INTRODUCCI

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INTRODUCCIÓN A LA BIOINFORMÁTICA
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• We are drowning in information and starved for
  knowledge
• John Naisbitt
• Who on efficient work is bent,Must choose the
  fittest instrument.
• Goehthe (Fausto)

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Esquema de la exposición

• Introducción La explosión de información
• Sobre información biológica
• Pero, qué es la bioinformática?
• Los grandes bloques temáticos de la BIF
• Los grandes centros y bancos de datos
• Un poco de práctica
• Referencias

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Una explosión de información
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Presentación

• El fin del siglo XX ha visto una explosión de
  información provinente de los seres vivos,
  especialmente en biología molecular
• Secuenciación de genomas
• Secuencia y estructura de proteínas
• Estudios sobre la expresión simultánea de muchos
  genes bajo muchas condiciones diferentes.

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El crecimiento explosivo de datos
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Crecimiento de GenBank
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Genomes Online Database
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La información biológica
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La información biológica

• La información biológica se encuentra
• codificada en los genes y
• se expresa a partir / mediante los genes
• Esta idea se refleja en el Dogma Central de la
  Biologia Molecular

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El dogma central
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Información biológica y bioinformática

• La biología se enfrenta con el problema de la
  decodificación del lenguaje biológico
• Como se codifica la información en los genes?
• Como (cuando, ...) se traduce esta información?
• Ej. Splicing alternativo
• Qué determina la estructura de las proteínas?
• Como se determina la función de las proteínas
• La bioinformática sirve para estudiar como se
  procesa toda esta información biológica

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(No Transcript)
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La información biológica

• Los ácidos nucleicos (AN) contienen la
  información para generar los organismos
• DNA ? RNA ? PROTEINAS ? Función
• Las proteínas se forman con aminoácidos (AA)
  unidos en secuencias lineales
• Las instrucciones para definir la secuencia de AA
  están codificadas en los AN por grupos de tres
  nucleótidos, en un código genético redundante

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El código genético
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Codificación de información biológica

• Las secuencias biológicas se organizan en grupos
  con un significado, en general desconocido para
  nosotros
• Podemos distinguir una jerarquía (niveles de
  organización) que podemos comparar con
• Frases (las proteínas)
• Palabras (motivos o configuraciones)
• Letras (Los AA o los nucleótidos)

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Descifrado de la información biológica

• Las secuencias, establecidas experimentalmente se
  representan como cadenas de un alfabeto y se
  comparan
• Regiones comunes asocian las palabras a
  propiedades comunes de las moléculas
• Regiones diferentes revelan palabras con un
  sentido asociado a propiedades que diferencian a
  las moléculas
• Muchas regiones no contienen información

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Pero, qué es la bioinformática?
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La Bioinformática

• Nace al pairo del
• desarrollo de nuevas tecnologías y de
• su aplicación para la generación de grandes
  cantidades de datos.
• La disciplina científica que engloba todos los
  aspectos de la adquisición, procesamiento,
  distribución, análisis, interpretación e
  integración de la información biológica

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Bioinformatica e interdisciplinariedad
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Bioinformática, Biología yBiología Computacional
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Biología Computacional o Bioinformática

• Computational biology applies the techniques of
  computer science, applied mathematics and
  statistics to address biological problems.
• Bioinformatics is the application of information
  technology to the field of molecular biology.

It's Biometry, st...
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Genómica y Bioinformática
The future of genomics rests on the foundation of
the Human Genome Project
24
Los ámbitos de la Bioinformática
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Los ámbitos de la Bioinformática

• Organización de la información
• Bases y bancos de datos
• Algoritmos y herramientas de explotación
• Análisis e interpretación de resultados
  experimentales
• Secuenciación y análisis de genomas
• Genómica Comparatíva
• Transcriptómica y expresión génica
• Proteómica, redes de interacción PPI
• Modelos de Sistemas Biológicos

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Organización de la información
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Análisis e interpretación
A G G G T T A T G C G C G
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Modelizacion de sistemas biologicos
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Bioinformática Integrativa
29
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En resumen
Recursos y herramientas bioinformáticos
Datos
Conocimiento

• Como quiera que se defina, desde donde quiera que
  se mire, el papel de la Bioinformática ha sido,
  es y será crucial para el avance de la Biología y
  la Medicina del siglo XXI

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Que es un_at_ bioinformatic_at_

• 2 Entorno, formación, actividades de l_at_s
  bioinformatic_at_s

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Que sabe un_at_ bioinformatic_at_?

• Debe tener sólidos conocimientos en
• Alguna disciplina biológica
• Bioquímica, Genética,
• Entornos de desarrollo informáticos
• SO Linux, LenguajesPerl, Java, R, Bases de
  datos SQL, Desarrollo web PHP, ASP, Ajax
• Alguna disciplina cuantitativa
• Matemáticas, Estadística, Física
• Al menos dos de las tres anteriores!!

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Que hace un_at_ bioinformatic_at_?

• Gestión de la información
• Implementación y explotación de bases de dados
  locales o en internet.
• Instalación, mantenimiento de servidores web.
• Desarrollo de aplicaciones
• Elaboración de programas locales o web,
• Explotación y análisis de datos
• Microarrays, datos de alto rendimiento

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Donde se hace Bioinformática

• Centros Especializados
• EBI, NCBI, EMBL.
• INB / Plataforma Bioinformatica de la UAB.
• Servicios Bioinformáticos de centros de
  investigación,
• UEB, UBB, BU
• Universidades,
• Laboratorios Farmacéuticos,

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Como se hace Bioinformatica

• Usualmente, aunque no necesariamente la BIF tiene
  vocación universal, de acceder al máximo de
  usuarios
• Suele buscarse soluciones WEB
• Suele basarse en proyectos más o menos open
  source de distribución libre.
• Esto no es del todo general
• Por ejemplo Ingenuity Pathway Analysis no es
  gratis pero es bueno.

