Manipulació genètica de vectors virals per a estratègies de teràpia gènica en malalties autoimmunes

Els tractaments actuals per a la Malaltia de Crohn es basen en l’administració de proteïnes recombinants amb capacitat immunosupressora. Aquests tractaments són sistèmics, crònics i causen el desenvolupament d’efectes secundaris severs com infeccions amb patògens oportunistes i una major incidència de tumors. Passar d’una administració sistèmica dels immunosupressors a una administració local sembla clau per evitar la severitat i el nombre de complicacions secundàries. Ha sigut descrit recentment que el subconjunt cel•lular Th-17 juga un paper central en moltes malalties autoimmunes en humans, com ara la Malaltia de Crohn, Escleroderma, Artritis reumatoide o Psoriasis. Per determinar com la via del Th-17 es veu afectada durant el desenvolupament i els estadis aguts de la malaltia, analitzarem una gran bateria de interleuquines/citoquines i els mecanismes intracel•lulars d’activació/inhibició de l’activitat de les cèl•lules del Sistema Immune. En un segon pas, clonarem els gens seleccionats relacionats amb la immunomodulació de la via del Th-17 en vectors recentment desenvolupats (adenovirus quimera 5/40 o diferents pseudotips d’AAVs ), ja que hipotitzem que una producció local d’immunomoduladors s’assolirà amb una eficiència major fent servir aquests vectors, evitant així els efectes secundaris. A aquests efectes, hem començat el projecte clonant els gens de la IL10 i del receptor transmembrenal de la IL23 en adenovirus i en genomes d’AAV.

Bioinformática: interfaz gráfica para comparación de genomas vía web

El proyecto consiste en un entorno gráfico cuyo fin es el de visualizar, estudiar e interpretar la conservación de código genético existente entre los diferentes genomas. Una interface que permite cargar hasta ocho genomas para ser comparados en detalle, por pares o entre todos ellos a la vez. El gráfico que se muestra en la interfaz, representa los Maximal Unique Matchings entre cada par de genomas, lo que significa coincidencias de la mayor longitud posible no repetidas, en las secuencias de ADN de las especies comparadas. La finalidad es el estudio de las evoluciones que han ido apareciendo entre diferentes organismos o los genes que comparten unas especies con otras.

Desarrollo de una colección de Líneas Casi Isogénicas (NIL) para el estudio de caracteres de interés agronómico en especies del género Fragaria

Fragaria vesca posee varias características que la hacen interesante como especie modelo en la familia Rosaceae. Además, su naturaleza diploide permite sortear la complejidad genética de la fresa cultivada. Considerando que los genomas de las especies diploides y octoploides de Fragaria mantienen una relación de sintenia y colinearidad, estamos desarrollando una colección de Líneas Casi Isogénicas (NIL) en Fragaria diploide, usando Fragaria bucharica, una variedad asiática, como donante de introgresiones y Fragaria vesca var. Reine des Vallées, una variedad francesa comúnmente cultivada en España para usos industriales, como parental recurrente. Para obtener introgresiones de F. bucharica en un fondo genético homogéneo de F. vesca, se desarrolló un retrocruzamiento y se obtuvo una población BC1 que fue analizada para la presencia de alelos de F. bucharica a lo largo de los 7 grupos de ligamiento (LG) del mapa de referencia de Fragaria. Los individuos con bajo número de introgresiones de gran tamaño, que en conjunto abarcaron todo el genoma de F. bucharica, fueron seleccionados y retrocruzados con el parental recurrente. La descendencia fue analizada para los loci segregantes y los individuos BC2 con 1 ó 2 introgresiones fueron seleccionados como líneas donadoras de introgresiones de las NIL. Hasta el momento se han descrito tres fenotipos dominantes diferentes bajo condiciones de invernadero en varias NIL heterozigóticas: Las plantas con introgresiones en LG2 presentan estolones. Las plantas con introgresiones en LG1 y LG3 presentan floración temprana. Las plantas con introgresiones en LG6 presentan floración estacional. Actualmente se está trabajando en la selección y caracterización de introgresiones de pequeño tamaño mediante la autofecundación de las líneas seleccionadas. La caracterización fenotípica de los recombinantes seleccionados permitirá localizar y estimar los patrones de herencia de los genes implicados en los caracteres descritos, además de la identificación de nuevos caracteres recesivos que aparecerán en homozigosis.

