2023/2024
Биоинформатика ДНК, РНК и белков
Лучший по критерию «Новизна полученных знаний»
Статус:
Майнор
Где читается:
Факультет компьютерных наук
Когда читается:
1, 2 модуль
Охват аудитории:
для всех кампусов НИУ ВШЭ
Язык:
русский
Кредиты:
5
Контактные часы:
56
Программа дисциплины
Аннотация
В курсе «Элементарная геномика» изучаются основные закономерности молекулярной эволюции и математические методы анализа молекулярных последовательностей, включая алгоритмы поиска гомологичных последовательностей, выравнивания последовательностей и построения филогенетических деревьев, алгоритмы поиска ортологов и горизонтально перенесенных генов, предсказания генов и поиск мотивов, методы аннотации геномов de novo генами и функциональными элементами. Изучаются алгоритмы и методы предсказания вторичной структуры ДНК, РНК и белков. В течение курса студенты познакомятся с основными биоинформатическими ресурсами, включая базы данных, веб-порталы, компьютерные программы для работы с базами данных молекулярной биологии, а также программами, реализующими биоинформатические методы.
Цель освоения дисциплины
- знакомство с геномика человека, полиморфизмами и структурными вариантами в популяции, понимание их связи с заболеваниями.
- знакомство с полногеномным поиском ассоциаций и консорциумными проектами, изучающих генетику рака и других заболеваний.
- Знакомство с предметом системной биологии, показывающей как генетические изменения могут приводить к изменениям на функциональном уровне.
- знакомство с анализом метаболических и сигнальных путей, онтологическим анализом.
- знакомство с методами изучений ДНК-белковых взаимодействий и РНК-регуляцией.
- изучение методов сравнительного анализа геномов человека и ближайших видов, таких как шимпанзе или неандерталец.
- изучение методов анализа микробиома и эволюции вирусов.
Планируемые результаты обучения
- Знание алгоритмов попарного и множественного выравнивания последовательностей
- Знание методов автоматического поиска ортологов
- Знание секвенирования от метода Сангера до технологий следующего поколения
- Изучить основы молекулярной биологии.
- Понимание организации геномов прокариот и эукариот.
- Понимание эволюции коронавируса SARS-Cov.
Содержание учебной дисциплины
- Введение. Основы молекулярной биологии. Клетка, геном, белки, поток информации, генетический код.
- Организация геномов прокариот и эукариот. Гены и регуляторные элементы. Белок-кодирующие и РНК-кодирующие гены. Экзоны и интроны. Сплайсинг. Промоторы и энхансеры.
- Секвенирование от метода Сангера до технологий следующего поколения. Геном человека. Повторы. Однонуклеотидные замены и структурные варианты.
- Молекулярная эволюция. Поиск схожих последовательностей. Алгоритм и программа BLAST. Статистика локального выравнивания.
- Модели эволюции аминоклислотных последовательностей. Матрицы PAM и BLOSUM.
- Алгоритмы попарного и множественного выравнивания последовательностей. Динамическое программирование.
- Алгоритмы попарного и множественного выравнивания последовательностей (продолжение). Филогенетика. Горизонатльный обмен генов. Методы построения филогенетических деревьев.
- Филогения. Методы построения филогенетических деревьев. Метод ближайшего соседа (NJ). Метод максимальной бережливости. Метод максимального правдоподобия. Бутсрэп-оценка построенного дерева.
- Гомологи, ортологи и паралоги. Поиск горизонтально перенесенных генов.
- Методы автоматического поиска ортологов. Базы данных семейств ортологов - COG, Pfam, Quest for orthologs. База данных трехмерной структуры белков PDB.
- Трехмерная структура белка. Уровни организации. Предсказание трехмерной структуры белков.
- Коронавирус. Семейство коронавирусов. Струкуры комплексов связывания белка шипа коронавируса (S) и фермента ACE2
- Эволюция коронавируса SARS-Cov.
Промежуточная аттестация
- 2023/2024 учебный год 2 модуль0.5 * Домашние задания + 0.1 * Квизы + 0.4 * Экзамен
Список литературы
Рекомендуемая основная литература
- Evolutionary Genomics: Statistical and Computational Methods / Maria Anisimova. Humana Press, 2019. eBook ISBN 978-1-4939-9074-0.
- John H. Relethford. (2012). Human Population Genetics. Wiley-Blackwell.
- Lock, M. M., Glasner, P. E., & Atkinson, P. (2009). The Handbook of Genetics & Society : Mapping the New Genomic Era. Routledge.
- Pevsner, J. (2015). Bioinformatics and Functional Genomics (Vol. Third edition). Chichester, West Sussex, UK: Wiley-Blackwell. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=1055003
Рекомендуемая дополнительная литература
- Arcady R. Mushegian. (2007). Foundations of Comparative Genomics. Academic Press.