Corso di Laurea in Biotecnologie Sanitarie
Universita' di Padova
Corso di Bioinformatica
16 ore
Docente:
Dr. Stefania Bortoluzzi
Dipartimento di Biologia
Universita' di Padova
viale G. Colombo 3, 35131, Padova
Tel. 0039 049 8276214
Email: [email protected]
Bioinformatica - OBIETTIVI
• Utilizzare Database per recuperare
informazioni biomediche
• Utilizzare specifici programmi per analizzare le
informazioni disponibili nei database, per
avvantaggiarsi nel disegno e nella
programmazione dell’attivita’ sperimentale
• Utilizzare metodologie e programmi per
analizzare sequenze e “navigare” genomi
completi
http://telethon.bio.unipd.it/bioinfo/Didattica_2006/HomeBioinformatica.html
Home page del corso
I LEZIONE
• Database primari e Database
secondari
• Database di sequenze nucleotidiche e
proteiche
• GenBank
• SWISSPROT
• ENTREZ Information retrieval system
INTRODUZIONE ALL’UTILIZZO DI DATABASE
Struttura e organizzazione di database
I database sono insiemi di dati memorizzati su un computer con
diversi livelli di astrazione al di sopra di essi; ogni livello di
astrazione consente di organizzare i dati contenuti e di accedervi.
Database diversi organizzano i dati in modi differenti
• database Flat-File il tipo piu’ semplice di database
• database relazionali (Oracle, mySQl) permettono la composizione
di interrogazioni o query che collegano piu' tabelle, stabilendo delle
"relazioni" tra i contenuti delle singole tabelle.
• database Object Oriented, le informazioni sono gestite come
"oggetti" con varie "proprieta'", invece che records con campi.
Tutti i sistemi di database impiegano delle interfacce (API,
Application Programming Interface) per accedere ai dati e
modificarli
INTRODUZIONE ALL’UTILIZZO DI DATABASE
Database flat-file
Il tipo piu' semplice di database e' il database flat-file,
formato da files di testo ASCII in formato standard che il
programa esamina per cercare informazioni.
Il formato e' di solito costituito da un insieme di campi,
contenenti ciascuno una specifica categoria di
informazioni, delimitati attraverso caratteri speciali o con
lunghezza fissa assegnata.
Il pregio principale dei database flat-file e' la semplicita'
di gestione, controbilanciata pero' dall’incapacita' di
gestire accesso concorrente e dalla mancanza di
indicizzazione dei dati, che non consentono
interrogazioni sequenziali.
DATABASE FLAT-FILE ENTRY
AC
NA
IN
GR
TM
CA
OR
RE
TT13627
The ultimate chocolate cake
cacao, uova, farina, burro, …
180 °C
40 minuti
500
Vienna
Dolci Austriaci, Ed.Frankfurter
DATABASE PRIMARI E DATABASE SECONDARI
ORGANIZZANO RISPETTIVAMENTE DATI
ORIGINALI E CONOSCENZA GENERATA A
PARTIRE DA ANALISI DI DATI O INTEGRAZIONE
DI DATI DIVERSI
LEVELS OF PROTEIN SEQUENCE AND
STRUCTURAL ORGANISATION
PRIMARY
sequence
primary
database
SECONDARY
motif
secondary
database
TERTIARY
domain module
secondary
database
DATABASE PRIMARI
DATABASE DI SEQUENZE NUCLEOTIDICHE
Collezioni di singoli record, ognuno dei quali contiene un tratto di DNA o
RNA con delle annotazioni. Ogni record viene anche chiamato ENTRY, e ha
un codice che lo identifica univocamente (ACCESSION NUMBER).
Le tre principali banche dati primarie di sequenze nucleotidiche sono:
EMBL nucleotide database, ora gestita dall’EBI (1980)
EMBL = European Molecular Biology Laboratory (Heidelberg)
EBI = European Bioinformatics Institute (Hinxton, UK)
GenBank = banca dell NIH gestita dal NCBI (1982)
NIH = National Institutes of Health (Stuttura USA)
NCBI = National Center for Biotechnology Information, Bethesda, Maryland
DDBJ = banca DNA giapponese (1986)
DDBJ = DNA DataBase of Japan
SCAMBIO DI DATI Nel 1988, i gruppi responsabili dei 3 database si sono
organizzati nell’International Collaboration of DNA Sequence Databases per
utilizzare un formato comune e scambiarsi giornalmente le sequenze.
