Bioinformatique : opportunités pour l’enseignement

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Remerciements

Le DIP ESII pour le soutien à ce projet, le SIB Institut Suisse de Bioinformatique pour les collaborations depuis 2002.

Formation continue PO 425 du 28 février 2024.

Programme :

• 13h30 Présentations et Introduction (FL)
• 13h50
  • Activités sur l'évolution : 2 approches pédagogiques (MCB, puis FL)
  • Activités sur l'ADN  : 2 approches pédagogiques (MCB, puis FL)
• 14h10 Présentation d'une sélection de scénarios et survol des autres scénarios (FL)
• 14h30 Présentation d'une sélection d'activités produites par le SIB et survol des autres (MCB) (documents)
• 15h Pause
• 15h15 Ateliers à choix en parallèle a) activités SIB (MCB) b) scénarios en classe (FL)
• 16h30 Synthèse et bilan
• 17h Fin

Documents proposés

• Introduction (FL)
• Introduction et documents (MCB)
• Articles mentionnés
  • L'Intelligence Artificielle et l'éducation... une menace sur les activités et l'évaluation ? Jump-To-Scienceici
  • Duncan, R. G., Krishnamoorthy, R., Harms, U., Haskel-Ittah, M., Kampourakis, K., Gericke, N., Hammann, M., Jimenez-Aleixandre, M., Nehm, R. H., Reiss, M. J., & Yarden, A. (2024). The sociopolitical in human genetics education. Science, 383(6685), 826‑828. https://doi.org/10.1126/science.adi8227
  • Allchin, D., Bergstrom, C. T., & Osborne, J. (2024). Transforming Science Education in an Age of Misinformation. Journal of College Science Teaching. https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/0047231X.2023.2292409
  • Erduran, S. (2023). AI is transforming how science is done. Science education must reflect this change. Science, 382(6677), eadm9788. https://doi.org/10.1126/science.adm9788

Projet ESII Le numérique en biologie (Bioinformatique) : opportunités pour l’enseignement

Des activités en classe ou de type TP / laboratoire virtuel ou les élèves peuvent vérifier des hypothèses et construire des connaissances en se basant sur les savoirs les plus récents

Des scénarios - protocoles (~ comment faire)

Principalement techniques, le niveau de formulation et la pédagogie peuvent être adaptés en fonction du public et des approches de l'enseignant.e.

1. Éprouver que la séquence des gènes codant pour les protéines est repérable sur les chromosomes humains (quelques exemples).
2. Éprouver que la séquence des gènes codant pour les protéines est bien constituée de ATCG (quelques exemples)
3. Éprouver qu'une grande partie du génome n'est pas constituée de gènes
4. Éprouver que beaucoup de gènes codant pour les protéines sont constitués d'Introns et d'Exons
5. Éprouver que la limite introns-exons n'est pas discernable aisément
6. Éprouver que l'origine de transcription est une séquence de bases
7. Éprouver que les SNP sont fréquents et sont des changements d'une seule base par exemple dans le gène CFTR
8. Savoir choisir les sondes pour déterminer chaque SNP étudié dans une puce à ADN (µ-array)
9. Éprouver comment on pourrait choisir les sondes pour déterminer un SNP spécifique dans une puce à ADN (µ-array)
   1. Eprouver comment un SNP (mutation ∂F508) est la cause la plus fréquente de mucoviscidose)
10. Estimer la taille minimale permettant de retrouver spécifiquement une séquence.
11. Éprouver que les séquences pour les empreintes (satellites) sont des séquences répétées
12. Comparer pour 3 personnes le nombre de répétitions dans un satellite  sur le chr 1
13. Variante  Former un schéma du gel pour  une empreinte ADN à partir des séquences sur le chromosome 1 pour 3 personnes
14. Éprouver que l'extrémité des chromosomes humains sont constitués de télomères
15. Déterminer les tissus et organes exprimant un gène (humain) donné
16. Déterminer le degré d'expression d'un gène selon les organes au cours de l'embryogenèse (souris)
17. Preuve de l'évolution par la comparaison de protéines chez différentes espèces
18. Etablir l'alignement et une phylogénie
19. Trouver la date de divergence évolutive de deux espèces
20. Déterminer la structure 3D d'une protéine biologiquement importante
21. Convertir la structure de la protéine en fichier pour imprimante 3D(.STL)
22. Éprouver le lien entre structure, séquence et fonction d'une protéine
23. Peut-on prédire la répartition des espèces végétales à partir de mesures physicochimiques et des valeurs écologiques Landolt ? (et réciproquement ?)
24. Éprouver le rôle central des protéines dans le fonctionnement normal et la maladie
25. Trouver des séquences virales dans le génome humain

Des exemples d'insertions possibles dans les programmes

• Ecologie : insertions possible des activités de biologie numérique
• Physiologie : insertions possibles des activités de biologie numérique
• Génétique et biologie moléculaire  : insertions possibles des activités de biologie numérique
• Evolution : insertions possibles des activités de biologie numérique
• Immunologie : insertions possibles des activités de biologie numérique
• Autres : insertions possible des activités de biologie numérique

