Techniki w genomice i transkryptomice

obowiązkowe

Rozwój technik sekwencjonowania wysokoprzepustowego zrewolucjonizował badania biologiczne i biomedyczne. Jednocześnie wraz z rosnącą liczbą danych rozwijane są również narzędzia bioinformatyczne służące do analizy tych danych. Zajęcia mają na celu poszerzenie wiedzy i umiejętności w zakresie: planowania eksperymentów z wykorzystaniem sekwencjonowania wysokoprzepustowego, technik sekwencjonowania, doboru narzędzi do analizy danych, weryfikacji otrzymanych wyników i interpretacji wyników w świetle zgromadzonej wiedzy biologicznej. W ramach zajęć planujemy zapoznanie uczestników z szeroką gamą programów służących do analizy danych z sekwencjonowania genomów i transkryptomów, które umożliwią kolejne etapy badań i odpowiedź na zróżnicowane pytania badawcze.

w sali

Zarówno wykłady jak i ćwiczenia będą podzielone na trzy bloki tematyczne: (1) Genomika, (2) Transkryptomika oraz (3) Metagenomika i metatranskryptomika. Zajęcia obejmą zarówno zagadnienia planowania, jak i przeprowadzania eksperymentów, oraz wybrane metody analizy danych i ich wykorzystanie.

Blok I Genomika

1. Sekwencjonowanie genomów de novo a re-sekwencjonowanie – założenia metodyczne (np. populacja czy osobnik), cele, techniki sekwencjonowania i sposoby składania.

2. Ocena jakości złożenia – techniczna i biologiczna, ocena kompletności genomu, możliwości wykorzystania danych o różnej jakości.

3. Adnotacja genomów – przewidywanie genów i funkcji. Przewidywanie elementów niekodujących, struktury genów oraz adnotacja funkcjonalna.

4. Sekwencjonowanie genomów pojedynczych komórek w badaniach biomedycznych i środowiskowych.

5. Wybrane zagadnenia dotyczące: analiz wielkoskalowych w badaniach struktury chromatyny, analizy epigenomów, czy też genomiki populacyjnej.

Blok II Transkryptomika

1. Eksperymenty RNA-seq (analiza mRNA, totalnego RNA, miRNA). Możliwości analizy w oparciu o genom referencyjny oraz de novo. Analiza transkryptomów SS (strand specific). Sekwencjonowanie długich niekodujących RNA i bezpośrednie sekwencjonowanie RNA.

2. Składanie transkryptomu i adnotacja transkryptomu, ocena jakości złożenia, poziomu kontaminacji i kompletności. Adnotacja funkcjonalna transkryptomu. Wykrywanie izoform.

3. Analiza ekspresji genów i analiza genów różnicowo wyrażanych. Wykorzystanie unikalnych znaczników molekularnych (Unique Molecular Identifier) w ocenie ekspresji genów.

4. Sekwencjonowanie transkryptomów pojedynczych komórek w badaniach biomedycznych i środowiskowych.

5. Analiza genomu a analiza transkryptomu – kiedy wybrać, którą technikę i jak wyniki z sekwencjonowania genomu i transkryptomu się uzupełniają np. wykorzystanie transkryptomu do adnotacji, wykorzystanie genomu do składania transkryptomu, detekcja genów fuzyjnych.

Blok III Metagenomika i metatranskryptomika

1. Składanie metagenomów (złożenia z pojedynczych prób i złożenia całych danych) i poszukiwanie genów w danych metagenomowych. Analiza grafów złożeń de novo – teoria i przykłady zastosowań (np. dekonwolucja szczepów). Analiza metagenomów: adnotacja taksonomiczna, automatyczne binowanie i manualna obróbka genomów z metagenomów.

2. Metody uczenia maszynowego w metagenomice.

3 Składanie i analiza metatranskryptomów.

4. Rekonstrukcja sieci metabolicznych i relacji metabolicznych między organizmami oraz przepływu metabolitów (ang. flux balance analysis)

5. Łączenie różnych rodzajów danych, zalety i ograniczenia (analizy pangenomów, integracja danych amplikonowych i genomowych, integracja danych metatranskryptomowych i genomowych)

Publikacje naukowe rekomendowane przez prowadzących zajęcia.

Uzyskanie umiejętności analizy danych pochodzących z technologii wielkoskalowych i syntezy wyników w kontekście problemu biologicznego

Raporty z trzech projektów zaliczeniowych (70%). Indywidualne prezentacje na podstawie literatury (30%). Obecność na wykładach i laboratoriach wymagana do zaliczenia.