Origen de la multicel·lularitat : una aproximació genòmica i funcional

En el present estudi s'analitza l'origen i evolució de 2 molècules claus pera entendre la multicel·lularitat dels animals: les molècules d'adhesió integrines i els factors de transcripció T-box. S’utilitzen els genomes recentment publicats de protists unicel•lulars parents propers dels animals. S’analitza l’origen i evolució d’aquests gens mitjançant anàlisi filogènic, determinació de motius funcionals i també tècniques de biologia molecular. A més, es documenta un cas de transferència gènica horitzontal des d'un eucariota cap a un procariota, fenomen poc habitual. Les principals conclusions són que tant l’adhesoma d'integrina com els gens T-box tenen un origen molt anterior als animals, en un context unicel•lular, i que després foren cooptats pel llinatge multicel•lular dels animals.

Bioinformática: identificar genes en una interfaz gráfica vía web para la comparación de genomas

Este trabajo desarrolla el proceso de diseño e implementación de una interfaz web que permite la exploración en detalle de las relaciones entre genomas completos. La interfaz permite la comparación simultánea de nueve genomas, representando en cada gráfica las relaciones entre cada par de genomas junto los genes identificados de cada uno de ellos. Es capaz de trabajar con genomas del dominio Eukaryota y se adapta a la capacidad de cómputo de la máquina cliente. La información representada son MUMs (Maximal Unique Matching, secuencia máxima y única encontrada en ambos genomas) y SuperMUMs (agrupación de MUMs mediante Approximate String Matching). Los datos son previamente calculados y accesibles desde un servidor web.

Parallelization of whole genome alignment

With the advent of High performance computing, it is now possible to achieve orders of magnitude performance and computation e ciency gains over conventional computer architectures. This thesis explores the potential of using high performance computing to accelerate whole genome alignment. A parallel technique is applied to an algorithm for whole genome alignment, this technique is explained and some experiments were carried out to test it. This technique is based in a fair usage of the available resource to execute genome alignment and how this can be used in HPC clusters. This work is a rst approximation to whole genome alignment and it shows the advantages of parallelism and some of the drawbacks that our technique has. This work describes the resource limitations of current WGA applications when dealing with large quantities of sequences. It proposes a parallel heuristic to distribute the load and to assure that alignment quality is mantained.

Análisis bioinformáticos sobre la tecnología Hadoop

Desde el inicio del proyecto del genoma humano y su éxito en el año 2001 se han secuenciado genomas de multitud de especies. La mejora en las tecnologías de secuenciación ha generado volúmenes de datos con un crecimiento exponencial. El proyecto Análisis bioinformáticos sobre la tecnología Hadoop abarca la computación paralela de datos biológicos como son las secuencias de ADN. El estudio ha sido encauzado por la naturaleza del problema a resolver. El alineamiento de secuencias genéticas con el paradigma MapReduce.

Búsqueda de ancentros comunes entre genomas de diferentes especies

La cerca de similituds entre regions de diferents genomes ofereix molta informació sobre les relaciones entre les especies d’aquest genomes. Es molt útil per a l’estudi de la conservació de gens d’una especia a un altre, de com les propietats d’un gen son assignades a un altre gen o de com es creen variacions en genomes diferents durant l’evolució d’aquestes especies. La finalitat d’aquest projecte es la creació d’una eina per a la cerca d’ancestres comuns de diferents especies basada en la comparació de la conservació entre regions dels genomes d’aquestes especies. Per a una comparació entre genomes mes eficaç una part important del projecte es destinarà a la creació d’una nova unitat de comparació. Aquestes noves unitats seran superestructures basades en agrupació dels MUMs existent per la mateixa comparació que anomenarem superMUMs. La aplicació final estarà disponible al servidor: http://revolutionresearch.uab.es

Optimització d'una aplicació bioinformàtica d'aliniament de seqüències executada en processadors many-core (GPUs)

Las herramientas de análisis de secuencias genómicas permiten a los biólogos identificar y entender regiones fundamentales que tienen implicación en enfermedades genéticas. Actualmente existe una necesidad de dotar al ámbito científico de herramientas de análisis eficientes. Este proyecto lleva a cabo una caracterización y análisis del rendimiento de algoritmos utilizados en la comparación de secuencias genómicas completas, y ejecutadas en arquitecturas MultiCore y ManyCore. A partir del análisis se evalúa la idoneidad de este tipo de arquitecturas para resolver el problema de comparar secuencias genómicas. Finalmente se propone una serie de modificaciones en las implementaciones de estos algoritmos con el objetivo de mejorar el rendimiento.

