Aplicación del Software Libre en la Secuenciación del ADN Ing. Jacob Israel Cervantes Luevano
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- Héctor Toro Castillo
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1 Aplicación del Software Libre en la Secuenciación del ADN Ing. Jacob Israel Cervantes Luevano Web:
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4 En las últimas décadas la ciencia pudo describir el genoma de plantas, bacterias y animales, incluso, del hombre. El análisis de toda la información genómica de estos seres vivos, ha sido posible gracias a los avances en tecnologías de secuenciación del adn y a la contribución de la informática en lo que se conoce como Bioinformática.
5 Secuenciación secuencias(3g) calidades Obtención de secuencias >lectura 1 ACTGACTGACTG CTGACTGCACTG ACGTGTCAAACG ABI 3730 >lectura 2 ACTGCGTAGCTA TTACGACTAGCG... >lectura >lectura Secuencias (Datos para analizar) SOLiD >lectura 1 G >lectura 2 A GS 454
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9 Secuenciación
10 Secuenciación
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12 Secuenciación
13 Secuenciación
14 Secuenciación
15 Secuenciación
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18 Procesamiento de Datos
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20 Secuenciación Proyecto de secuenciación o datos para analizar. Infraestructura de Supercomputo. Infraestructura de Almacenamiento de datos. Programas para análisis de los datos. Personal(Matemáticos,Estadísticos,Químicos,Biólogos, Bioquímicos,Informáticos). Fuentes de Financiamiento (Dinero)
21 Proyecto de Secuenciación secuencias(3g) calidades Instrumento de Secuenciación >lectura 1 ACTGACTGACTG CTGACTGCACTG ACGTGTCAAACG >lectura 2 ACTGCGTAGCTA TTACGACTAGCG... ABI 3730 >lectura >lectura Secuencias (Datos para analizar) >lectura 1 G SOLiD Cluster de Computo >lectura 2 A GS 454
22 Resultados de Secuenciación Codigo Genetico >1_15_1031_F3 T >1_15_1123_F3 T >1_15_1129_F3 T AAAAAACGTTGCAGGATTCCTT + ACGTTGCAGGATTCCTTAAAAA + AAAAAACGTTGCAGGATTCCTTAAAAA + IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII Datos en Terabytes!!!! >DH10B AGCTTTTCATTCTGACTGCAACGGGCAATAATGTCTCTGTGTGGATTAAAAAAAGAGTGTCTGATAGC CTTCTGAACTGGTTACCTGCCGTGAGTAAATTAAAATTTTATTGACTTAGGTCACTAAATACTTTAACCA ATATAGGCATAGCGCACAGACAGATAAAAATTACAGAGTACACAACATCCATGAAACGCATTAGCACCA CATTACCACCACCATCACCATTACCACAGGTAACGGTGCGGGCTGACGCGTACAGGAAACACAGAAA GCCCGCACCTGACAGTGCGGGCTTTTTTTTTCGACCAAAGGTAACGAGGTAACAACCATGCGAGTGT AGTTCGGCGGTACATCAGTGGCAAATGCAGAACGTTTTCTGCGTGTTGCCGATATTCTGGAAAGCAA CAGGCAGGGGCAGGTGGCCACCGTCCTCTCTGCCCCCGCCAAAATCACCAACCACCTGGTGGCGA T GAAAAAACCATTAGCGGCCAGGATGCTTTACCCAATATCAGCGATGCCGAACGTATTTTTGCCGAACT TGACGGGACTCGCCGCCGCCCAGCCGGGGTTCCCGCTGGCGCAATTGAAAACTTTCGTCGATCAG TGCCCAAATAAAACATGTCCTGCATGGCATTAGTTTGTTGGGGCAGTGCCCGGATAGCATCAACGCTG
23 Software Libre La Aplicación del Software Libre es tan vasta que casi en cualquier nicho puede ser aplicado de diversas maneras. Un nicho con un espectro de aplicación muy amplio y diverso es la CIENCIA e INVESTIGACIÓN donde la BIOINFORMÁTICA para su avance se apoya fuertemente del Software Libre. ACTGACTGA...
24 Porqué Bioinformática? La investigación en biología y en otras ciencias produce grandes cantidades de información. La única forma de analizar la información es mediante el uso de computadoras y programas. Surge la Bioinformática. ACTGACTGA...
25 Qué es Bioinformática? Aplicación de tecnología de computadores a la gestión y análisis de datos biológicos. Convergencia de campos de estudios interdisciplinarios: informática. matemática aplicada. estadística. inteligencia artificial. química y bioquímica, biología. Solucionar problemas, analizar datos, o simular sistemas o mecanismos biológicos.
