Nutritious Rice for the World
(du riz pour l'Humanité)
Améliorer le
rendement, la qualité nutritionnel du riz par l'utilisation
de la technique dite d'hybridation
intelligente ou de sélection assistée par
marqueurs
Pour vous permettre de
visualiser le travail effectué au
niveau protéique, chaque protéine est
représentée sur l'image ci-dessous par un point
de couleur dans une
grille de 200x200. Les couleurs indiquent le statut de chacune des
protéines (environ 40.000 protéines sont
étudiées par le projet,
100.000 structures en trois dimensions seront
générées pour chaque
protéine).
En cours
de calcul
Non encore traité
?
Terminé
Cette image sera régulièrement mise à
jours
Mission
Ce projet a pour
ambition de prédire la structure des
protéines qui composent les principales
variétés de riz. L'objectif serait d'aider les
agriculteurs à cultiver de nouvelles
variétés de riz plus productives, plus
résistantes aux maladies et aux
déprédateurs, mais également de
proposer un large choix de nutriments bio-disponibles pour l'ensemble
de la population mondiale (et spécialement dans les
régions durement touchées par la malnutrition)
Il est extrêmement difficile et couteux de
déterminer la structure des protéines. Cependant,
avec l'informatique, il est possible de prédire la structure
d'une protéine à partir de sa séquence
ADN. Pour mener à bien ce travail, le groupe de
recherche en bio-informatique de l'université de Washington
a développé une application à la
pointe de la technologie. Des milliers de protéines
différentes peuvent entrer dans la composition d'un grain de
riz. La recherche menée représente donc un
challenge informatique qu'un unique ordinateur ne pourrait pas
résoudre dans un délais raisonnable. C'est pour
cette raison que les volontaires du programme World Community Grid sont
invités à apporter leur aide pour mener
à bien ce
travail colossal. L'espoir serait d'améliorer les
rendements et la qualité du riz en collaboration avec des
agronomes et des cultivateurs.
L'importance de cette
recherche
La faim et la malnutrition restent le risque principal
pour la santé dans le monde. Près de 30% de la
population mondiale souffre de malnutrition. [1].
Chaque
année, 10 millions de personnes meurent de faim ou de
maladies liés à la malnutrition. La
réalité des chiffres montre qu'il y a chaque
année plus de mort de la faim ou de malnutrition que de
morts du SIDA, de la malaria et de la tuberculose réunis [2].
Le riz est l'aliment de base pour plus de la moitié de la
population mondiale. 20% des apports énergétiques
de tout les hommes, de toutes les femmes et de tout les enfant de notre
planète proviennent de la consommation du riz. En Asie, plus
de 2 milliards de citoyens tirent 70% de leur apport
énergétique journalier de la consommation du riz
ou de ses dérivés [3].
De nouvelles variétés de riz plus productives,
plus résistantes et d'une meilleure qualité
nutritionnelle pourrait impactées
positivement la vie de milliards de personnes.
L'approche du projet
Traditionnellement, de nouvelles
variétés de riz sont obtenues en croisant
différentes variétés
existantes pour produire des hybrides présentant des
caractéristiques supérieures. Cependant,
cette technique se limite à croiser des
variétés qui ont des caractéristiques
facilement observables.
Les caractéristiques complexes (un meilleur
rendement, la
résistance aux
maladies ou la qualité nutritionnelle) sont le
résultat
d'intéractions bio chimiques complexes entre les
protéines composant le grain de riz. Identifier ces
protéines et en apprendre davantage sur leurs
propriétés et leurs interactions offrira la
possibilité aux agriculteurs de choisir les meilleures
candidats pour l'hybridation. La prédiction de la
structure de ces protéines pourra aider à
comprendre quel est le rôle biochimique de ces
protéines dans la détermination des
caractéristiques du riz
Cliquez ici,
puis appuyez sur le bouton vert "rejoindre cette équipe".
