Características do genoma humano associadas à integração do HIV – análise bioinformática

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Genética Molecular e Biomedicina

Bioinformàtica: add-in d'anàlisi i manipulació de seqüències per Microsoft Word

L'objectiu del projecte consisteix en el desenvolupament d'un add-in d'anàlisi i manipulació de seqüències, senzill i de fàcil ús, integrable en l'entorn Microsoft Word per permetre la manipulació de seqüències genètiques directament des de Microsoft Word, estalviant temps, en evitar haver de canviar constantment de programa i format per treballar amb elles; i, també, complicacions a l'usuari final. L'add-in ha estat desenvolupat en Visual Basic + VSTO i ofereix diverses funcionalitats d'edició i anàlisi de seqüències, com ara el complement, la recerca de motius o l'alineament.

Bioinformática: consultas cruzadas a bases de datos biomédicas remotas

En la presente memoria se detallan con exactitud los pasos y procesos realizados para construir una aplicación que posibilite el cruce de datos genéticos a partir de información contenida en bases de datos remotas. Desarrolla un estudio en profundidad del contenido y estructura de las bases de datos remotas del NCBI y del KEGG, documentando una minería de datos con el objetivo de extraer de ellas la información necesaria para desarrollar la aplicación de cruce de datos genéticos. Finalmente se establecen los programas, scripts y entornos gráficos que han sido implementados para la construcción y posterior puesta en marcha de la aplicación que proporciona la funcionalidad de cruce de la que es objeto este proyecto fin de carrera.

Análisis y sintonización de aplicaciones paralelas/distribuidas de bioinformática: caso de estudio mpiBLAST

En termes de temps d'execució i ús de dades, les aplicacions paral·leles/distribuïdes poden tenir execucions variables, fins i tot quan s'empra el mateix conjunt de dades d'entrada. Existeixen certs aspectes de rendiment relacionats amb l'entorn que poden afectar dinàmicament el comportament de l'aplicació, tals com: la capacitat de la memòria, latència de la xarxa, el nombre de nodes, l'heterogeneïtat dels nodes, entre d'altres. És important considerar que l'aplicació pot executar-se en diferents configuracions de maquinari i el desenvolupador d'aplicacions no port garantir que els ajustaments de rendiment per a un sistema en particular continuïn essent vàlids per a d'altres configuracions. L'anàlisi dinàmica de les aplicacions ha demostrat ser el millor enfocament per a l'anàlisi del rendiment per dues raons principals. En primer lloc, ofereix una solució molt còmoda des del punt de vista dels desenvolupadors mentre que aquests dissenyen i evaluen les seves aplicacions paral·leles. En segon lloc, perquè s'adapta millor a l'aplicació durant l'execució. Aquest enfocament no requereix la intervenció de desenvolupadors o fins i tot l'accés al codi font de l'aplicació. S'analitza l'aplicació en temps real d'execució i es considra i analitza la recerca dels possibles colls d'ampolla i optimitzacions. Per a optimitzar l'execució de l'aplicació bioinformàtica mpiBLAST, vam analitzar el seu comportament per a identificar els paràmetres que intervenen en el rendiment d'ella, com ara: l'ús de la memòria, l'ús de la xarxa, patrons d'E/S, el sistema de fitxers emprat, l'arquitectura del processador, la grandària de la base de dades biològica, la grandària de la seqüència de consulta, la distribució de les seqüències dintre d'elles, el nombre de fragments de la base de dades i/o la granularitat dels treballs assignats a cada procés. El nostre objectiu és determinar quins d'aquests paràmetres tenen major impacte en el rendiment de les aplicacions i com ajustar-los dinàmicament per a millorar el rendiment de l'aplicació. Analitzant el rendiment de l'aplicació mpiBLAST hem trobat un conjunt de dades que identifiquen cert nivell de serial·lització dintre l'execució. Reconeixent l'impacte de la caracterització de les seqüències dintre de les diferents bases de dades i una relació entre la capacitat dels workers i la granularitat de la càrrega de treball actual, aquestes podrien ser sintonitzades dinàmicament. Altres millores també inclouen optimitzacions relacionades amb el sistema de fitxers paral·lel i la possibilitat d'execució en múltiples multinucli. La grandària de gra de treball està influenciat per factors com el tipus de base de dades, la grandària de la base de dades, i la relació entre grandària de la càrrega de treball i la capacitat dels treballadors.

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.

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.

Bioinformática: interfaz web para estudiar el efecto de diferentes condiciones sobre la expresión de los genes

El trabajo realizado se divide en dos bloques bien diferenciados, ambos relacionados con el análisis de microarrays. El primer bloque consiste en agrupar las condiciones muestrales de todos los genes en grupos o clústers. Estas agrupaciones se obtienen al aplicar directamente sobre la microarray los siguientes algoritmos de agrupación: SOM,PAM,SOTA,HC y al aplicar sobre la microarray escalada con PC y MDS los siguientes algoritmos: SOM,PAM,SOTA,HC y K-MEANS. El segundo bloque consiste en realizar una búsqueda de genes basada en los intervalos de confianza de cada clúster de la agrupación activa. Las condiciones de búsqueda ajustadas por el usuario se validan para cada clúster respecto el valor basal 0 y respecto el resto de clústers, para estas validaciones se usan los intervalos de confianza. Estos dos bloques se integran en una aplicación web ya existente, el applet PCOPGene, alojada en el servidor: http://revolutionresearch.uab.es.

