Mise au point

Bioinformatic strategies to provide functional clues to the unknown genes in Plasmodium falciparum genome

Stratégies bioinformatiques pour prédire la fonction des gènes non-annotés du génome de Plasmodium falciparum

¹ Centre National de la Recherche Scientifique / Muséum National d’Histoire Naturelle, FRE3206, Molécules de Communication et Adaptation des Micro-organismes, Adaptation des Protozoaires à leur Environnent, CP 52, 61, rue Buffon, 75231 Paris Cedex 05, France
² Commissariat à l’Énergie Atomique, Centre National de la Recherche Scientifique, Université Joseph Fourier Grenoble I, Institut National de la Recherche en Agronomie, Unité Mixte de Recherche 5168 ; Institut de Recherches en Technologies et Sciences pour le Vivant, Grenoble, 17, rue des Martyrs, 38054 Grenoble Cedex 09, France
³ Méthodes et algorithmes pour la Bioinformatique, LIRMM, Univ. Montpellier 2, CNRS, 161, rue Ada, 34095 Montpellier Cedex 5, France

^* Correspondence: Dr Isabelle Florent, FRE3206 CNRS/MNHN, APE, RDDM. Tel.: +33 (0)1 40 79 35 47 - fax: +33 (0)1 40 79 34 99 E-mail: florent@mnhn.fr

Received: 11 June 2010
Accepted: 28 July 2010

Abstract

The fight against Plasmodium falciparum, the species responsible for 90 % of the lethal forms of human malaria, took a new direction with the publication of its genome in 2002. However, the hopes that the genome should help bringing to the foreground the expected new “vaccines candidates” or “targets of new medicines” were disappointed by the low number of genes that could be functionally annotated – less than 40 % upon the genome publication, just over 50 % eight years later. This 10 % gain of knowledge was made possible by the efforts of the entire scientific community in many directions which include: the production of transcriptomic and proteomic profiles at various stages of the parasite development and in response to drug or stress treatments; the proteomic study of subcellular compartments; the sequencing of numerous Plasmodium related species (allowing whole genome comparisons) and the sequencing of numerous P. falciparum strains (allowing investigations of gene polymorphism). In parallel with this production of experimental biological data, the development of original mining tools adapted to the P. falciparum specificities quickly appeared as a priority, as the performances of “classical” bioinformatic tools, used successfully for other genomes, had limited efficacy. This was the aim of the PlasmoExplore project launched in 2007. This brief review does not cover all efforts made by the international community to decipher the P. falciparum genome but focuses on improvements and novel mining methods investigated by the PlasmoExplore consortium, and some of the lessons we could learn from these efforts.

Résumé

La lutte contre Plasmodium falciparum, l’espèce responsable de 90 % des formes mortelles du paludisme chez l’Homme, a pris une nouvelle direction avec la publication de son génome en 2002. Cependant, les espoirs de faire émerger de nouveaux « candidats de vaccins » ou des « cibles de nouveaux médicaments » ont été déçus par le faible nombre de gènes qui ont pu être annotés sur le plan fonctionnel – moins de 40 % au moment de la publication de son génome, juste au-delà de 50 % huit ans plus tard. Ce gain de 10 % de connaissances (parfois imprécises) résulte des efforts menés par toute la communauté scientifique dans plusieurs directions dont : la production de profils transcriptomiques et protéomiques au cours du développement du parasite et en réponse à des traitements médicamenteux ou stressants ; l’étude protéomique de compartiments subcellulaires ; le séquençage d’une diversité d’espèces proches du genre Plasmodium et dans le genre Plasmodium (permettant des comparaisons au niveau de génome entiers) et le séquençage de nombreuses souches de P. falciparum (permettant d’accéder au polymorphisme des gènes). En parallèle de cette production de données biologiques expérimentales, le développement d’outils bioinformatiques originaux adaptés aux spécificités de P. falciparum est rapidement apparu comme une priorité, face aux limitations rencontrées avec les outils classiques, utilisés pourtant avec succès sur d’autres génomes. C’est ce défi que le consortium PlasmoExplore, lancé en 2007, s’est proposé de relever. Cette revue ne couvre pas tous les efforts réalisés par la communauté internationale pour décrypter le génome de P. falciparum, mais se focalise sur les améliorations aux méthodes classiques et les développements de méthodes originales nouvelles que le consortium PlasmoExplore a mis en oeuvre, ainsi que les leçons que l’on peut tirer de tels efforts.