Activités et ressources proposées par le SIB Institut Suisse de Bioinformatique

• Ateliers de bioinformatique
  • Atelier-1. Des chromosomes et des gènes: localiser des gènes sur les chromosomes
  • Atelier-2. Protéines et Drug Design: concevoir des médicaments avec l'aide de l'ordinateur
    • Une publication (EN) qui reprend toutes les activités en détail (lien)
  • Atelier-3. Phylogénie, biodiversité et pizza ...
    • Pizza métagénomique: identifier les espèces présentes dans une pizza
  • Atelier-4. Médecine de précision: choisir un traitement en fonction d'un profil génétique
  • Atelier-5. Coronavirus et protéines...
    • Une publication (EN) qui reprend toutes les activités (lien)
  • Atelier-6. Découverte de BLAST...
  • Atelier-7. L'insuline de A à Z: mieux comprendre une maladie génétique grâce à la bioinformatique
    • Une publication (EN) qui reprend toutes les activités (lien)
  • Atelier-8. Quelques liens pour les plus curieux......
    • Atelier découverte de la bioinformatique pour les plus jeunes
• SIB web sites:
  • ChromosomeWalk.ch: localisation chromosomique et fonction biologique de plus de 300 gènes humains
  • PrecisionMed.ch: la médecine de précision en oncologie
    • C'est quoi un cancer
    • C'est quoi une protéine
  • Atelier Drug Design: concevoir les médicaments de demain avec l'aide de l'ordinateur
  • LightOfEvolution.org: des histoires et des activités en lien avec l'évolution
    • Publication: Bringing science to the public in the light of evolution
    • BananaSplit: L'homme et la banane ont 27 % de gènes en commun
      • OhMyGenes.org: calculer le pourcentages de gènes en commun entre différentes espèces et leur date de divergence
      • Atelier 'des séquences de protéines à l'arbre phylogénétique': matériel et instructions
    • Ce qui peut faire une différence: les variations génétiques humaines à la lumière de l'évolution
      • Découvrir l'impact de quelques variations génétiques bien connues
    • Chasse aux variants: suivre la pandémie du coronavirus
    • Dinopoulet: étudier le lien évolutif entre les dinosaures et les oiseaux
    • Les Mystères des grecs anciens: comment étudier les migrations des anciennes populations humaines
    • Des gènes en bonus: des exemples de transferts de gènes horizontaux et leur rôle dans la reproduction sexuée
    • Cancer(r)évolution: le cancer à la lumière de l'évolution
  • PhiloPhylo: construire des alignements de séquences et des arbres phylogénétiques facilement
  • www.uniprot.org: banques de données sur les protéines
  • www.swissbiopics.org: des illustrations des différentes cellules et de leurs compartiments
  • Nextstrain.org: le suivi des pandémies
    • Genomic epidemiology of SARS-CoV-2
  • Protein Spotlight comics (bande dessinée sur les protéines, EN/FR): https://www.proteinspotlight.org/comics/

Glossaire

• Glossaire de quelque termes en bioinformatique

Des liens vers des sources d'information

UniProtKB (SwissProt)	http://uniprot.org/	Séquences de protéines
GDV genome Data viewer (Ex MapViewer)	https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/gdv/	Localisation des gènes sur les chromosomesm exploration des séquences codantes ou non
OMIM	https://www.ncbi.nlm.nih.gov/omim	Information sur les gènes et les maladies génétiques humaines.
PubMed	https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/	Literature references (accède à la base Medline)
BookShelf	https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books	Des ouvrages de haute qualité gratuitement accessibles on-line
HMGD	http://www.hgmd.cf.ac.uk/ac/index.php	Human Genome Mutation Database
PDB	http://www.rcsb.org/pdb/	Protein structures ->3-d
BLAST (NCBI)	https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi	Recherche de similarité de séquences
BLAT (UCSC)	http://genome.ucsc.edu/cgi-bin/hgBlat?command=start	Recherche de séquences dans différents génomes (inclu humain). Plus rapide que Blast
Genetic Home Reference	http://ghr.nlm.nih.gov/ghr/	Portail destiné au public : infos à propos des maladies génétiques
Genes and diseases	https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22183/	Ouvrage sur les Maladies humaines, mutations,…Informations concises et fiables.
Phylodendron	http://iubioarchive.bio.net/treeapp/treeprint-form.html	Logiciel on-line de visionnement d'arbres = cladogrammes
Timetree	http://www.timetree.org/	Trouver la date de divergence entre deux espèces ( nom latin)
Bioinformatics @ NCBI	https://www.ncbi.nlm.nih.gov/guide/all/	Toutes les banques de données du NIH en anglais
Digital world Biology	http://digitalworldbiology.com/	Veut aider à mieux utiliser les outils BIST : Notamment Tutorials sur Le BLAST, Entrez, Cn3D, etc

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