Bioinformàtica de ARNs: simulacions d'evolució de viroids i xarxes de molècules de ARN

L'objectiu pràctic principal d'aquest projecte va consistir en la construcció d'un codi informàtic destinat a efectuar simulacions de poblacions de molècules de ARN que es repliquen i evolucionen en el temps. Encara que el projecte es va dirigir cap a la investigació de la interacció entre els viroids i els mecanismes de defensa de la planta, els resultats finals del treball efectuat ens van conduir a conclusions aplicables a l'escala del genoma sencer i no només als viroids o ARNs. En aquest estudi es van analitzar, en l’àmbit de la genètica de poblacions, les conseqüències de la selecció natural endarrerida. Estudis clàssics de la evolució en aquest àmbit han considerat que un individu genera fills en proporció amb la seva superioritat reproductiva (o fitness), un procés en que es poden produir mutacions. L'adquisició de mutacions que produeixen en el individu una fitness molt baixa (mutacions deletèries) impliquen l'impossibilitat de reproducció. En la hipòtesi de selecció endarrerida, els individus que adquireixen mutacions deletèries encara es poden reproduir amb normalitat unes quantes generacions. Durant aquest retard o "compte enrere", els danys transmesos als fills podrien ser reparats mitjançant ulteriors mutacions compensatòries. En l'absència d'aquest tipus de mutacions compensatòries, el fill esdevé estèril i per tant no es podrà reproduir. En aquest treball s’ha estudiat les conseqüències genètiques al nivell poblacional d'aquest retard mitjançant simulacions numèriques i modelitzacions teòriques. Els resultats mostren que la selecció amb retard abaixa el llindar d'error (error threshold), posant en perill la supervivència de la població. De l'altra banda, sorprenentment, aquest retard no deixa cap traça al nivell de la diversitat de les seqüències genòmiques en la població. Aquestes conclusions suggereixen que la selecció endarrerida és difícilment detectada en les dades genètiques i per tant, podria ser un fenomen comú però rarament detectat.

Desarrollo de una plataforma bioinformática para la gestión de datos fenotípicos y moleculares

Este proyecto está orientado a ayudar a un grupo de investigadores del Departamento de Ciencia Animal y de los Alimentos (UAB), que se dedican a recopilar datos genómicos obtenidos en experimentos. La aplicación constará de dos partes. La primera es la parte de los usuarios, donde se podrá crear proyectos, insertar, modificar o eliminar datos y consultar la información ya existente en la aplicación. La segunda parte es la del administrador, que como tal podrá dar de alta a nuevos usuarios, restaurar versiones anteriores de la base de datos, eliminar usuarios y consultar las acciones realizadas por los usuarios.

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.

Bioinformàtica : comparació de genomes d'eucariota

La cerca de similituds als codis genètics de dos espècies, ens permet obtenir molta informació de la evolució dels seus genomes. Aquesta informació afavoreix el descobriment de gens que es conserven amb la mateixa funcionalitat a diferents espècies. També té importants aplicacions mèdiques i ens permet entendre els processos evolutius que han portat a la diversitat d'espècies de l'actualitat. El present treball té l'objectiu d'automatitzar una sèrie de processos d'un servidor d'aplicacions web: http://platypus.uab.cat, que realitzin de forma òptima i eficient, la comparació dels genomes eucariotes, tots amb tots, conforme aquests genomes siguin seqüenciats. Així aquestes comparacions entre genomes de organismes superiors podran ser consultades via web.

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.

Bioinformática: base de datos de matrices de expresión génica para su análisis vía web

El IBB ha desarrollado un servidor de aplicaciones: http://revolutionresearch.uab.es para el análisis de microarrays. Estas microarrays las obtienen y las suben a la base de datos local los usuarios de la aplicación. En la presente memoria se detalla el proceso realizado para automatizar la subida de microarrays públicas a la base de datos local. Estas microarrays se obtendrán del NCBI. El proceso de descarga de microarrays se realizará cada dos meses y estará sincronizado con un proceso de descarga de genes marcadores de microarrays del NCBI. En la memoria también se describen las fases realizadas para crear la interfaz web para gestionar estas microarrays públicas y las modificaciones realizadas sobre el aplicativo web para permitir realizar análisis con estas microarrays.

Bioinformática: interfaz web para mostrar las relaciones de expresión entre grupos de genes

El projecte que es presenta en aquesta memòria està composat per un preproces i una aplicació web. L’objectiu del treball realizat és mostrar les relacions d’expresió entre grups de gens. A més de dissenyar l’aplicació web en : http://revolutionresearch.uab.es que permetrà l’estudi dels resultats obtinguts.