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Atelier 6 - Découverte de BLAST: un outil bioinformatique incontournable

 BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) est un outil bioinformatique qui permet de comparer la séquence d'un gène ou d'une protéine avec des millions d'autres séquences contenues dans les banques de données et de retrouver, si elles existent, celles qui lui ressemblent le plus, en quelques secondes. On peut ainsi rapidement savoir si un gène ou une protéine existe dans une espèce donnée, identifier une séquence inconnue, ou retrouver sur quel chromososome se trouve un gène donné.

Activité 1: Mise en bouche

... pour comprendre l'utilité de BLAST :

Activité Nuit de la Science 2012

Activité 2: Tout le monde en parle ?


Il n'y a que l'être humain qui soit capable de faire des phrases. Avec des mots, une grammaire et une syntaxe. Et c'est pour cette raison qu'on recherche depuis de nombreuses années LE gène du langage. Au début des années 1990, on découvre une famille qui de génération en génération présente les mêmes troubles du langage: difficulté à parler, à écrire, à appréhender la grammaire. Cette famille a une mutation dans le gène FOXP2. La protéine FOXP2 serait-elle la protéine du langage ?

Voici le séquence en acides aminés de la protéine FOXP2:
MMQESATETISNSSMNQNGMSTLSSQLDAGSRDGRSSGDTSSEVSTVELLHLQQQQALQA
ARQLLLQQQTSGLKSPKSSDKQRPLQVPVSVAMMTPQVITPQQMQQILQQQVLSPQQLQA
LLQQQQAVMLQQQQLQEFYKKQQEQLHLQLLQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQ
QQQQQQQQQQQHPGKQAKEQQQQQQQQQQLAAQQLVFQQQLLQMQQLQQQQHLLSLQRQG
LISIPPGQAALPVQSLPQAGLSPAEIQQLWKEVTGVHSMEDNGIKHGGLDLTTNNSSSTT
SSNTSKASPPITHHSIVNGQSSVLSARRDSSSHEETGASHTLYGHGVCKWPGCESICEDF
GQFLKHLNNEHALDDRSTAQCRVQMQVVQQLEIQLSKERERLQAMMTHLHMRPSEPKPSP
KPLNLVSSVTMSKNMLETSPQSLPQTPTTPTAPVTPITQGPSVITPASVPNVGAIRRRHS
DKYNIPMSSEIAPNYEFYKNADVRPPFTYATLIRQAIMESSDRQLTLNEIYSWFTRTFAY
FRRNAATWKNAVRHNLSLHKCFVRVENVKGAVWTVDEVEYQKRRSQKITGSPTLVKNIPT
SLGYGAALNASLQAALAESSLPLLSNPGLINNASSGLLQAVHEDLNGSLDHIDSNGNSSP
GCSPQPHIHSIHVKEEPVIAEDEDCPMSLVTTANHSPELEDDREIEEEPLSEDLE

Question:


Approche bioinformatique: Faire un 'BLAST' contre une banque de données de protéines, UniProtKB
(copier coller la sequence dans la boîte 'Sequence', sélectionner 'database' = UniProtKB/Swiss-Prot, puis cliquer sur le bouton 'BLAST')

Solution

Activité 3: Rechercher une aiguille dans une botte de foin...


Le programme BLAST permet, entre autre, de rechercher de façon très spécifique un texte de quelques dizaines de lettres (acides nucléiques) dans le texte du génome humain, qui en contient 3 milliards.

Voici la séquence en acide nucléique correspondant aux 20 premiers acides aminés de la protéine FOXP2 humaine 
 M   M   Q   E   S   A   T   E   T   I   S   N   S   S   M   N   Q   N   G   M
 atg atg cag gaa tct gcg aca gag aca ata agc aac agt tca atg aat caa aat gga atg

Questions:


Approche bioinformatique: Faire un BLAST contre le génome humain
Choisir l'option 'Database': Genome(reference only)
(copier coller la séquence en acides nucléiques dans la boîte 'BLAST human sequence', puis cliquer sur le bouton 'BLAST')

Solution


Activité 4: Enquête...


Un verre contenant un liquide blanchâtre a été retrouvé sur les lieux d'un crime. Des experts ont analysé ce liquide et séquencé les protéines qui s'y trouvaient. A vous d'identifier ces protéines et de découvrir peut-être la cause du décès !

Voici les séquences (fragments) des protéines qui ont été retrouvées dans le liquide.
> seq 1
MKVLILACLVALALARELEELNVPGEIVESLSSSEESITRINKKIEKFQSEEQQQTEDEL

> seq 2
MKFFIFTCLLAVALAKNTMEHVSSSEESIISQETYKQEKNMAINPSKENLCSTFCKEVVR
 
> seq 3
MKFFIFTCLLAVALAKHKMEHVSSSEEPINIFQEIYKQEKNMAIHPRKEKLCTTSCEEVV

> seq 4
MIEVLLVTICLAVFPYQGSSIILESGNVNDYEVVYPRKVTALPKGAVQPKYEDAMQYELK

> seq 5
MISSHQKTLTDKELALISGGKTHYPTNAWKSLWKGFWESLRYTDGF


Approche bioinformatique: Faire un 'BLAST' contre UniProtKB, la banque de données de protéines
(copier coller une séquence dans la boîte 'Sequence', sélectionner 'database' = UniProtKB/Swiss-Prot, puis cliquer sur le bouton 'BLAST')

Solution

Cet exemple a été adapté du site Bioinfo@school

Activité 5: Des virus et des bactéries ...

by biomickwatson (April 2015)

A tiny virus genome present in huge numbers of sequenced bacteria.  Check it out:
    Go here: http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi
    Click on Nucleotide Blast
    Where it says "Enter accession number, gi or FASTA", simply enter the number: 9626372 (genome phage phiX174)
    Where it says "Database" make sure you choose "others"
    Just under there, where it says "Organism (optional)" start typing the word Bacteria, and choose "Bacteria (taxid: 2)"
    Click the Blast button at the bottom

OMG!  This tiny viral genome (phage phiX174) is in E coli, it's in Acinetobacter, Desulfitobacterium, Sphingobacterium....

Le génome humain contient également un certain nombre de séquences de virus qui se sont intégrés au cours de l'évolution: 50 % du génome !
Le gène ERVWE1 est le vestige d'une infection virale chez nos lointains ancêtres, qui pourrait avoir joué un rôle dans l'apparition du placenta chez les mammifères.

"Primate evolution has been accompanied by several waves of retrotransposon insertions. Nowadays about 50% of our genome is composed of endogenous
retroelements (EREs). Although many of them have lost their transposition  ability, some remain quite active.  It is currently estimated that new, non-parental integrations occur in nearly 1/100 births and roughly every 20th newborn baby has a new Alu retrotransposon somewhere in its DNA." (A. Estreicher, UniProt)

Another cool paper (pdf) - turns out that the genome of the sweet potato has parts of the Agrobacterium in it!


Certaines activités sont issues de discussions pédagogiques et didactiques en lien avec le projet Bioinformatique : opportunités pour l’enseignement (F.Lombard ).
 
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