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Fonctionathon

Projet

Project

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Annexes

Général
96
Fonctionathon
Fonctionathon
Lydie Lane
Paula Duek, Camille Mary, Amos Bairoch
lydie.lane@unige.ch
Data mining for protein function prediction : Fonctionathon
Catégorisation
Bachelor
Moins de 25
Responsabiliser
Impliquer dans la Recherche
Université de Genève
Médecine
2019
Oui
Description du projet
L'équipe enseignante en bio-informatique utilise une approche CURE (Course-based Undergraduate Research Experiences) pour impliquer les étudiants dans des projets de recherche prédisant les fonctions des protéines humaines. Les étudiants forment des groupes, explorent les gènes inconnus et émettent des hypothèses de recherche.

L’équipe enseignante travaille dans le domaine de la recherche bio-informatique. Elle cherche à prédire les fonctionnalités des protéines humaines à partir des informations publiques résultant d’expériences à large échelle de génomique, transcriptomique et protéomique. Elle fait partie d’un consortium de recherche international (International Human Proteome Organization) et maintient la plateforme de connaissances neXtProt sur les protéines humaines. NeXtProt répertorie les 20’000 gènes de l’être humain impliqués dans la genèse des protéines. Pour la majorité de ces gènes, la fonction protéinique est connue, mais il reste une partie des protéines (10%) dont on ne connait pas encore la fonction. L’objectif de recherche est alors d’investiguer ces gènes et d’émettre des hypothèses sur la fonction des protéines.   

L’objectif de l’équipe enseignante était de sensibiliser ses étudiant-es à la recherche en bio-informatique dès le Bachelor. Elle a pour cela utilisé une approche dite “CURE” (Course-based Undergraduate Research Experiences) où les étudiant-es sont mobilisé-es activement dans des projets de recherche. C’est en partant de l’observation du succès de ces dispositifs et de l’intérêt de l’objet de recherche que l’équipe enseignante a mis en place un dispositif du même type qu’elle a appelé Fonctionathon orienté vers l’exploration des protéines humaines dont les fonctions ne sont pas encore connues.

Concrètement, l’équipe enseignante sélectionne, à partir de la base de données neXtProt, quelques gènes (entre 3 et 7) codant pour des protéines dont la fonction est encore inconnue. Les étudiant-es sont ensuite regroupé-es par trinôme pour travailler sur un gène en particulier. Les groupes peuvent donc être amenés à travailler chacun sur un gène en particulier ou à travailler sur un même gène en fonction de la proposition de l’équipe enseignante.  

L’équipe enseignante est composée de 3 tuteurs/trices qui coordonnent les groupes d’étudiant-es et suivent leur travail tout au long de l’enseignement. Celui-ci est organisé en une alternance de cours théoriques permettant de délivrer la matière de base nécessaire pour le travail demandé et de travaux pratiques (TP) où les étudiant-es avancent leur travail de recherche. Après quelques cours théoriques, le reste des séances est essentiellement dédié aux travaux de recherche et d’exploration. 

Chaque groupe d’étudiant-es a pour mission de collecter des indices sur la fonction de la protéine produite par ce gène dans différentes ressources. Ce travail d’exploration mené par les étudiant-es leur permet in fine d’émettre une hypothèse de recherche sur la fonctionnalité de la protéine en question. L’équipe enseignante délivre une feuille de route pour guider les groupes dans la méthodologie de travail et de recherche et les informe des outils à leur disposition. Il existe 3 grandes rubriques d‘outils pour réaliser des investigations : la littérature (moteurs de recherches de référence, ex., PubMed), les bases de données (plus de 2’000 plus ou moins spécialisées, ex., Human Protein Atlas) et les sites de prédicteurs (programmes qui prédisent la structure tridimensionnelle des protéines sur la base de leur séquence par exemple, ou bien leur localisation dans la cellule). Les groupes sont aidés et guidés dans leur travail pour qu’ils ne se noient pas dans la masse d’information à disposition. Ils sont encouragés à garder un esprit critique sur les outils qu’ils découvrent et à interroger leurs limites. L’important est qu’ils puissent utiliser une méthodologie de travail fiable pour obtenir les bonnes informations en paramétrant correctement les outils choisis. Pour transcrire les résultats de leurs investigations et rédiger leurs hypothèses, les étudiant-es travaillent sur un document partagé avec Google Docs (l’alternative institutionnelle OneDrive convient également). 

Pour l’évaluation du cours, en plus d’un quizz pour la partie théorique (¼ de la note pour la partie QCM), chaque trinôme doit défendre lors d’une présentation orale (¾ de la note pour la partie recherche) son hypothèse sur la fonction de la protéine qu’il a investiguée. Lors de cette présentation de 10 min, chaque groupe d’étudiant-es va ainsi avoir l’opportunité d’expliciter au reste de la classe sa démarche, ses choix d’outils et les d’éventuelles contre-hypothèses possibles. Le trinôme va être également amené à répondre aux questions posées par l’équipe enseignante. 