Comment
sélectionner le projet Nutritious Rice for the World une
fois inscrit
Mes Projets
(sélectionner Nutritious Rice for the World,
éventuellement cocher l'option pour recevoir des
unités d'autres projets lorsque aucune unité du
projet choisi n'est disponible), valider en appuyant sur enregistrer
(en bas à droite)
Les résultats
: Domaine public
Le World Community Grid
met sa technologie à disposition des seules organisations
publiques ou à but non lucratif pour qu'elles l'utilisent
dans des recherches humanitaires qui, autrement, risqueraient de ne pas
aboutir en raison du coup élevé de
l'infrastructure informatique nécessaire en l'absence
d'infrastructure publique. Dans le cadre de notre engagement
à faire progresser le bien-être de l'homme, tous
les résultats seront versés au domaine public et
transmis à la communauté scientifique mondiale.
La gestion
de son compte
Se rendre sur la page d'accueil du site WCG : www.worldcommunitygrid.org/
Choisir Mes Calculs dans le menu en haut.
Vous pouvez aussi y accéder
directement en appuyant sur ce
lien
Rentrer son nom de membre ainsi que son mot de passe.
Vous avez la
possibilité de gérer les
préférences sur le projet World Community Grid
Notamment de changer votre nom de membre, d'avoir une vue d'ensemble
des unités calculées,
ou de changer les préférences du projet dans les options avancées.
Il est aussi possible de choisir dans "Mes projets" si voulez
participer à un ou plusieurs projets en particulier, ou de
demander à participer au bêta test de nouveaux projets.
Lorsqu'un nouveau projet arrive sur
WCG, il est automatiquement coché sur tous les comptes.
C'est à l'utilisateur de faire la démarche si il
ne souhaite pas participer à ce nouveau projet.
A
propos du projet
L'hybridation
intelligente ou sélection assistée par
marqueurs (Marker assisted breeding)
Les méthodes
traditionnellement
utilisées pour obtenir des
variétés hybrides de
riz consistent à mélanger différentes
variétés ayant des
caractéristiques
favorables. Une des limites de ce processus est que ces
caractéristiques (également connu
sous le nom de
phénotype) doivent être clairement observables.
Les
différentes versions des
gènes n'ont pas toujours un phénotype
évident et il est possible de passer à
coté de nombreuses mélanges qui pourraient se
révéler favorables.
Pour contourner ce problème, l'hybridation intelligente
utilise des séquences ADN du riz qui ont
été récemment
révelées. Dès lors que la
séquence ADN du gène qui nous
intéresse est connu, les cultivateurs pourront identifier
les caractéristiques de telle ou telle souche de
riz
même si le phénotype
est imperceptible ou caché.
Le Génome du
Riz
Alors que le
séquençage du génome du
riz est maintenant terminé, toutes les questions se
déplacent vers l'identification des gènes qui
participent à l'amélioration
du rendement, de la résistance aux maladies
et de l'apport nutritionnel d'un grain de riz.
Cette recherche est extrêmement complexe, car très
peu de plants de
céréales ont été
séquencés et, par conséquent, bon
nombre des gènes du
riz ne ressemble à aucun autres gènes aux
fonctions connues.
Prévision de
la Structure d'une Protéine
Les gènes
dictent la construction des protéines qu'ils
codent. Les
protéines sont des molécules qui se plient sous
une forme ou une structure atomique spécifique.
Cette structure donne souvent une idée de sa
fonction. Il est extrêmement laborieux de
déterminer expérimentalement la
structure
d'une
protéine - cela peut prendre des
années pour une
protéine simple. Heureusement, des prévisions
précises des structures
protéiques peuvent être
réalisées à partir de l'ADN des
gènes en
utilisant des simulations sur ordinateur. Le groupe de recherche en bio
informatique à l'université de Washington a
développé
Protinfo, qui peut produire des structures de protéine
à un coût et dans un lapse de temps
réduit.
Protinfo
& World Community Grid
Pour effectuer des modélisations tridimensionnels
pour des dizaines de milliers de protéines du riz, le projet
utilise Protinfo. Ces modèles 3D sont alors
utilisés pour prévoir la fonction de chacune de
ces protéines et pour comprendre
le rôle du gène qui les code. Les
modèles, et toutes les analyses permettant de les
étudier, seront hébergés dans la base de
données et sur le serveur Bioverse, un
cadriciel qui permet de relier des
molécules telles que les protéines et l'ADN aux
mécanismes d'apparition et au système d'un
organisme.
