Bioinformatyka

biologia
biotechnologia
chemia
fizyka
informatyka

ogólnouniwersyteckie

Słuchacze powinni posiadać podstawową wiedzę o przepływie informacji genetycznej; o procesach replikacji, transkrypcji i translacji oraz o kodzie genetycznym

w sali

Zdobycie umiejętności posługiwania się podstawowymi technikami bioinformatycznymi i serwisami internetowymi oraz programowania prostych zadań praktycznych i wizualizacji wyników

Celem wykładu jest przekrojowe zapoznanie słuchaczy z metodami bioinformatyki operującymi na sekwencjach i strukturach biomolekuł. Najważniejsze będą podstawowe zasady bioinformatyki a także najczęściej wykorzystywane bazy danych i oprogramowanie.

1) Wprowadzenie.

Czym jest bioinformatyka? Jej rola w biologii, medycynie, farmakologii, biotechnologii i projektowaniu leków.

2) Bioinformatyczne bazy danych

Bazy GenBank, SwissProt, PDB, PFAM i inne; sekwencje, struktury, anotacje. Kwestie kompletności, nadmiarowości i poprawności zgromadzonych danych. Podstawowe formaty danych (PDB, FASTA)

3) Wizualizacja struktur (programy PyMol, VMD) i sekwencji (JalView)

4) Optymalne uliniowienie pary sekwencji

Złożoność obliczeniowa uliniowienia. Porównanie uliniowienia lokalnego i globalnego. Problem oceny wiarygodności uliniowienia i stosowane parametry (score, podobieństwo sekwencji, z-score e-value). Ocena przerw w uliniowieniu, macierze podstawień (podobieństwa).

5) Homologia i rodziny białek

Pojęcia homolog, analog, paralog i ortolog. Znaczenie homologii w bioinformatyce

6) Heurystyczne metody uliniowienia sekwencji i przeszukiwania baz danych: FASTA oraz BLAST

7) Uliniowienie wielu sekwencji (MSA - multiple sequence alignments)

Złożoność obliczeniowa problemu i wybrane przykładowe algorytmy. Programy CLUSTAL, mafft, muscle. Drzewa filogenetyczne Bazy danych PROSITE, PFam.

8) Profile sekwencyjne i ich znaczenie.

Ukryte modele Markova (HMM). Programy PsiBlast, HMMER, HH-Search. Uliniowienie profili sekwencyjnych (przewlekanie jednowymiarowe)

9) Analiza i porównywanie struktur przestrzennych białek.

Optymalne nałożenie struktur. Pojęcie średniej kwadratowej różnicy współrzędnych struktur. Przewidywanie struktury II-rzędowej białek. Klasyfikacja DSSP struktury II-rzędowej. Inne definicje struktury II- rzędowej. Programy PHD i PsiPRED.

10) Przewidywanie struktury i funkcji białek

Rożne koncepcje przewlekania. Serwery i metaserwery. Modelowanie porównawcze, przewlekanie (uliniowienie sekwencyjno - strukturalne) oraz metody de novo. Programy Rosetta, SWISS-MODEL i MODELLER. Dokowanie ligandów. Wykorzystanie modelowania w projektowaniu leków

1. A. D. Baxevanis, B.F. F. Ouellettee, Bioinformatics, Wiley 1998 też edycja polska Bioinformatyka, PWN 2004, pod redakcją Jacka Leluka

2.J. Setubal, J. Meidanis, Introduction to Computational Biology, PWS Publishing, 1997

3.E. V. Koonin, M. Y. Galperin, Sequence-Evolution-Function, Computational Approaches in Compartive Genomics, Kluwer, 2003

Student poprawnie wyciąga wnioski w typowych problemach bioinformatycznych, posługując się zależnościami ewolucyjnymi (homologią)

Student umie skorzystać z narzędzi dostępnych w internecie oraz rozumie uzyskane wyniki. W szczególności umie:

- znaleźć żądaną strukturę w bazie danych PDB, wyszukać informacje na jej temat

- obliczyć uliniowienie pary sekwencji białek

- znaleźć sekwencje homologiczne do posiadanej sekwencji, zawęzić wyszukiwanie wg różnych kryteriów

- zakwalifikować sekwencję aminokwasową do znanej rodziny białek

- sprawdzić, czy znane są struktury dla białek homologicznych

- stworzyć model struktury białka korzystając z metody modelowania porównawczego

Test zaliczeniowy składający się z około 10 pytań zamkniętych i 5 otwartych (przeprowadzony w sali) lub egzamin ustny (możliwy w trybie zdalnym).

nie dotyczy