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27 Qué es un Cluster de Computo? Grupo de múltiples computadoras. Unidos mediante una red de alta velocidad. El conjunto es visto como una única computadora. Mas potente que una PC de escritorio. Figura 1.Arquitectura de un Cluster de Computadoras Jacob Israel Cervantes Luevano
28 Clasificación de los Clusters Clusters de Alto rendimiento.(hpc - High Performance) Alta Disponibilidad.(HA High Availability) Alta Eficiencia.(HT High Throughput) Escalabilidad. También se pueden clasificar como: Clusters Comerciales(HA y HT) Clusters Científicos(HPC) Jacob Israel Cervantes Luevano Figura 2. Nasa Columbia
29 Componentes de un Cluster Hardware Servidor (frontend). Nodos de computo (backend). Red. Software Sistema Operativo. Programas para administración de recursos. Programas para programación en paralelo distribuida. Jacob Israel Cervantes Luevano y
30 Componentes de un Cluster Jacob Israel Cervantes Luevano
31 Componentes de un Cluster ( Front End ) Normalmente es una gran máquina. Gran capacidad de almacenamiento. Conexión a red externa. Repositorio de los principales servicios y componentes de software. Mac Mac INTERNET Mac Mac Mac Mac PC PC PC PC GNU GNU LINUX LINUX INTRANET Figura 3. Esquema de un cluster Jacob Israel Cervantes Luevano
32 Componentes de un Cluster (Nodos) Ejecutan las tareas en el cluster. Almacenamiento temporal, permanente o diskless. Mismos componentes de un PC convencional? Memoria usualmente muy alta. Mac Mac INTERNET Mac Mac Mac Mac PC PC PC PC GNU GNU LINUX LINUX INTRANET Figura 3. Esquema de un cluster Jacob Israel Cervantes Luevano
33 Componentes de un Cluster(Almacenamiento) Interno en el servidor(ide, SATA I, SATA II, SCSI...). NAS(Network Attached Storage, 1TB,2TB,3TB,4TB). NAS USB o Gigabit Ethernet. NAS a través de protocolos NFS,FTP, CIFS/SMB,AFP. Unidades de Cinta. Mac Mac Mac Mac Mac Mac PC PC PC PC GNU GNU LINUX LINUX INTRANET Figura 3. Esquema de un cluster Jacob Israel Cervantes Luevano
34 Componentes de un Cluster (Almacenamiento) Figura 3. MD x1TB SATA (RAID-5 hotspare) Jacob Israel Cervantes Luevano
35 Componentes de un Cluster(Red) Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet. Myrinet(Red Clase II, >1Gbps, Alto costo). Infiniband(Alto costo). 2.5Gb/s modo simple. La opción más Ethernet(1000Mbps) Jacob Israel Cervantes Luevano utilizada es Gigabit
36 Componentes de un Cluster(Software) Servicios en el Servidor Autenticación remota (secure shell). Montaje remoto de sistemas de archivos(nfs,autofs). Middleware: Manejo de Recursos(RS). Qué disponibilidad de recursos existen? Cómo administro y distribuyo los recursos? Torque/PBS (Administrador de Recursos) Maui (Planificador ) Jacob Israel Cervantes Luevano
37 Componentes de un Cluster(Software) Servicios en el Servidor Gráficas del uso del cluster Lista Nodos esclavos Nodo con problema Nodo estable
38 Rocks and Rolls Distribución de Linux : CentOS 5.x, 6.x, 7.x Clon a nivel binario de Red Hat Linux (CentOS). Utilizado para montaje HPC, pequeña y gran escala. Paquetes configurados Rolls. Mas todo lo demás que acabo de comentar. Jacob Israel Cervantes Luevano
39 Supercomputo - Sistema Operativo/Procesador (top500.org)
40 Supercomputo Genomica Cinvestav Langebio "FLoating point Operations Per Second" u Operaciones de punto(o coma) flotante por segundo. Los FLOPS son una medida de rendimiento de una computadora, especialmente en el campo científico, en donde se utiliza mucho las operaciones con datos de tipo flotante, para realizar simulaciones precisas y obtener resultados fidedignos.
41 Principales Áreas de Investigación? Análisis de Expresión Génica. Análisis de mutaciones, polimorfismos. Ensamblado de Genomas. Muchas más.. Jacob Israel Cervantes Luevano
42 Software Libre Bioinformática tics_software Jacob Israel Cervantes Luevano
43 Desarrollo de Software Libre
44 Desarrollo de Software Libre
45 Desarrollo de Software Libre
46 Desarrollo de Software Libre This screenshot shows the main user interface search page Search Methods: Contig Name Keywords / Descriptions Blast Existing Analisys
47 Desarrollo de Software Libre This screenshot shows the main user interface search page Hsp BitScoreColor Bar Gene Model (fgenesh abinitio) Blast2Gene 454 GS 20 reads Blast HSPs (hit 1) Live Links Blast HSPs Arabidopsis Hit NR Hit ZMGI Hit
48 Query Sequence Visualizer Development Tools Server 100% Full Linux Development C# (C Sharp) Mono Runtime Web Services (asmx) XSP 2 for ASP.NET testing Apache Web Server Shell Scripts, Python, Perl modules Client Javascript Html 4 Jquery DojoToolkit Database MySQL (optional) PostgreSQL Mono. Project by Miguel De Icaza
49 México aporta el Genoma del Maíz al conocimiento científico mundial.
50 Artículo en Nature sobre el Genoma de la Planta Carnivora
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1. Almacenamiento redundante
ALTA DISPONIBILIDAD Los sistemas RAID los hacemos con un conjunto de discos. Por un lado hay RAID que valen para: *VELOCIDAD. Optimizan el rendimiento para conseguir velocidad. *SEGURIDAD. Si falla un
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