Les
ordinateurs des volontaires sur WCG utiliseront le
logiciel Protinfo pour créer des
modélisations de toutes les protéines
codées par le génome du riz dont la structure
peut être prévue avec certitude. Ces
modèles seront analysés pour au final ne garder
que les meilleurs. À
partir des structures résultantes, des outils de
prévision seront
utilisés pour déterminer la fonction de chaque
protéine et le rôle du
gène qui la code. En utilisant la puissance de Protinfo, WCG
examinera pour commencer plus de 10.000 gènes, et produira
100.000 modèles par gène.
Générer ce milliard de modèles sur les
320 processeurs du groupe
de recherche en bio-informatique prendrait environ 30
ans. Avec WCG, ce travail sera effectué en une
année.
Ces connaissances aboutiront si tout va bien au
développement
de variétés de riz hybrides
améliorés avec un plus grand rendement,
une plus grande résistance aux maladies et aux parasites, et
un large choix d'éléments nutritifs
biodisponibles. Ces connaissances pourront également
être élargies à d'autres cultures
vivrières telles que le blé et le
maïs.
Les
participants aux recherches Groupe de recherche en bio-informatique
Unité de Microbiologie
Université de Washington, Seattle http://compbio.washington.edu/
La recherche
scientifique effectuée sur ce projet est le
fruit d'une collaboration entre tous les
membres
(présents et passés) du groupe de recherche en
bio
informatique, avec l'ensemble de la communauté scientifique.
Les
membres de ce groupe de recherche sont cités pour avoir
rendu ce
projet une réalité par
l'implémentation d'un programme dédié
à la
prédiction de la structure des protéines, la
construction d'une base de donnée et l'analyse des
résultats
- Dr. Ram Samudrala,
directeur de recherche.
- Dr. Ling-Hong Hung,
programmeur et chercheur.
- Michal Guerquin,
directeur de projet
Le riz, le
maïs et le blé sont les trois principales
céréales dans
le monde, fournissant 43% des calories alimentaires
consommées dans le
monde. Le riz est la seule
céréale qui a vu son génome
séquencé. Même si son génome
est différent du génome humain
ou de celui d'autres mammifères, le riz est
néanmoins un bon modèle pour
les autres céréales.
Les leçons apprises sur la façon dont
les fonctions et les
interactions des gènes du riz interagissent devraient
être utiles pour
comprendre la génétique et la biologie des plus
importantes cultures
céréalières.
Qu'est-ce
qu'une
protéine?
Les
protéines sont de grandes biomolécules
constituées d'une ou
de plusieurs chaînes d'acides aminés. La
disposition des différents types d'acides
aminés qui constituent la chaîne
détermine la structure et les
propriétés
des protéines. Une protéine est
synthétisée par la transcription et la traduction
de la séquence ADN du gène qui lui correspond.
Ainsi, alors que
l'ADN peut être considéré comme le
grand plan moléculaire
de la vie, les protéines
portent les instructions contenues dans ce plan.
Que
font les
protéines?
Que ne font-elles
pas?
Certaines protéines sont structurantes comme
le collagène et la kératine qui constituent le
système pileux, la peau
et les ongles. Certaines sont des enzymes qui catalysent les
réactions
chimiques nécessaires à toutes les
activités du métabolisme. D'autres
ont des fonctions importantes de signalisation et de retour
d'information qui assurent que les cellules font ce qu'elles sont
censées faire et ne croissent pas de façon
désordonnée.
Que
nous dit la
structure
d'une protéine?
Les
protéines sont régies par les mêmes
règles que n'importe quelle
autre molécule. La structure d'une protéine, ou
comment elle se replie,
détermine sa fonction. Par exemple, l'arrangement
précis des groupes
chimiques actifs de différents acides aminés de
la chaîne d'une
protéine sur le site actif d'un enzyme détermine
son activité
catalytique. Un autre exemple est l'emplacement des groupes
chargés
positivement sur la surface pour permettre aux protéines
d'ADN de
s'attacher au squelette de l'ADN chargé
négativement. De plus on peut
souvent identifier le rôle d'une protéine de
fonction inconnue en
comparant sa structure aux structures de protéines connues.
A
quoi ressemblent les
protéines?
Les
protéines sont trop petites pour être visibles au
microscope
traditionnel. Il est possible de voir les plus grosses
protéines et les
assemblages de protéines au microscope
électronique ou au microscope à
force atomique. Les structure de protéines que vous avez
l'habitude de
"voir" sont des représentations haute
résolution déterminées par la
cristallographie aux rayons X ou par
Résonance Magnétique Nucléaire (RMN).
