Trabajo Practico

Introducción.

Antecedentes Generales.

La bioinformática es un campo interdisciplinario de la biología, el cual, desarrolla métodos

para mejorar el almacenamiento, análisis, recuperación y organización de los datos

biológicos. Usualmente involucra el uso de herramientas tales como programas y

plataformas computacionales con este fin, algunos ejemplos de dichas herramientas son:

Artemis, Blast y Softberry, entre otros (Saeys et al, 2007).

Antecedentes Específicos.

Artemis: es una herramienta bioinformática que permite la visualización de secuencias de

ADN y sus características, puede trabajar con secuencias de todo tamaño, incluido genomas

(Manual Artemis 1999-2013).

Es posible utilizar formatos: GeneBank, EMBL, GFF3 y FASTA.

El objetivo principal de este programa es facilitar la comparación entre 2 o más secuencias

de DNA, puede ser utilizado para identificar y analizar regiones tanto en similitudes como

en diferencias (Carver et al 2008).

Blast: Basic Local Alignment Search Tool (Blast), es un programa bioinformática que

compara secuencias nucleotidicas o proteicas con una base de datos y calcula un porcentaje

estadístico para el emparejamiento de secuencias.

Puede ser utilizado para identificar miembros de una familia de genes.

Softberry (BPROM): es un programa predictor de promotores de bacterias, posee una

efectividad de 80% en reconocimiento de promotores de E.coli y su especificidad también

es del 80%, posee la limitante de no poder analizar un genoma completo.

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Problema científico.

En el presente informe se pretende dar a conocer las herramientas bioinformáticas: Artemis,

Blast y Softberry (BPROM), utilizando de ejemplo el genoma de Zymomomas Mobilis.

Objetivos.

Objetivo General.

El objetivo de esta práctica es la utilización de las herramientas bioinformáticas para el análisis del genoma Zymomonas Mobilis.

Objetivos Específicos.

Conocer en profundidad las bases de datos. Utilizar con soltura las herramientas bioinformáticas. Desarrollar ejemplos que permitan el uso de estos recursos.

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Materiales y Métodos.

Materiales:

Artemis: http://www.sanger.ac.uk/resources/software/artemis/

Blast: http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi

Softberry (BPROM): http://linux1.softberry.com/berry.phtml?topic=bprom&group=programs&subgroup=gfindb

Metodología:

Descarga de Artemis:

Para descargar Artemis se debe ingresar al link http://www.sanger.ac.uk/resources/software/artemis/, posteriormente se debe apretar el botón Download como se muestra en la imagen:

Luego se selecciona el programa Artemis según el sistema operativo de su ordenador, por ejemplo Windows.

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Descarga de genoma de Zymomonas Mobilis:

Para descargar el genoma de Zymomona Mobilis se debe ingresar al sitio web del NCBI (“https://www.ncbi.nlm.nih.gov/”), en la zona inferior izquierda de la página se puede encontrar el link NCBI FTP Site,

Para acceder a la base de datos de los genomas debemos hacer click en el link Genome Assembly/Annotation Projects.

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Luego para encontrar el genoma de Zymomonas Mobilis debemos seleccionar la carpeta Bacteria:

Dentro de la carpeta bacteria podremos encontrar la carpeta Zymomonas Mobilis, que es el organismo del cual descargaremos su genoma.

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En la carpeta de Zymomonas Mobilis debemos buscar el archivo de extensión .gbk que es el formato que nos permitirá trabajar con Artemis.

Analisis del genoma de Zymomonas Mobilis con Artemis:

El primer paso es abrir el archivo de extensión .gbk, para ello debemos abrir el programa Artemis y apretar el botón File y luego el botón open…; también podemos abrir el archivo gbk si apretamos la combinación de teclas ctrl+O.

Luego seleccionamos el archivo que deseamos analizar con la extensión .gbk y apretamos abrir.

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Para obtener los datos generales del genoma de Zymomonas Mobilis debemos seleccionar la pestaña View y luego el botón Overview o simplemente apretar la combinación de teclas ctrl+O.