Les travaux des groupes sont repris par l’équipe enseignante pour vérification et le contenu est réinjecté dans la communauté de recherche scientifique. Les hypothèses émises par les groupes peuvent ainsi faire l’objet d’articles scientifiques rédigés par l’équipe enseignante. Les étudiant-es sont fortement encouragé-es à participer à cette rédaction. Les hypothèses publiées pourront ainsi être reprises et investiguées par des équipes de recherches. Si ces hypothèses sont validées expérimentalement, les données viendront enrichir la plateforme neXtProt.

L’enseignement a été mis en place en 2019 et depuis, il évolue constamment en tenant compte des retours des étudiant-es. Par exemple, à la mise en place, la partie théorique du cours était donnée en bloc au début de l’enseignement. Les étudiant-es ont manifesté leur intérêt d’être plongé-es plus rapidement dans la pratique. Le cours propose donc une alternance de séances pour que les aspects théoriques soient donnés sur plusieurs séances et que les étudiant-es puissent tout de suite utiliser les outils abordés. Cela permet également de mieux guider les étudiant-es sur la pratique de la méthodologie et éviter qu’ils/elles ne se perdent dans des considérations trop abstraites.  

L’équipe enseignante relève le succès du dispositif sur l’engagement des étudiant-es et leur motivation qui est maintenue tout au long de l’enseignement. Elle souligne qu’il est important de trouver un juste milieu entre l’autonomie d’exploration qui est donnée aux groupes de travail et le cadrage méthodologique qui est nécessaire pour éviter que les étudiant-es perdent de vue leur objectif. La théorie sur la méthodologie de recherche et l’accompagnement restent donc très importants pour le maintien de l’esprit critique et une bonne orientation vers leur objet de recherche.  

Pour éviter de “frustrer” les étudiant-es à effectuer une recherche en vain, le choix des gènes proposé n’est pas aléatoire. L’équipe enseignante effectue une recherche rapide au préalable et sélectionne de “bons candidats” pour lesquels des éléments permettant d’étayer des hypothèses sont bien présents via les différents outils proposés dans le cadre du cours. 

L’équipe enseignante relève également qu’elle est agréablement surprise de la qualité des présentations orales délivrées par les étudiant-es sur le plan didactique et l’usage scientifique de l’expression écrite. Les étudiant-es bénéficient en effet de cours adaptés sur la communication scientifique écrite et orale dès le début de leur cursus.

« J’ai bien apprécié le fait faire des recherches en groupe et d’avancer à notre rythme »  

« Les cours théoriques et pratiques devraient se chevaucher » 

« Les enseignants étaient très disponibles et nous ont guidés le long de notre recherche. » 

The bioinformatics teaching team uses a CURE (Course-based Undergraduate Research Experiences) approach to involve students in research projects predicting the functions of human proteins. Students form groups, explore unknown genes and make research hypotheses.

The teaching team works in the field of bioinformatics research. It seeks to predict the functionality of human proteins from publicly available information resulting from large-scale genomics, transcriptomics and proteomics experiments. It is part of an international research consortium (International Human Proteome Organization) and maintains the neXtProt knowledge platform on human proteins. NeXtProt indexes the 20'000 human genes involved in the genesis of proteins. For the majority of these genes, the protein function is known, but there is still a part of the proteins (10%) whose function is not yet known. The research objective is then to investigate these genes and to make hypotheses on the function of the proteins.   

The teaching team's objective was to sensitize its students to bioinformatics research as early as the Bachelor's degree level. To do so, it used an approach called "CURE" (Course-based Undergraduate Research Experiences) where students are actively involved in research projects. Based on the observation of the success of these schemes and the interest of the research object, the teaching team has set up a similar scheme called Functionathon, which is oriented towards the exploration of human proteins whose functions are not yet known.

Practically, the teaching team selects, from the neXtProt database, a few genes (between 3 and 7) coding for proteins whose function is still unknown. The students are then grouped in triads to work on a particular gene. The groups can work on a specific gene or on the same gene depending on the teaching team's proposal. 

The teaching team is composed of 3 tutors who coordinate the groups of students and follow their work throughout the course. The teaching is organized in alternating theoretical classes that provide the basic material necessary for the work required and practical work (TP) where the students advance their research work. After a few theory classes, the rest of the sessions are essentially dedicated to research and exploration. 