Pourquoi
avons-nous
besoin de prédire la structure d'une protéine?
La
prédiction est la seule alternative viable aux techniques
expérimentales qui peuvent être
extrêmement laborieuses et demander des
mois ou des années d'efforts.
En
quoi Protinfo est-il
différent des autres approches?
La
prédiction de structure de protéine est une
branche active de la
recherche, et aucune méthode ou méthodologie
n'est la meilleure pour
toutes les situations. Le succès auprès du public
de projets comme
Folding@Home, POEM@Home, Human Proteome Folding et Rosetta@Home est une preuve de l'intérêt soulevé pour
résoudre ces problèmes exigeants
en calculs. Nous voulons offrir une autre approche qui
diffère de façon subtile mais significative et
qui peut
fournir des
résultats complémentaires et
compétitifs.
Certaines approches
(comme Folding@Home et POEM@Home)
simulent le repliement de la protéine comme on croit qu'il a
lieu en
réalité, en minimisant les énergies
physiques. Protinfo (comme Human
Proteome Folding et Rosetta@Home) utilise une minimisation des
"énergies statistiques" pour identifier des structures de
protéines
semblables, mais avec une approche différente.
Plutôt que de se baser
sur une seule fonction complexe d'énergie, Protinfo utilise
une
fonction simple, facilement calculable, et choisit les meilleures
structures en poursuivant par un ensemble de fonctions plus
sophistiquées. Une autre différence est que
Protinfo utilise une
nouvelle méthodologie d'échantillonnage
continu qui nous permet
d'explorer les bonnes structures d'une manière plus
détaillée. La
méthodologie
d'échantillonnage continu demande peu de mémoire
et l'exécution de
notre fonction d'énergie compacte est très
rapide. Ceci permet à
Protinfo de tourner sur presque n'importe quel ordinateur.
Depuis 1994, la
prédiction de structures effectuée par Protinfo
a été reconnue comme faisant partie des
méthodes les plus efficientes lors de la
compétition Critical
Assessment of
Structure
Prediction (CASP). Vous pouvez trouver plus d'information
sur Protinfo dans les pages "Recherche" de ce
projet.
Pourquoi
la
prédiction de la structure d'une protéine
est-elle si
difficile?
Deux facteurs rendent
la prédiction de la structure d'une protéine
difficile : la nature des fonctions d'énergie et le champ
d'action de la
recherche.
L'environnement d'une
protéine est peuplé de beaucoup
d'autres atomes et molécules. Si le programme simulait un
processus se
déroulant dans le vide ou même dans un solvant non
polarisé (au lieu de
l'environnement aqueux qu'est le cytoplasme) ce serait beaucoup plus
facile. La présence de molécules
polarisées et polarisables présentes dans le
solvant
complexifie énormément le calcul
précis des
forces électrostatiques. De
plus, la "force" principale lors du repliement d'une
protéine est
l'effet hydrophobique. Cette force résulte des interactions
entre
les atomes
de la protéine, de leurs interactions avec les atomes du
solvant et des
interactions entre les atomes du solvant. Dans les simulations telles
que Protinfo, Human Proteome Folding, et Rosetta@Home, l'effet de ces
interactions dépendantes du solvant est estimé
par le calcul d'énergies
statistiques. Le développement de meilleurs
modèles et
simulations du solvant est une autre branche active de la recherche
pour
finalement venir à bout de ces problèmes.
Le second facteur
limitatif est le nombre de structures
(ou conformations) possibles qui doivent être
échantillonnées pour une
protéine. Même avec une fonction
d'énergie extrêmement précise, il est
toujours nécessaire d'échantillonner les
conformations possibles
suffisamment finement pour trouver la bonne. Non seulement le nombre de
conformations possibles est énorme (voir le paradoxe de
Levinthal),
mais il est rendu encore plus difficile par le paysage
énergétique
extrêmement compliqué. La plupart des techniques
courantes
d'optimisation globale qui pourraient être
utilisées avec une fonction
se comportant correctement vont échouer quand on les
applique au
repliement des protéines. Heureusement, de ces deux
problèmes celui-ci
est certainement le moindre. Avec la puissance accrue des processeurs
et les techniques d'échantillonnage
améliorées, des
structures exactes sont couramment
générées - mais en l'absence d'une
fonction
d'énergie parfaitement exacte nous ne sommes pas toujours
capable de
les identifier.