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Para saber más

• Existen multitud de recursos gratuitos
• 2can en el EBI
• Tutoriales del NCBI
• Cursos locales
• Introducción a la Bioinformatica (A. Sanchez
  UEB/UB)
• Invitacio a la Bioinformatica (Plataforma BIF
  UAB)
• Una gran variedad de libros sobre el tema
• List of books on bioinformatics
• Revistas y sociedades científicas
• Bioinformatics, Briefings in Bioinformatics
• International Society for Computational Biology

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Los centros de bioinformática y los bancos de
datos
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Las bases de datos biológicas

• Buena parte del trabajo en bioinformática
  consiste en la construcción y/o explotación de
  bases de datos de información biológica
• Se usan, por ejemplo para
• Añadir o buscar información (anotaciones)
• Buscar similitudes o patrones
• Hacer predicciones
• De estructura o función en proteínas
• De genes en genomas

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El acceso a los recursos

• La WWW ha revolucionado la provisión de servicios
  en bioinformática
• Muchas cosas pueden hacerse a través de internet
  sin que sean necesarias copias locales de las
  bases de datos o el software para explotarlas
• A pesar de esta globalización existen
  organizaciones que centralizan los recursos

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Centros y recursos importantes

• Centros importantes a nivel mundial
• EMBL / EBI (www.embl.org / www.ebi.ac.uk )
• NCBI ( www.ncbi.nlm.nih.gov )
• DDBJ ( www.ddbj.nig.ac.jp )
• Bases de datos biológicas
• EMBL DNA sequence database
• SWISSPROT i TREMBL
• PIR, PDB
• Catálogo de bases de datos biológicas
• www.infobiogen.fr/services/dbcat

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Un poco de práctica
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Ejemplos de uso de la Bioinformática

• Clasificación de un hongo, comparando una
  secuencia suya con las de una base de datos para
  determinar si las hay similares
• Visualización de estructuras moleculares en tres
  dimensiones
• Introducción al análisis de secuencias

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Ejemplo 1 Identificación de un hongo

• Unos investigadores han detectado una infección
  fúngica en un cultivo agrario.
• En caso de duda en la identificación directa
  (crecimiento lento del hongo, características
  morfológicas similares entre varias especies,
  etc.) se puede plantear la alternativa siguiente
• Secuenciar un fragmento del ADN del hongo
• Buscar en bases de datos moleculares intentando
  encontrar la misma secuencia o una lo más similar
  posible (DB homology search)

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Ej. 1.1 Secuencia característica

• Obtenemos la secuencia siguiente
• gtttacgctctacaaccctttgtgaacatacctacaactgttgcttcggc
  gggtagggtctccgcgaccctcccggcctcccgcctccgggcgggtcggc
  gcccgccggaggataaccaaactctgatttaacgacgtttcttctgagtg
  gtacaagcaaataatcaaaacttttaacaaccggatctcttggttctggc
  atcgatgaagaacgcagcgaaatgcgataagtaatgtgaat

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Ej. 1.2 Búsqueda de la secuencia en una base de
datos

• Vía internet accedemos al EBI European
  Bioinformatics Institute
• Aquí escogemos la opción Tools y
• Seleccionamos Fasta3 ?
• Seleccionamos en DATABASES
• Nucleic ACIDS , FUNGI
• Enganchamos la secuencia y hacemos la consulta
• Obtendremos un listado de especies ordenado de
  mayor a menor similitud

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i) Vamos a la Web del EBI
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ii) Escogemos la opción Tools?
48
iii) En Tools seleccionamos FASTA3
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iv) la opción DATABASES? NUCLEIC ACIDS, FUNGI
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v) Enganchamos la secuencia en el cuadro
inferiory ejecutar (Run FASTA 3)
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v) Resultados de la búsqueda

• FASTA searches a protein or DNA sequence data
  bank
• version 3.3t09 May 18, 2001
• Please cite
• W.R. Pearson D.J. Lipman PNAS (1988)
  852444-2448
• _at_1- 241 nt
• vs EMBL Fungi library
• searching /ebi/services/idata/v225/fastadb/em_fun
  library
• 104701680 residues in 66478 sequences
• statistics extrapolated from 60000 to 61164
  sequences
• Expectation_n fit rho(ln(x))
  -1.2290/-0.000361 mu 72.1313/- 0.026
• mean_var907.6270/-295.007, 0's 68 Z-trim
  4246 B-trim 15652 in 3/79
• Lambda 0.0426
• FASTA (3.39 May 2001) function optimized, 5/-4
  matrix (5-4) ktup 6
• join 48, opt 33, gap-pen -16/ -4, width 16
• Scan time 3.180

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Ejemplo 2 Visualización de estructuras
moleculares

• RASMOL es un programa para visualizar estructuras
  moleculares en tres dimensiones
• Haciendo click aquí podéis acceder a una guía
  rápida del programa desde donde podréis
  descargarlo, instalarlo y ejecutarlo con facilidad

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Ejemplo 3 Introducción práctica al análisis de
secuencias

• Haciendo click aquí se accede al Bioinformatics
  Web Practical del servicio de Bioinformática de
  la Universidad de Manchester (UMBER)
• El objetivo de este tutorial es
• Dar un vistazo a algunos recursos bioinformáticos
  existentes en Internet
• Adquirir una primera idea sobre que es el
  análisis de secuencias
• A continuación podéis ver algunas de las
  pantallas que aparecerán

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Enganchamos una secuencia al traductor
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Traducción de la secuencia y búsqueda en OWL
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La secuencia ha sido identificada