Se abrirá una ventana con los datos generales del genoma problema como los números de ORF, el número de bases del genoma, número de genes, etc.

Si deseamos buscar una secuencia, o un gen en el genoma debemos seleccionar la pestaña Goto y luego en el botón Navigator, o simplemente apretar la combinación de teclas ctrl+G.

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Luego si deseamos buscar en el genoma alguna característica como por ejemplo un gen de resistencia a arsénico seleccionamos: Goto Feature With This Qualifier Value y escribimos ArsR y apretamos el botón Goto.

Si el programa encuentra alguna similitud con la palabra clave podrá observarse el resultado en la zona inferior del programa Artemis.

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Luego si deseamos obtener la secuencia de nucleótidos de la región seleccionada, debemos hacer click izquierdo sobre la región, luego debemos apretar los botones “View”, “Bases” y por ultimo “Of Selection As FASTA”.

Y obtendremos la secuencia en formato FASTA.

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Para obtener el promotor del primer gen del genoma de Zymomonas Mobilis seleccionamos la región anterior al gen y apretamos el click izquierdo del mouse, luego seleccionamos “View”, “Bases”, y “Of Selection As FASTA” y copiaremos la secuencia obtenida.

Luego ingresamos a la herramienta Softberry: http://linux1.softberry.com/berry.phtml

Y seleccionamos OPERON AND GENE FINDING IN BACTERIA, posteriormente seleccionamos BPROM.

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En el cuadro de texto pegamos la secuencia FASTA obtenida desde Artemis y oprimimos el botón PROCESS.

Luego se obtiene la información con la región -35 y -10 del promotor.

Utilizando Blast:

Para utilizar la herramienta Blast debemos buscar una secuencia problema como por ejemplo el gen de resistencia a arsénico de E.Coli para ello ingresamos a la página del NCBI(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/) seleccionamos la opción Gene, escribimos ArsR y apretamos buscar.

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Luego seleccionamos la primera opción

Luego buscamos y Seleccionamos la opción “PROTEIN”

En el siguiente paso seleccionamos la opción FASTA y copiamos la secuencia aminoacidica.

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Para realizar el Blast entre la secuencia problema y el genoma de Zymomonas Mobilis, ingresamos al sitio web del NCBI seleccionamos Genome y buscamos Zymomonas Mobilis.

Seleccionamos el link BLAST Genome.

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Luego seleccionamos la pestaña blastp pegamos la secuencia obtenida del gen ArsR y apretamos el botón BLAST

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Resultados:

Análisis del promotor del primer gen de Zymomona Mobilis.

Análisis del gen de resistencia a Arsénico de E.Coli comparado con el genoma de Zymomona Mobilis mediante Blast:

No se encontró Match para el operon ArsR de E.coli en el genoma de Z.Mobilis.

Analisis del genoma de Zymomonas Mobilis mediante Artemis:

Número total de bases: 2021773.

Contenido de G+C Total: 46.22%

Marcos de lectura abierto: 1695.

Número de genes: 1797.

Total de tRNA: 48.

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Discusión.

Al analizar el blast obtenido del genoma de Zymomonas Mobilis, no se encontró un gen de resistencia al arsénico homologo al encontrado en E.coli, sin embargo al buscar ArsR en el genoma de Zymomonas Mobilis mediante el programa Artemis, podemos encontrar un operon ArsR, que le confiere resistencia al arsénico.

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Conclusión.

La bioinformática nos ha permitido avanzar, las herramientas bioinformáticas son de gran utilidad al analizar secuencias de DNA, el cual resultaría un proceso complejo de otra manera, esto es gracias al avance en la ciencia que ha expandido la información disponible y la ha hecho accesible

Las herramientas bioinformáticas como Artemis, Blast y Softberry se han hecho populares, sin embargo existen una infinidad de herramientas que pretenden facilitar el estudio de la biología.

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Referencias.

1. Saeys et al - A review of feature selection techniques in bioinformatics

2. The Manual Artemis :

ftp://ftp.sanger.ac.uk/pub4/resources/software/artemis/artemis.pdf

3. Carver et al - Artemis and ACT: viewing, annotating and comparing sequences

stored in a relational database

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