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RÉSUMÉ
Cet article s’intéresse à la bioinformatique dans son intégralité, de ses débuts à aujourd’hui. Cette discipline, visant à analyser l’information biologique, a pour principal objectif l’identification de l’information contenue dans la séquence des macromolécules et leur structure. L’analyse poussée des séquences de protéines, des séquences nucléiques et des génomes (comme l’alignement optimal de deux séquences, la recherche de similarités, etc) est détaillée dans cet article. Liée aux objets d’études de la biologie moléculaire et de la génomique, la bioinformatique a vécu récemment l’arrivée de nouvelles techniques parallèles, comme les puces à ADN.
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Jean-Michel CLAVERIE : Professeur, faculté de Médecine de l'université de la Méditerranée et laboratoire « Information génomique et structurale », CNRS (Marseille)
INTRODUCTION
La bioinformatique est la discipline de l'analyse de l'information biologique, principalement contenue dans la séquence des macromolécules (acides nucléiques et protéines) et leur structure tridimensionnelle. C'est une branche théorique de la biologie, largement antérieure à la « révolution génomique » des années 1990.
La bioinformatique n'est pas une simple application des concepts et des outils de l'informatique traditionnelle aux données biologiques. Elle recouvre un ensemble de techniques très spécifiques, intimement liées aux objets d'étude de la biologie moléculaire et de la génomique.
Plus récemment, l'introduction de techniques expérimentales massivement parallèles (exemple : les puces à ADN), produisant une masse de données numériques, a amené les bioinformaticiens à s'approprier des méthodes mathématiques et statistiques plus générales, développées dans d'autres domaines scientifiques confrontés à un grand volume de données (« data mining »).
Enfin, la bioinformatique est indissociable de l'existence de grandes bases de données internationales publiques, de la mise en place de nombreux serveurs internet, et de l'attitude « open access » de ses développeurs.
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Analyse des séquences de protéines
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1. Bioinformatique, des pionniers à aujourd'hui
La bioinformatique est souvent considérée comme une discipline très récente, en réponse au besoin créé par le déchiffrement des génomes. En fait, elle est contemporaine de l'émergence de la vision moléculaire de la biologie, dès les années 1950. Elle a donc, dès son origine, accompagné le développement même de l'ordinateur.
C'est le développement simultané de deux domaines, a priori sans connexion, l'informatique et la biologie, qui a engendré la bioinformatique, discipline sans laquelle l'évolution explosive de la biologie moderne, jusqu'à l'ère post-génomique, n'aurait jamais pu avoir lieu.
La bioinformatique est donc le fruit d'une coïncidence technologique et de quelques visionnaires, bataillant avec des ordinateurs primitifs dès les années 1960. De fait, la majorité des algorithmes et concepts de bases de la bioinformatique a été inventée avant l'apparition de l'ordinateur tel que nous le connaissons aujourd'hui : la station de travail individuelle : PC-windows, Mac, ou Linux.
1.1 Historique
Le terme « bioinformatics » n'est apparu dans la littérature scientifique qu'au tout début des années 1990. Cependant, ce domaine de recherche ne venait pas juste d'émerger. Bien avant que cette discipline ne soit mise sous les feux de la rampe par l'essor de la génomique, une dizaine de laboratoires dans le monde travaillaient depuis longtemps en « biomathématique », spécialisation constituée pour répondre aux besoins (dès 1963 !) de la biologie structurale et de la phylogénie moléculaire.
Le tableau 1 retrace conjointement les grandes étapes de la bioinformatique et montre à quel point cette discipline s'est développée précocement, accompagnant immédiatement les innovations conceptuelles et technologiques.
La bioinformatique est constituée par l'ensemble des concepts et des techniques nécessaires à l'interprétation de l'information génétique (séquences) et structurale (repliement 3-D). C'est le décryptage de la « bio-information » (d'abord appelée « computational biology »).
La bioinformatique est donc une branche théorique de la biologie. Son but, comme tout volet théorique d'une discipline, est d'effectuer la synthèse des données disponibles (à l'aide de modèles...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - NEEDLEMAN (S.), WUNSCH (C.) - A general method applicable to the search for similarities in the amino acid of two proteins. - J. Mol. Biol., 48, p. 443-453 (1970).
-
(2) - HENIKOFF (S.), HENIKOFF (J.G.) - Amino acid substitution matrices from protein blocks. - Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 89, p. 10915-10919 (1992).
-
(3) - SMITH (T.F.), WATERMAN (M.S.) - Identification of common molecular subsequences. - J. Mol. Biol., 147, p. 195-197 (1981).
-
(4) - DUMAS (J.P.), NINIO (J.) - Efficient algorithms for folding and comparing nucleic acid sequences. - Nucleid Acids Res., 10, p. 197-206 (1982).
-
(5) - WILBUR (W.J.), LIPMAN (D.J.) - Rapid similarity search of nucleic acid and protein databanks. - Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 80, p. 726-730 (1983).
-
(6) - LIPMAN (D.J.), PEARSON (W.R.) - Rapid and sensitive protein similarity searches. - Science,...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Portail BLAST et bases de données du NCBI : http://www.ncbi.nlm.nih.gov/
Autre serveur BLAST rapide (Gigablaster) : http://www.igs.cnrs-mrs.fr/
Site de référence sur les génomes animaux : http://www.ebi.ac.uk/ensembl/
Banque de données de séquences protéiques UNIPROT : http://www.expasy.org/sprot/
Banques de motifs protéiques INTERPRO : http://www.ebi.ac.uk/interpro/
Banques de structures 3D (PDB) : http://www.wwpdb.org/
Serveur d'alignement multiple et de phylogénie : http://www.phylogeny.fr/
Repliement des ARNs : http://www.bioinfo.rpi.edu/applications/mfold/
Localiser les gènes dans les génomes : http://opal.biology.gatech.edu/GeneMark/
Prédictions structurales pour les séquences protéiques : http://www.predictprotein.org/
Bioinformatique structurale : http://bioserv.cbs.cnrs.fr/SITE/index.html
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