Each group of students has the mission to collect clues on the function of the protein produced by this gene in different resources. This exploration work carried out by the students allows them to ultimately formulate a research hypothesis on the functionality of the protein being studied. The teaching team provides a roadmap to guide the groups in their work and research methodology and informs them of the tools at their disposal. There are 3 main categories of tools to carry out investigations: literature (reference search engines, e.g., PubMed), databases (more than 2'000 more or less specialized, e.g., Human Protein Atlas) and predictor sites (programs that predict the three-dimensional structure of proteins based on their sequence, for example, or their location in the cell). The groups are helped and guided in their work so that they do not drown in the mass of information available. They are encouraged to keep a critical mind on the tools they discover and to question their limits. The important thing is that they can use a reliable work methodology to obtain the right information by correctly setting up the chosen tools. To transcribe the results of their investigations and write their hypotheses, students work on a shared document with Google Docs (the institutional alternative OneDrive is also suitable). 

For the evaluation of the course, in addition to a quiz for the theoretical part (¼ of the grade for the MCQ part), each trinomial must defend during an oral presentation (¾ of the grade for the research part) its hypothesis on the function of the protein it investigated. During this 10-minute presentation, each group of students will have the opportunity to explain to the rest of the class their approach, their choice of tools and possible counterhypotheses. The group will also have to answer questions asked by the teaching team. 

The groups' work is taken up by the teaching team for verification and the content is reinjected into the scientific research community. The hypotheses put forward by the groups can thus be the subject of scientific articles written by the teaching team. Students are strongly encouraged to participate in this process. The published hypotheses can then be taken up and investigated by research teams. If these hypotheses are validated experimentally, the data will be added to the neXtProt platform. 

The course was implemented in 2019 and has been evolving ever since, taking into account student feedback. For example, when the course was first implemented, all the theoretical part of the course was given in blocks at the beginning of the course. The students expressed their interest in being immersed more quickly in practice. The course therefore proposes an alternation of sessions so that the theoretical aspects are given over several sessions and that the students can immediately use the tools presented. This also allows for a better guidance of the students on the practice of the methodology and avoids that they get lost in too abstract considerations.  

The teaching team notes the success of the system in terms of student commitment and motivation, which is maintained throughout the course. They point out that it is important to find the right balance between the autonomy of exploration given to the working groups and the methodological framework that is necessary to prevent students from losing sight of their objective. The theory on research methodology and the guidance are therefore very important for maintaining a critical mind and a good orientation towards their research object.  

In order to avoid frustrating the students by having to carry out a research in vain, the choice of genes proposed is not random. The teaching team carries out a quick search beforehand and selects "good candidates" for which the elements needed to support the hypotheses are present via the various tools proposed in the course. 

The teaching team also notes that it is pleasantly surprised by the quality of the oral presentations delivered by the students on the didactic level and the scientific use of written expression. The students benefit from adapted courses on written and oral scientific communication from the beginning of their studies.  

"I enjoyed doing research as a group and moving at our own pace."  

"Theory and practical courses should overlap" 

"The teachers were very available and guided us along our research."  

Illustrations/annexes
Nouvelles fonctionnalitées
01/05/2021
Non
Institution Faculté Couleur (Hexadecimal)
Université de Genève Transversal #CF0063
Université de Genève Théologie #4B0B71
Université de Genève SDS #F1AB00
Université de Genève Sciences #007E64
Université de Genève Médecine #96004B
Université de Genève Lettres #0067C5
Université de Genève GSEM #465F7F
Université de Genève FTI #FF5C00
Université de Genève FPSE #00b1ae
Université de Genève Droit #F42941
Situation problématique Page cible Situation Main color Dark color Illustration
Préparer Préparer Prepare #9966ff #613fa4 Préparer.svg
Rendre actifs Rendre actif Engage #33cc99 #269973 RendreActif.svg
Responsabiliser Responsabiliser Make responsible #0099ff #297eb6 Responsabiliser.svg
Faire créer Faire creer Create #ffa248 #bc7c3c FaireCréer.svg
Nom de l'innovation Page Cible Innovation name
Impliquer dans l'enseignement Impliquer dans l'enseignement Involve students in the teaching process
Exposer des cas pratiques Exposer des cas pratiques Examine case studies
Impliquer dans la Recherche Impliquer dans la Recherche Involve students in the research process
Démontrer Démontrer Demonstrate
Donner la parole Donner la parole Hear from students
Faire conceptualiser un projet Faire conceptualiser un projet Have students conceptualize a project
Faire gérer un projet Faire gérer un projet Have students manage a project
Faire réagir Faire réagir Generate reactions
Faire réaliser une production originale Faire réaliser une production originale Have students produce an original production
Développer des compétences Développer des compétences Develop skills
Simuler une situation Simuler une situation Simulate a situation
Questionner Questionner Ask questions
Faire collaborer Faire collaborer Encourage cooperation
Faire voter Faire voter To Vote
Logo Nom court Nom de l'institution
UNINE Université de Neuchâtel
UNIGE Université de Genève