L'écran
de veille
Économiseur
d'écran/Graphiques: Que représente la forme qui
tourne sur elle même au centre de l'image? C'est une
représentation de la dernière structure
prédite par votre ordinateur. Économiseur
d'écran/Graphiques: Que représente le graphe
rouge intitulé RAPDF? C'est le score de la
meilleure structure du moment. Le score
provient de la fonction Residue-specific All-atom conditional
Probability Discriminatory Function (RAPDF où Fonction des
Résidus Spécifiques de la Discrimination de la
Probabilité s'appliquant à l'Ensemble des Atomes) qui calcule les
similarités
entre la structure de la protéine prédite et la
structure réelle. Les meilleurs structures ont un score bas.
Vous pouvez trouver davantage
d'information dans les pages Recherche
de ce projet. Économiseur
d'écran/Graphiques: Que représente
l'arrière-plan? L'arrière-plan
représente une rizière en Asie. Économiseur
d'écran/Graphiques: Puis-je regarder l'information d'une
autre façon? Lorsque vous regardez
les graphiques, vous pouvez également utiliser les
commandes-clavier qui vous permettront de modifier la
façon dont l'information est affichée. Ces touches ne
fonctionnent que dans la version affichage à la
demande des graphiques, elles seront sans effet en mode
économiseur
d'écran (en fait elles feront sortir du mode économiseur comme toute autre touche). Unité de
travail: Mmontre ou cache
les informations relatives au participant I agrandit ou
réduit la taille du graphe RAPDF Visualisation de la
protéine: B montre ou cache le
squelette de la protéine S montre ou cache les
atomes de la structure Lorsque les atomes
sont
montrés par la commande précédente C montre
ou
cache les atomes de carbone C et Calpha A montre
ou
cache les atomes de carbone Calpha N montre
ou
cache les atomes d'azote O montre
ou
cache les atomes d'oxygène Quels
sont les
prérequis pour participer au projet Nutritious Rice for the
World? Les pré
requis pour Windows
sont: - au moins 128 Mo de
mémoire RAM (avec la mémoire virtuelle
activée) - 200 Mo sur le
disque
dur avec au moins 50 Mo disponibles - la
capacité d'afficher des graphiques 8-bits avec une
résolution de 640x480 - une connexion
Internet avec un débit minimum de 28 kbps - Systèmes
d'exploitation supportés: Windows 98, ME, 2000, XP ou Vista Les pré
requis pour Linux sont:
- au moins 128 Mo de
mémoire RAM (avec la mémoire virtuelle
activée) - 200 Mo sur le
disque
dur avec au moins 50 Mo disponibles - la
capacité d'afficher des graphiques 8-bits avec une
résolution de 640x480 - une connexion
Internet avec un débit minimum de 28 kbps - Système
d'exploitation supporté: Linux Les pré
requis pour Mac sont: - un processeur Intel
ou PowerPC - au moins 128 Mo de
mémoire RAM (avec la mémoire virtuelle
activée) - 200 Mo sur le
disque
dur avec au moins 50 Mo disponibles - la
capacité d'afficher des graphiques 8-bits avec une
résolution de 640x480 - une connexion
Internet avec un débit minimum de 28 kbps - Système
d'exploitation supporté: OS/X
Cet article a été publié le 16-05-2008 21:26. Vous pouvez suivre les commentaires suscités par cet article grâce au fil RSS 2.0. Vous pouvez laisser un commentaire.
Dernière mise à jour 17-07-2008 18:48
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Protinfo
& World Community Grid
Les
ordinateurs des volontaires sur WCG utiliseront le
logiciel Protinfo pour créer des
modélisations de toutes les protéines
codées par le génome du riz dont la structure
peut être prévue avec certitude. Ces
modèles seront analysés pour au final ne garder
que les meilleurs. À
partir des structures résultantes, des outils de
prévision seront
utilisés pour déterminer la fonction de chaque
protéine et le rôle du
gène qui la code. En utilisant la puissance de Protinfo, WCG
examinera pour commencer plus de 10.000 gènes, et produira
100.000 modèles par gène.
Générer ce milliard de modèles sur les
320 processeurs du 
