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{:: encoding="UTF-8" /}
# Web Server para alineamientos múltiples
## DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
Las secuencias de ADN de diferentes organismos a menudo están relacionadas. Cuanto más cercanas son las especies, más similares son sus genomas. Algunos genes están altamente conservados, mientras que otros tienen una extensa distribución y mutaciones. El alineamiento múltiple de secuencias (MSA) ayuda a mostrar la relación entre secuencias e infiere la historia evolutiva.
Hay varios programas para realizar MSA. Está fuera del alcance de este libro revisarlos, pero hay sugerencias sobre varios artículos en "Recursos adicionales" para aquellos interesados en el software MSA.
Uno de estos programas es **MUSCLE** (**M**ultiple **S**equence alignment by **l**og- **e**xpectation, alineamiento de secuencias múltiples por expectativa de registro), que se caracteriza por su velocidad y precisión mejoradas con respecto a los programas disponibles actualmente. Como **MUSCLE** no tiene una interfaz gráfica de usuario (GUI), es una aplicación de línea de comandos, vamos a hacer una GUI utilizando un servidor web.
La ventaja de usar un servidor web no es solo la GUI, sino la capacidad de usarlo desde varias computadoras.
### Interfaz Web: Front-End. Código HTML
El primer paso es hacer la GUI en HTML. Antes de reinventar la rueda busqué un servidor web Muscle y encontré uno [en el sitio web de EBI](http://www.ebi.ac.Uk/Tools/muscle). Inspirado por este sitio, hice el formulario que se muestra en la Figura 21.1. El código HTML para este formulario se muestra en el Listado 21.1.
**Listado 21.1:** `index.html`: Interfaz web para el front end Muscle.
```
<!DOCTYPE html><html lang="en">
<head><meta charset="utf-8">
<title>Muscle Web Interface</title>
<link href="css/bootstrap.min.css" rel="stylesheet">
</head>
<body style="background-color:#e7f5f5;">
<div class="container"><h1>Muscle Web Interface</h1>
<form action='muscle_result' method='post'
enctype="multipart/form-data">
<div class="row"><div class="col-sm-8"><div class="form-group">
<label for="iterations">Maximum iterations:</label>
<select name="iterat" id="iterations">
<option value="1" selected="selected">1</option>
<option value="4">4</option><option value="8">8</option>
<option value="10">10</option><option value="12">12</option>
<option value="14">14</option><option value="16">16</option>
</select>
<label for="format"> Output Format:</label>
<select name="output" id="format">
<option value="fasta" selected="selected">FASTA</option>
<option value="clw">ClustalW2</option>
<option value="clwstrict">ClustalW2 (Strict)</option>
<option value="html">HTML</option>
<option value="msf">MSF</option>
</select>
<label for="order">Output Order:</label>
<select name="outorder" id="order">
<option value="group" selected="selected">aligned</option>
<option value="stable">input</option>
</select></div></div></div>
<div class="row"><div class="col-sm-6"><div class="form-group">
<label for="sq">
Enter a set of sequences in FASTA format:
</label>
<textarea name="seq" rows="5" cols="90" id="sq"></textarea>
</div></div></div><div class="row"><div class="form-group">
<div class="col-sm-3">
<label for="upfile">Or upload a file:</label>
<input type="file" name="upfile" id="upfile" />
</div><div class="col-sm-3">
<button type="submit" class="btn btn-primary">
Send to Muscle server</button></div></div></div>
</form></div></body></html>
```
Plantilla para la página de resultados:
Listado 21.2: `result.tpl`: Plantilla para el resultado del servidor Muscle.
```
<html lang="en">
<head>
<meta charset="utf-8">
<title>Muscle Web Interface</title>
<link href="css/bootstrap.min.css" rel="stylesheet">
</head>
<body>
<div class="container">
% if bad_opt:
<h1>Bad Request</h1>
Use the options provided in the form. Error in {{bad_opt}}
% elif not bad_opt:
{{!result_output}}
% end
<p>Go back to the <a href="/">home page</a></p>
</div>
</body>
</html>
```
### Interfaz web: Server-Side Script. Código fuente comentado
Listado 21.3: `muscleserver.py`: Interfaz web para Muscle.
```
#!/usr/bin/env python
import os
import subprocess
from tempfile import mkstemp
from bottle import route, post, run, static_file, request, view
@route('/')
def index():
return static_file('index.html', root='views/')
@post('/muscle_result')
@view('result')
def result():
iterations = request.forms.get('iterat','1')
output_type = request.forms.get('output','FASTA')
order = request.forms.get('outorder','group')
sequence = request.forms.get('seq','')
if not sequence:
# If the textarea is empty, check the uploaded file
sequence = request.files.get('upfile').file.read()
badreq = ''
# Verify that the user entered valid information.
try:
int(iterations)
except ValueError:
badreq = 'iterations'
valid_output = ('html', 'fasta', 'msf', 'clw', 'clwstrict')
if output_type not in valid_output:
badreq = 'output'
if order not in ('group', 'stable'):
badreq = 'outorder'
result_out = ''
# Make a random filename for user entered data
fi_name = mkstemp('.txt','userdata_')[1]
with open(fi_name,'w') as fi_fh:
fi_fh.write(sequence)
fo_name = mkstemp('.txt','outfile_')[1]
with open('muscle3_error.log','w') as erfh:
cmd = [os.getcwd() + '/muscle3.8.31_i86linux64', '-in',
fi_name, '-out', fo_name, '-quiet', '-maxiters',
iterations, '-{}'.format(output_type),
'-{}'.format(order)]
p = subprocess.Popen(cmd, stderr=erfh)
p.communicate()
# Remove the intput file
os.remove(fi_name)
with open(fo_name) as fout_fh:
result_out = fout_fh.read()
if output_type != 'html':
result_out = '<pre>{}</pre>'.format(result_out)
# Remove the output file
os.remove(fo_name)
return {'bad_opt':badreq, 'result_output':result_out}
@route('/css/<filename>')
def css_static(filename):
return static_file(filename, root='css/')
run(host='localhost', port=8080)
```
**Explicación del código**: Aunque el código está ampliamente comentado creo que vale la pena explicarlo. Hay dos métodos principales: **index()** y **result()**. Se llama a **index()** cuando el usuario llama al sitio y solo muestra un formulario HTML utilizando el método `static_file`. Cuando el usuario completa el formulario y presiona "Send to Muscle Server", se envía una solicitud POST a la URL `/muscle_result`. La solicitud es manejada por el método **result()**. Este método llama a la línea de comando que hace el alineamiento. Hay una función para generar archivos con nombres aleatorios **(mkstemp()**) y se usa en lugar de tener un nombre fijo para cada archivo. El problema con los archivos fijos es que un programa web puede ser utilizado simultáneamente por varios usuarios y existe un riesgo de anulación de datos. Los archivos temporales son removidos (líneas 48 y 54).
## RECURSOS ADICIONALES
* [Edgar, Robert C. (2004), MUSCLE: a multiple sequence alignment method with reduced time and space complexity. BMC Bioinformatics 2004, 5:113](https://bmcbioinformatics.biomedcentral.com/articles/10.1186/1471-2105-5-113)
* [Julie D. Thompson, Benjamin Linard, Odile Lecompte, Olivier Poch. A comprehensive benchmark study of multiple sequence alignment methods: current challenges and future perspectives.](http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0018093)
* [Notredame, C (2007). Recent evolutions of multiple sequence alignment algorithms. PLOS Computational Biology 8(3):e123](https://journals.plos.org/ploscompbiol/article?id=10.1371/journal.pcbi.0030123)