Document ID: /fineweb-2-swissfilter-quality_10-filterrobots/filtered/07266.jsonl.gz/170

Comparaison de séquences ADN
La comparaison de séquences est un problème critique dans
plusieurs domaines d'application, incluant la reconnaissance
de la parole, la recherche de mots et la bio-informatique.
Dans cette expérience, nous proposons une implémentation
parallèle de la comparaison de séquences ADN sur le BioWall.
De nos jours, la comparaison et l'alignement de caractères provenant d'un alphabet fini est une tâche fondamentale
dans plusieurs domaines d'application, allant de l'examen d'un texte complet à l'analyse informatique en biologie. La
comparaison de séquences s'avère plus particulièrement indispensable en biologie moléculaire. Les fragments d'ADN et
les protéines peuvent, en effet, être représentés tous deux sous forme de chaînes de caractères (issus d'alphabets
de 4 et de 20 symboles, respectivement) et la similarité des chaînes fournit des informations très utiles quant aux
relations fonctionnelles, structurelles et évolutives des molécules correspondantes. Les séquences biologiques peuvent
différer en raison de substitutions locales, d'insertions ou de suppressions d'un ou de plusieurs caractères dans chacune
des chaînes. La complexité de la comparaison provient du grand nombre de combinaisons possibles entre ces trois mutations
de base.
On peut évaluer la comparaison entre deux chaînes, soit en terme de distance d'édition, soit en terme de résultat de
similarité. La distance d'édition donne la mesure du nombre minimal de mutations nécessaires pour transformer la
première chaîne afin d'obtenir la seconde ou, autrement dit, du nombre minimal d'opérations d'édition requises
pour disposer de deux chaînes identiques. Le résultat de simularité mesure le nombre maximal d'identités résiduelles
entre les deux chaînes. Grâce aux techniques de programmation dynamique, l'évaluation des deux métriques s'effectue
en une durée de temps polynomiale.
Needleman et Wunsch ont proposé l'algorithme clef pour l'évaluation de similarité entre deux chaînes de longueur
N et M. L'exécution complète de cet algorithme s'effectue en O(NxM) pas de temps. Sa structure admet une implémentation
parallèle sous forme d'un réseau systolique. L'architecture matérielle parallèle en question permet en particulier d'effectuer
la comparaison en O(NxM) pas de temps. Dans cette expérience, on présente une implémentation parallèle de l'algorithme
de Needleman-Wunsch sur le BioWall.
La performance en vitesse du BioWall ne soutient pas la comparaison avec les autres implémentations parallèles de l'algorithme
de Needleman-Wunsch. Le BioWall souffre, en effet, des limitations temporelles typiques aux plate-formes de prototypage
de grande taille. L'implémentation de l'algorithme de Needleman-Wunsch sur le BioWall constitue cependant une conception
expérimentale significative dans le domaine du calcul reconfigurable, du fait de l'architecture particulière des circuits
mis en oeuvre.
Pour en savoir plus
- M. Canella, F. Miglioli, A. Bogliolo, E. Petraglio, E. Sanchez.
"Performing DNA Comparison on a Bio-Inspired Tissue of FPGAs".
Proc. 10th Reconfigurable Architectures Workshop (RAW03),
Nice, France, April 2003.
- S. B. Needleman and C. D. Wunsch. "A General Method Applicable
to the Search for Similarities in the Amino Acid Sequences of
Two Proteins" J. Mol. Biol., 48:443-453, 1970.
Ressources