2023/2024

Биоинформатика ДНК, РНК и белков

Лучший по критерию «Новизна полученных знаний»

Статус: Майнор

Кто читает: Департамент больших данных и информационного поиска

Где читается: Факультет компьютерных наук

Когда читается: 1, 2 модуль

Охват аудитории: для всех кампусов НИУ ВШЭ

Преподаватели: Коновалов Дмитрий Львович, Попцова Мария Сергеевна

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.

Элементы контроля

• Экзамен
• Квизы
• Домашние задания

Промежуточная аттестация

• 2023/2024 учебный год 2 модуль
  0.5 * 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.

Авторы

• Попцова Мария Сергеевна
• Светличный Дмитрий Владимирович