Structural pattern matching of nonribosomal peptides

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Nonribosomal peptides (NRPs), bioactive secondary metabolites produced by many microorganisms, show a broad range of important biological activities (e.g. antibiotics, immunosuppressants, antitumor agents). NRPs are mainly composed of amino acids but their primary structure is not always linear and can contain cycles or branchings. Furthermore, there are several hundred different monomers that can be incorporated into NRPs. The N<smcaps>ORINE</smcaps> database, the first resource entirely dedicated to NRPs, currently stores more than 700 NRPs annotated with their monomeric peptide structure encoded by undirected labeled graphs. This opens a way to a systematic analysis of structural patterns occurring in NRPs. Such studies can investigate the functional role of some monomeric chains, or analyse NRPs that have been computationally predicted from the synthetase protein sequence. A basic operation in such analyses is the search for a given structural pattern in the database.</p> <p>Results</p> <p>We developed an efficient method that allows for a quick search for a structural pattern in the N<smcaps>ORINE</smcaps> database. The method identifies all peptides containing a pattern substructure of a given size. This amounts to solving a variant of the maximum common subgraph problem on pattern and peptide graphs, which is done by computing cliques in an appropriate compatibility graph.</p> <p>Conclusion</p> <p>The method has been incorporated into the N<smcaps>ORINE</smcaps> database, available at <url>http://bioinfo.lifl.fr/norine</url>. Less than one second is needed to search for a pattern in the entire database.</p

NORINE: a database of nonribosomal peptides

Norine is the first database entirely dedicated to nonribosomal peptides (NRPs). In bacteria and fungi, in addition to the traditional ribosomal proteic biosynthesis, an alternative ribosome-independent pathway called NRP synthesis allows peptide production. It is performed by huge protein complexes called nonribosomal peptide synthetases (NRPSs). The molecules synthesized by NRPS contain a high proportion of nonproteogenic amino acids. The primary structure of these peptides is not always linear but often more complex and may contain cycles and branchings. In recent years, NRPs attracted a lot of attention because of their biological activities and pharmacological properties (antibiotic, immunosuppressor, antitumor, etc.). However, few computational resources and tools dedicated to those peptides have been available so far. Norine is focused on NRPs and contains more than 700 entries. The database is freely accessible at http://bioinfo.lifl.fr/norine/. It provides a complete computational tool for systematic study of NRPs in numerous species, and as such, should permit to obtain a better knowledge of these metabolic products and underlying biological mechanisms, and ultimately to contribute to the redesigning of natural products in order to obtain new bioactive compounds for drug discovery

Development of a software platform for analysis of nonribosomal peptides

Les peptides non-ribosomiaux sont des molécules produites par les micro-organismes et présentant un large éventail d’activités biologiques et pharmaceutiques. Par exemple, ils peuvent présenter des activités antibiotiques, immuno-modulatrices ou anti-tumorales. Ces peptides sont synthétisés par de grands complexes multi-enzymatiques, appelés synthétases ou NRPS (NonRibosomal Peptide Synthetases). Deux traits caractéristiques distinguent ces peptides des peptides ribosomiaux classiques : le premier est que leur structure primaire n’est pas toujours linéaire mais peut être totalement ou partiellement cyclique, branchée voir même poly-cyclique, et le second est la diversité des monomères incorporés au sein de ces peptides qui dépasse largement les vingt acides aminés protéogéniques. Nous avons développé Norine, la première ressource publique entièement dédiée aux peptides nonribosomiaux. Norine contient actuellement plus de 1 000 peptides, modélisés par des graphes étiquetés non-orientés, ainsi que des outils informatiques permettant leur analyse, comme la comparaison de compositions en monomères, la recherche de motifs structuraux ou la recherche par similarité. Des analyses statistiques sur les données contenues dans Norine ont permis de mettre en évidence des caractéristiques biologiques intéressantes comme la spécificité des monomères en fonction de l’activité biologique qui nous a conduit à l’élaboration d’un outil d’aide à la prédiction de la fonction biologique d’un peptide à partir de sa composition monomérique. En trois ans, Norine est devenue la ressource internationale pour les peptides non-ribosomiaux.Nonribosomal peptides are molecules produced by microorganisms and displaying a broad spectrum of biological activities and pharmaceutical applications. They can harbor anti-microbial, immunomodulating or anti-tumor activities. These peptides are synthesized by huge multi-enzymatic complexes, called NonRibosomal Peptide Synthetases. Two main structural traits distinguish these peptides from the ribosomally synthesized ones : first, their primary structure is not always linear but is often cyclic (partially or totally), branched or poly-cyclic, and second, the diversity of monomers incorporated into nonribosomal peptides extends far beyond the 20 proteogenic amino acids residues. We have developed Norine, the first public resource entirely dedicated to nonribosomal peptides. Norine currently contains more than 1 000 peptides, modeled by non-oriented labeled graphs, and computational tools allowing their analysis, such as monomer composition comparison, structural pattern matching or similarity search. Statistical analysis of Norine data highlighted interesting biological properties such as a specific monomer composition depending on the biological activity, that led us to develop a tool for helping the prediction of peptide activity from its monomeric composition. In three years, Norine became the international resource for nonribosomal peptides

