 12 Déc.) 1h30 cours + 2h30 TD Banques de séquences biologiques et comparaison de séquences Partie III ( Jeu. 20 Déc.) 1h30 cours + 2h30 TD Bioinformatique à l’ère de la biologie globale ou « omics » Partie IV ( Ven. 21 Déc.) 1h30 articles et discussion Nouveautés et perspectives (« News and views ») Examen ( Ven. 21 Déc.) 1h30

Partie I Bioinformatique appliquée à la biologie moléculaire

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)

Outils académiques 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 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

Outils commerciaux Avantages: -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)

Plate-formes informatiques et outils logiciels appliqués à la biologie moléculaire

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) ‘’

Mon PC est il 32 ou 64 bits ? Windows ( Menu démarrer => Panneau de configuration => Système et maintenance => Système)

Linux => System monitor => onglet System Les programmes 32 bits sont compatibles avec les processeurs 64 Pas l’inverse !!!!

Compatibilité d’outils académiques avec les différentes plate-formes FinchTV seqmerge Web, http://bips.u-strasbg.fr Outils > EMBOSS

Compatibilité d’outils commerciaux avec les différentes plate-formes GCK Vector NTI NGS Avadis

Compatibilité d’application sous Windows, Mac OS et Linux Wine est un outil gratuit qui permet d’exécuter des applications windows sous Linux et Mac OS X

Fonctionnalités des logiciels appliqués à la biologie moléculaire

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 BamH1 GGATCC CCTAGG Le logiciel doit assister ce couper/coller spécial et vérifier la compatibilité des extrémités insert/vecteur

Clonage virtuel non-assisté (ApE) BamH1 1) Vecteur => couper CGATGCGATCAGTAGGATCCCGATAGACATGACAGCT GGTACGCTAGTCATCCTAGGGCTATCTGTACTGTCGA 2) Insert => copie GGATCCCGATGCGATCAGTACGATAGACATGACAGCTGGATCC CCTAGGGCTACGCTAGTCATGCTATCTGTACTGTCGACCTAGG 3) Clonage => collage CGATGCGATCAGTA GGTACGCTAGTCAT GGATCCCGATGCGATCAGTACGATAGACATGACAGCTGGATCC CCTAGGGCTACGCTAGTCATGCTATCTGTACTGTCGACCTAGG CGATAGAC GCTATCTG

Clonage virtuel assisté (GCK) 1) Vecteur => couper spécial (mode enzyme de restriction) CGATGCGATCAGTAGGATCCCGATAGACATGACAGCT GGTACGCTAGTCATCCTAGGGCTATCTGTACTGTCGA 2) Insert => copie spéciale G GATCCCGATGCGATCAGTACGATAGACATGACAGCTG GATCC C CTAG GGTACGCTAGTCATGCTATCTGTACTGTCGACCCTAG G 3) Clonage => collage spécial CGATCAGTAG GCTAGTCATCCTAG GATCCCGATGCGATCAGTACGATAGACATGACAGCTG GATCCCGATAGACAT GGCTATCTGTA GGTACGCTAGTCATGCTATCTGTACTGTCGACCCTAG (fonction inversion implémentée)

ApE

Gene construction Kit (Textco)

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

FinchTV

Fonctionnalité III: assemblage de fragments 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)

seqmerge préliminaire: 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 graphique après connection à un serveur connection au serveur par login/mot de passe Environnement gcg

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

Paramétrage d’Xming sous windows 1) 2) 3) 4)

Afficher l’interface de seqmerge >gcg (puis return) >seqmerge& (pui return) Ne tapper PAS Seqmerge& 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

Fonctionnalité IV:design de primer EMBOSS (primer3) ApE GCK (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)

Production de primers en haut-débit dans EMBOSS

Fonctionnalité V: boîte à outils Web, http://bips.u-strasbg.fr Outils > EMBOSS European Molecular Biology Software Suite revcomp => reverse complement vectorstrip => supprime de la séquence de vecteur aux extrêmités 5’ et 3’ d’une séquence / vecscreen (NCBI) transeq => traduction d’un cDNA extractseq => 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 !!

Récapitulatif NGS Genomic suite Licence Primer design Clonage virtuel Séquençage (chromato.) Assemblage de fragments GCK Com. ApE Aca. Vector NTI DNAstar Lasergene core suite FinchTV Seqmerge (Accelrys) EMBOSS NGS Genomic suite

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 terrible Je 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

Conclusion 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

Conseils 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 académiques si 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)

Session pratique 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