DATABASE DI SEQUENZE NUCLEOTIDICHE
GenBank
SUBMISSION DIRETTA La gran parte delle sequenze
finisce in uno dei tre database perché l’autore (il laboratorio
dove tale sequenza é stata ottenuta) la invia direttamente.
La sequenza viene quindi inserita e il record corrispondente
resta di proprietà solo di quel database, l’unico con il diritto
di modificarlo. Il database che riceve la sequenza la invia poi
agli altri due. Circa il 98% delle sequenze in un database
sono presenti anche negli altri due.
ANNOTAZIONE Ci sono poi anche degli “annotatori” che
prendono le sequenze dalle riviste scientifiche e le
trasferiscono nel database.
Problema della ridondanza
DATABASE DI SEQUENZE NUCLEOTIDICHE – GenBank
DATABASE DI SEQUENZE NUCLEOTIDICHE
GenBank contiene diverse sezioni
in passato per gruppi tassonomici e strategie di sequenziamento
ora tre grandi sezioni : EST, GSS e CoreNucleotide
dbEST database pubblico di "Expressed Sequence Tags" (sequenze
espresse contrassegnate), contiene tutte le sequenze ottenute dal
sequenziamento parziale o totale di cloni di cDNA, molto utili per:
• Identificare nuovi geni
• Studiare la struttura esoni/introni di geni
• Studiare l’espressione genica
Come e’ fatta un’entry di GenBank ?
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Sitemap/samplerecord.html
DATABASE PRIMARI
DATABASE DI SEQUENZE PROTEICHE
SWISS-PROT
Database di sequenze proteiche annotate, “scarsamente”
ridondanti e cross-referenced
Contiene TrEMBL, supplemento a SWISS-PROT costituito
dalle sequenze annotate al computer, come traduzione di
tutte le sequenze codificanti presenti all’EMBL
TrEMBL contiene due sezioni:
SP-TrEMBL, sequenze da incorporare in SWISSPROT, con
AC.
REM-TrEMBL, remaining (immunoglobuline, proteine
sintetiche, ...), senza AC.
TrEMBLnew, generato ogni settimana.
UniProt (Universal Protein Resource)
Il piu’ grande catalogo di informazioni sulle proteine.
Contiene informazioni sulla sequenza e sulla funzione di
proteine ed e’ ottenuto dall’insieme delle informazioni
contenute in Swiss-Prot, TrEMBL e PIR.
UniProt ha 3 componenti:
• UniProt Knowledgebase (UniProt) the central access point
for extensive curated protein information, including function,
classification, and cross-reference.
• UniProt Non-redundant Reference (UniRef) databases
combine closely related sequences into a single record to
speed searches.
• UniProt Archive (UniParc) is a comprehensive repository,
reflecting the history of all protein sequences.
UniProt (Universal Protein Resource)
The UniProt Knowledgebase consists of two parts, a section
containing fully manually-annotated records resulting from
information extracted from literature and curator-evaluated
computational analyses, and a section with computationallyanalysed records awaiting full manual annotation. For the sake
of continuity and name recognition, the two sections are
referred to as "UniProtKB/Swiss-Prot" and
"UniProtKB/TrEMBL", respectively.
http://www.expasy.uniprot.org/index.shtml
http://www.expasy.uniprot.org/search/tools.shtml
ENTREZ
• E' stato sviluppato all’NCBI (National Center for
Biotechnology Information, USA) per permettere l'accesso a
dati di biologia molecolare e citazioni bibliografiche.
• Sfrutta il concetto di “neighbouring”: possibilita' di collegare
tra loro oggetti diversi di database differenti,
indipendentemente dal fatto che essi siano direttamente
“cross-referenced”.
• Tipicamente, ENTREZ permette l'accesso a database di
sequenze nucleotidiche, di sequenze proteiche, di
mappaggio di cromosomi e di genomi, di struttura 3D e
bibliografici (PubMed).