Mise en place d'une plate-forme logicielle pour l'analyse des peptides non-ribosomiaux

Nonribosomal peptides are molecules produced by microorganisms and displaying a broad spectrum of biological activities and pharmaceutical applications. They can harbor anti-microbial, immunomodulating or anti-tumor activities. These peptides are synthesized by huge multi-enzymatic complexes, called NonRibosomal Peptide Synthetases. Two main structural traits distinguish these peptides from the ribosomally synthesized ones : first, their primary structure is not always linear but is often cyclic (partially or totally), branched or poly-cyclic, and second, the diversity of monomers incorporated into nonribosomal peptides extends far beyond the 20 proteogenic amino acids residues. We have developed Norine, the first public resource entirely dedicated to nonribosomal peptides. Norine currently contains more than 1 000 peptides, modeled by non-oriented labeled graphs, and computational tools allowing their analysis, such as monomer composition comparison, structural pattern matching or similarity search. Statistical analysis of Norine data highlighted interesting biological properties such as a specific monomer composition depending on the biological activity, that led us to develop a tool for helping the prediction of peptide activity from its monomeric composition. In three years, Norine became the international resource for nonribosomal peptides.Les peptides non-ribosomiaux sont des molécules produites par les micro-organismes et présentant un large éventail d'activités biologiques et pharmaceutiques. Par exemple, ils peuvent présenter des activités antibiotiques, immuno-modulatrices ou anti-tumorales. Ces peptides sont synthétisés par de grands complexes multi-enzymatiques, appelés synthétases ou NRPS (NonRibosomal Peptide Synthetases). Deux traits caractéristiques distinguent ces peptides des peptides ribosomiaux classiques : le premier est que leur structure primaire n'est pas toujours linéaire mais peut être totalement ou partiellement cyclique, branchée voir même poly-cyclique, et le second est la diversité des monomères incorporés au sein de ces peptides qui dépasse largement les vingt acides aminés protéogéniques. Nous avons développé Norine, la première ressource publique entièement dédiée aux peptides nonribosomiaux. Norine contient actuellement plus de 1 000 peptides, modélisés par des graphes étiquetés non-orientés, ainsi que des outils informatiques permettant leur analyse, comme la comparaison de compositions en monomères, la recherche de motifs structuraux ou la recherche par similarité. Des analyses statistiques sur les données contenues dans Norine ont permis de mettre en évidence des caractéristiques biologiques intéressantes comme la spécificité des monomères en fonction de l'activité biologique qui nous a conduit à l'élaboration d'un outil d'aide à la prédiction de la fonction biologique d'un peptide à partir de sa composition monomérique. En trois ans, Norine est devenue la ressource internationale pour les peptides non-ribosomiaux

LeView: automatic and interactive generation of 2D diagrams for biomacromolecule/ligand interactions.

Present address Ségolène Caboche : IFR142 Molecular and Cellular Medecine, INSERM, CNRS,Institut Pasteur de Lille and Univ Lille Nord de France, Lille, FranceInternational audience: 2D diagrams are widely used in the scientific literature to represent interactions between ligands and biomacromolecules. Such schematic diagrams are very helpful to better understand the chemical interactions and biological processes in which ligands are involved. Here, a new tool for automatic and interactive generation of 2D diagrams for biomacromolecule/ligand interactions is presented. LeView (Ligand-Environment Viewer) produces customised and high-quality figures, with a good compromise between a faithful representation of the 3D data (structures and interactions) and aesthetic criteria. LeView can be freely downloaded at http://www.pegase-biosciences.com/tools/leview

Mise en place d'une plate-forme logicielle pour l'analyse des peptides non-ribosomiaux