Optimització d'una aplicacio bioinformàtica d'alineament de seqüències executada en processadors multi-core i many-core (GPUs)

Las aplicaciones de alineamiento de secuencias son una herramienta importante para la comunidad científica. Estas aplicaciones bioinformáticas son usadas en muchos campos distintos como pueden ser la medicina, la biología, la farmacología, la genética, etc. A día de hoy los algoritmos de alineamiento de secuencias tienen una complejidad elevada y cada día tienen que manejar un volumen de datos más grande. Por esta razón se deben buscar alternativas para que estas aplicaciones sean capaces de manejar el aumento de tamaño que los bancos de secuencias están sufriendo día a día. En este proyecto se estudian y se investigan mejoras en este tipo de aplicaciones como puede ser el uso de sistemas paralelos que pueden mejorar el rendimiento notablemente.

Disseminació, integració i visualització de dades biològiques

La recent revolució en les tècniques de generació de dades genòmiques ha portat a una situació de creixement exponencial de la quantitat de dades generades i fa més necessari que mai el treball en la optimització de la gestió i maneig d'aquesta informació. En aquest treball s'han atacat tres vessants del problema: la disseminació de la informació, la integració de dades de diverses fonts i finalment la seva visualització. Basant-nos en el Sistema d'Anotacions Distribuides, DAS, hem creat un aplicatiu per a la creació automatitzada de noves fonts de dades en format estandaritzat i accessible programàticament a partir de fitxers de dades simples. Aquest progrtamari, easyDAS, està en funcionament a l'Institut Europeu de Bioinformàtica. Aquest sistema facilita i encoratja la compartició i disseminació de dades genòmiques en formats usables. jsDAS és una llibreria client de DAS que permet incorporar dades DAS en qualsevol aplicatiu web de manera senzilla i ràpida. Aprofitant els avantatges que ofereix DAS és capaç d'integrar dades de múltiples fonts de manera coherent i robusta. GenExp és el prototip de navegador genòmic basat en web altament interactiu i que facilita l'exploració dels genomes en temps real. És capaç d'integrar dades de quansevol font DAS i crear-ne una representació en client usant els últims avenços en tecnologies web.

Sox genes in C. elegans: sox-2 role in postembryonic development

Report for the scientific sojourn carried out at the Columbia University, United States, from 2010 to 2012. Expression of SoxB genes correlates with the commitment of cells to a neural fate; however, the relevance of SoxB proteins in early vertebrate neurogenesis has been difficult to prove genetically due to embryonic lethality and presumed redundant functions. The nematode C. Elegants has only 5 sox genes: sox-2 and sox-3 form the SoxB group while sem-2, sox-4 and egl-13 belong to other Sox groups. Our results show that sox-2 and sem-2 are the sox genes expressed earliest and in a broader manner during embryogenesis, being expressed in several neuronal progenitors. sox-3, sox-4 and egl-13 are expressed in few cells during late embryogenesis, when most neurons are already born. Both sox-2 and sem-2 null mutants are early larval lethal but do not show neuronal specification defects during embryonic development as indicated by quantification of a panneuronal reporter. Potential redundancy or compensatory mechanisms between different sox genes have been ruled out, strongly suggesting that sox genes are not required for specification of embryonically-derived neurons. However, at the first larval stage there are still several blast cells that will give rise to different postembryonic lineages, which generate several neurons amongst other cell types. nterestingly, sox-2 is expressed in many of these progenitor cells. Using mosaic analysis we have so far identified neurons derived from two different postembryonic lineages which fail to be generated in C. elegans sox-2 mutants. These results support the idea that postembryonic progenitor competence is compromised in the absence of sox-2.

