GeneBrowser 2: an application to explore and identify common biological traits in a set of genes

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>The development of high-throughput laboratory techniques created a demand for computer-assisted result analysis tools. Many of these techniques return lists of genes whose interpretation requires finding relevant biological roles for the problem at hand. The required information is typically available in public databases, and usually, this information must be manually retrieved to complement the analysis. This process is a very time-consuming task that should be automated as much as possible.</p> <p>Results</p> <p>GeneBrowser is a web-based tool that, for a given list of genes, combines data from several public databases with visualisation and analysis methods to help identify the most relevant and common biological characteristics. The functionalities provided include the following: a central point with the most relevant biological information for each inserted gene; a list of the most related papers in PubMed and gene expression studies in ArrayExpress; and an extended approach to functional analysis applied to Gene Ontology, homologies, gene chromosomal localisation and pathways.</p> <p>Conclusions</p> <p>GeneBrowser provides a unique entry point to several visualisation and analysis methods, providing fast and easy analysis of a set of genes. GeneBrowser fills the gap between Web portals that analyse one gene at a time and functional analysis tools that are limited in scope and usually desktop-based.</p

Métodos computacionais para análise de dados de microarrays

Mestrado em Engenharia de Computadores e TelemáticaOs microarrays de ácido desoxirribonucleico (ADN) são uma importante tecnologia para a análise de expressão genética. Permitem medir o nível de expressão de genes em várias amostras para, por exemplo, identificar genes cuja expressão varia com a administração de determinado medicamento. Um slide de microarray mede o nível de expressão de milhares de genes numa amostra ao mesmo tempo e uma experiência pode usar vários slides, surgindo assim muitos dados que é preciso processar e analisar, com recurso a meios informáticos. Esta dissertação inclui um levantamento de métodos e recursos de software utilizados na análise de dados de experiências de microarrays. Em seguida, descreve-se o desenvolvimento de um novo módulo de análise de dados que visa, usando métodos de identificação de genes diferencialmente expressos, identificar genes que se encontram diferencialmente expressos entre dois ou mais grupos experimentais. No final, é apresentado o trabalho resultante, a nível de interfaces gráficas e funcionamento.Deoxyribonucleic acid (DNA) microarrays are an important technology for the analysis of gene expression. They allow measuring the expression of genes among several samples in order to, for example, identify genes whose expression varies with the administration of a certain drug. A microarray slide measures the expression level of thousands of genes in a sample at the same time, and an experiment can include various slides, leading to a lot of data to be processed and analyzed, with the aid of computerized means. This dissertation includes a review of methods and software tools used in the analysis of microarray experimental data. Then it is described the development of a new data analysis module that intends, using methods of identifying differentially expressed genes, to identify genes that are differentially expressed between two more groups. Finally, the resulting work is presented, describing its graphical interface and structural design

Sistemas de informação para DNA microarrays

Doutoramento em Engenharia InformáticaO projecto de sequenciação do genoma humano veio abrir caminho para o surgimento de novas áreas transdisciplinares de investigação, como a biologia computacional, a bioinformática e a bioestatística. Um dos resultados emergentes desde advento foi a tecnologia de DNA microarrays, que permite o estudo do perfil da expressão de milhares de genes, quando sujeitos a perturbações externas. Apesar de ser uma tecnologia relativamente consolidada, continua a apresentar um conjunto vasto de desafios, nomeadamente do ponto de vista computacional e dos sistemas de informação. São exemplos a optimização dos procedimentos de tratamento de dados bem como o desenvolvimento de metodologias de interpretação semi-automática dos resultados. O principal objectivo deste trabalho consistiu em explorar novas soluções técnicas para agilizar os procedimentos de armazenamento, partilha e análise de dados de experiências de microarrays. Com esta finalidade, realizou-se uma análise de requisitos associados às principais etapas da execução de uma experiência, tendo sido identificados os principais défices, propostas estratégias de melhoramento e apresentadas novas soluções. Ao nível da gestão de dados laboratoriais, é proposto um LIMS (Laboratory Information Management System) que possibilita a gestão de todos os dados gerados e dos procedimentos realizados. Este sistema integra ainda uma solução que permite a partilha de experiências, de forma a promover a participação colaborativa de vários investigadores num mesmo projecto, mesmo usando LIMS distintos. No contexto da análise de dados, é apresentado um modelo que facilita a integração de algoritmos de processamento e de análise de experiências no sistema desenvolvido. Por fim, é proposta uma solução para facilitar a interpretação biológica de um conjunto de genes diferencialmente expressos, através de ferramentas que integram informação existente em diversas bases de dados biomédicas.The sequencing of the human genome paved the way for the emergence of new transdisciplinary research areas, such as computational biology, bioinformatics and biostatistics. One example of such is the advent of DNA microarray technology, which allows the study of the expression of thousands of genes when subjected to an external disturbance. Despite being a well-established technology, it continues to present a wide range of challenges, particularly in terms of computing and information systems. Examples include the optimization of procedures for processing data as well as the development of methodologies for semi-automated interpretation of results. The main objective of this study was to explore new technical solutions to streamline the procedures for storing, sharing and analyzing the data from microarray experiments. To this end, it was performed an analysis of the key steps from the experiment, having been identified the major deficits, proposed strategies for improving and presented new solutions. Regarding the management of laboratory data we propose a LIMS (Laboratory Information Management System) that allows the storage of all data generated and procedures performed in the laboratory. This system also includes a solution that enables the sharing of experiments in order to promote collaborative participation of several researchers in the same project, even using different LIMS. In the context of data analysis, it is presented a model that allows the simplified integration of processing and analysis algorithms in the developed system. Finally, it is proposed a solution to facilitate the biological interpretation of a set of differentially expressed genes, using tools that integrate information from several public biomedical databases