Les peptides non-ribosomiaux sont des molécules produites par les micro-organismes et présentant un large éventail d activités biologiques et pharmaceutiques. Par exemple, ils peuvent présenter des activités antibiotiques, immuno-modulatrices ou anti-tumorales. Ces peptides sont synthétisés par de grands complexes multi-enzymatiques, appelés synthétases ou NRPS (NonRibosomal Peptide Synthetases). Deux traits caractéristiques distinguent ces peptides des peptides ribosomiaux classiques : le premier est que leur structure primaire n est pas toujours linéaire mais peut être totalement ou partiellement cyclique, branchée voir même poly-cyclique, et le second est la diversité des monomères incorporés au sein de ces peptides qui dépasse largement les vingt acides aminés protéogéniques. Nous avons développé Norine, la première ressource publique entièement dédiée aux peptides nonribosomiaux. Norine contient actuellement plus de 1 000 peptides, modélisés par des graphes étiquetés non-orientés, ainsi que des outils informatiques permettant leur analyse, comme la comparaison de compositions en monomères, la recherche de motifs structuraux ou la recherche par similarité. Des analyses statistiques sur les données contenues dans Norine ont permis de mettre en évidence des caractéristiques biologiques intéressantes comme la spécificité des monomères en fonction de l activité biologique qui nous a conduit à l élaboration d un outil d aide à la prédiction de la fonction biologique d un peptide à partir de sa composition monomérique. En trois ans, Norine est devenue la ressource internationale pour les peptides non-ribosomiaux.Nonribosomal peptides are molecules produced by microorganisms and displaying a broad spectrum of biological activities and pharmaceutical applications. They can harbor anti-microbial, immunomodulating or anti-tumor activities. These peptides are synthesized by huge multi-enzymatic complexes, called NonRibosomal Peptide Synthetases. Two main structural traits distinguish these peptides from the ribosomally synthesized ones : first, their primary structure is not always linear but is often cyclic (partially or totally), branched or poly-cyclic, and second, the diversity of monomers incorporated into nonribosomal peptides extends far beyond the 20 proteogenic amino acids residues. We have developed Norine, the first public resource entirely dedicated to nonribosomal peptides. Norine currently contains more than 1 000 peptides, modeled by non-oriented labeled graphs, and computational tools allowing their analysis, such as monomer composition comparison, structural pattern matching or similarity search. Statistical analysis of Norine data highlighted interesting biological properties such as a specific monomer composition depending on the biological activity, that led us to develop a tool for helping the prediction of peptide activity from its monomeric composition. In three years, Norine became the international resource for nonribosomal peptides.LILLE1-Bib. Electronique (590099901) / SudocSudocFranceF

Séquençage par nanopores

Le séquençage haut-débit a ouvert de nouvelles perspectives cliniques nous orientant aujourd’hui vers une médecine de précision. Cancérologie, infectiologie ou génomique humaine, de nombreuses applications ont vu le jour ces dernières années. L’arrivée sur le marché d’une troisième génération de technologie de séquençage fondée sur les nanopores, palliant certaines faiblesses de la génération précédente, annonce une nouvelle révolution. Portabilité, temps réel, lectures longues et coût d’investissement marginal, ces nouvelles technologies prometteuses laissent présager un nouveau changement de paradigme. Quelles sont les perspectives ouvertes par les nanopores pour les applications cliniques

Le séquençage haut-débit

Lors d’une infection, l’identification précise de l’agent infectieux est de première urgence. Après les méthodes phénotypiques qui restent largement employées, la biologie moléculaire a fait son entrée dans les laboratoires de microbiologie clinique, permettant l’identification du pathogène par la comparaison de son empreinte moléculaire à une banque de données. Le séquençage haut-débit permettrait de dépasser cette seule identification en exploitant la totalité de la connaissance du génome du pathogène. Ce passage de l’empreinte au portrait-robot, soutenu par un nombre croissant d’études préliminaires, permettrait une meilleure adaptation du traitement aux spécificités du pathogène. Cependant, plusieurs obstacles doivent être franchis afin que l’exploitation des données de séquençage haut-débit devienne une réalité

CuReSim-LoRM: A Tool to Simulate Metabarcoding Long Reads

Metabarcoding DNA sequencing has revolutionized the study of microbial communities. Third-generation sequencing producing long reads had opened up new perspectives. Obtaining the full-length ribosomal RNA gene would permit one to reach a better taxonomic resolution at the species or the strain level. However, Oxford Nanopore Technologies (ONT) sequencing produces reads with high error rates, which introduces biases in analysis. Understanding the biases introduced during the analysis allows one to better interpret the biological results and take care of conclusions drawn from metabarcoding experiments. To benchmark an analysis process, the ground truth, i.e., the real composition of the microbial community, has to be known. In addition to artificial mock communities, simulated data are often used to evaluate the biases and performances of the bioinformatics analysis step. Currently, no specific tool has been developed to simulate metabarcoding long reads, mimic the error rate and the length distribution, and allow one to benchmark the analysis process. Here, we introduce CuReSim-LoRM, for the customized read simulator to generate long reads for metabarcoding. We showed that CuReSim-LoRM is able to produce reads with varying error rates and length distributions by mimicking the real data very well