Genome Biology and Evolution of the Animal Kingdom

Estudi realitzat a partir d’una estada a la Institut J.W. Jenkinson Laboratory for Evolution and Development of the University of Oxford, Regne Unit, entre 2010 i 2012. He estat membre del laboratori del Professor Peter W.H. Holland com a becari post-doctoral Beatriu de Pinós des de setembre de 2010 al setembre de 2012. El nostre projecte de recerca se centra en l'anàlisi genòmic comparatiu del Regne Animal, tot explorant el contingut dels genomes a través de totes les branques de l'arbre dels animals. Totes les referències a les meves publicacions durant aquest post-doc es poden trobar a http://about.me/jordi_paps. Crec que el nombre i la qualitat dels resultats del meu post-doc, un total de 8 publicacions incloent dos articles a la prestigiosa revista Nature, són prova de l'èxit d'aquest post-doc. Prof Peter W. H. Holland (Departament de Zoologia de la Universitat d'Oxford) i jo som coautors de tres articles de genòmica comparativa, resultats directes d'aquest projecte: 1) comparació de families gèniques entre vertebrats invertebrats (Briefings in Functional Genomics), 2) el genoma de l'ostra (publicat a la revista Nature), i 3) els genomes de 6 platihelmints paràsits (acceptat també a Nature). A més, tenim altres 2 treballs en preparació. Un d'ells analitza l'evolució, expressió i funció dels gens Hox al a la tènia Hymenolepis. El perfil fi d'aquests gens clau del desenvolupament esclareix els canvis d'estil de vida dels organismes. A més, durant aquest últim post-doc he participat en diverses col•laboracions, incloent anàlisi de gens d'envelliment a cucs plans, un estudi sobre la filogènia del grup Gastrotricha, una revisió de l'evolució phylum Platyhelminthes, així com un capítol d'un llibre sobre l'evolució dels animals bilaterals. Finalment, gràcies a la beca Beatriu de Pinós, el Prof. Peter W.H. Holland m'ha convidat a formar part del seu equip com un investigador post-doctoral en el seu projecte ERC Advance actual sobre duplicacions genòmiques.

Assembling genes from predicted exons in linear time with dynamic programming

In a number of programs for gene structure prediction in higher eukaryotic genomic sequences, exon prediction is decoupled from gene assembly: a large pool of candidate exons is predicted and scored from features located in the query DNA sequence, and candidate genes are assembled from such a pool as sequences of nonoverlapping frame-compatible exons. Genes are scored as a function of the scores of the assembled exons, and the highest scoring candidate gene is assumed to be the most likely gene encoded by the query DNA sequence. Considering additive gene scoring functions, currently available algorithms to determine such a highest scoring candidate gene run in time proportional to the square of the number of predicted exons. Here, we present an algorithm whose running time grows only linearly with the size of the set of predicted exons. Polynomial algorithms rely on the fact that, while scanning the set of predicted exons, the highest scoring gene ending in a given exon can be obtained by appending the exon to the highest scoring among the highest scoring genes ending at each compatible preceding exon. The algorithm here relies on the simple fact that such highest scoring gene can be stored and updated. This requires scanning the set of predicted exons simultaneously by increasing acceptor and donor position. On the other hand, the algorithm described here does not assume an underlying gene structure model. Indeed, the definition of valid gene structures is externally defined in the so-called Gene Model. The Gene Model specifies simply which gene features are allowed immediately upstream which other gene features in valid gene structures. This allows for great flexibility in formulating the gene identification problem. In particular it allows for multiple-gene two-strand predictions and for considering gene features other than coding exons (such as promoter elements) in valid gene structures.

Comparative gene prediction in human and mouse

The completion of the sequencing of the mouse genome promises to help predict human genes with greater accuracy. While current ab initio gene prediction programs are remarkably sensitive (i.e., they predict at least a fragment of most genes), their specificity is often low, predicting a large number of false-positive genes in the human genome. Sequence conservation at the protein level with the mouse genome can help eliminate some of those false positives. Here we describe SGP2, a gene prediction program that combines ab initio gene prediction with TBLASTX searches between two genome sequences to provide both sensitive and specific gene predictions. The accuracy of SGP2 when used to predict genes by comparing the human and mouse genomes is assessed on a number of data sets, including single-gene data sets, the highly curated human chromosome 22 predictions, and entire genome predictions from ENSEMBL. Results indicate that SGP2 outperforms purely ab initio gene prediction methods. Results also indicate that SGP2 works about as well with 3x shotgun data as it does with fully assembled genomes. SGP2 provides a high enough specificity that its predictions can be experimentally verified at a reasonable cost. SGP2 was used to generate a complete set of gene predictions on both the human and mouse by comparing the genomes of these two species. Our results suggest that another few thousand human and mouse genes currently not in ENSEMBL are worth verifying experimentally.