Księgarnia PWN: Paul G. Higgs, Teresa K. Attwood - Bioinformatyka i ewolucja molekularna

Transkrypt

1 Księgarnia PWN: Paul G. Higgs, Teresa K. Attwood - Bioinformatyka i ewolucja molekularna Przedmowa Rewolucja informatyczna w naukach biomedycznych Gwałtowny przyrost ilości danych Genomika i techniki wysokoprzepustowe Czym jest bioinformatyka? Związki między genetyką populacyjną, ewolucją molekularną oraz bioinformatyką Trochę historii Ewolucyjne podstawy bioinformatyki Literatura Zadania Kwasy nukleinowe, białka i aminokwasy Struktura kwasów nukleinowych Struktura białek Centralny dogmat biologii molekularnej Transkrypcja Obróbka RNA Kod genetyczny Translacja i synteza białka Domknięcie cyklu replikacja DNA Właściwości fizykochemiczne aminokwasów i ich znaczenie w procesie zwijania białek Wizualizacja właściwości aminokwasów za pomocą metody analizy składowych głównych Analiza skupisk aminokwasów na podstawie ich właściwości fizykochemicznych Ręczna analiza skupisk Metody hierarchicznej analizy skupisk Zmienność hierarchicznej analizy skupisk Metody niehierarchicznej analizy skupisk Literatura Test Ewolucja molekularna i genetyka populacyjna Czym jest ewolucja? Mutacje Zmienność sekwencji wewnątrz i pomiędzy gatunkami

2 VI 3.4. Drzewa genealogiczne i koalescencja Adam i Ewa Model procesu koalescencji Rozprzestrzenianie się nowych mutacji Utrwalanie się mutacji neutralnych Symulacja dryfu genetycznego i utrwalania mutacji Wprowadzenie selekcji Ewolucja neutralna i dobór naturalny Literatura Zadania Modele ewolucji molekularnej Modele ewolucji sekwencji kwasów nukleinowych Do czego są potrzebne modele ewolucji sekwencji? Model Jukesa Cantora Bardziej złożone modele ewolucji sekwencji DNA Różne tempo podstawień na różnych pozycjach w sekwencji Model PAM ewolucji sekwencji białek Zliczanie podstawień aminokwasowych Definiowanie modelu ewolucji sekwencji Ekstrapolacja modelu na większe odległości ewolucyjne Macierze punktacji różnicą logarytmiczną dla aminokwasów Macierze PAM Związek z fizykochemicznymi właściwościami aminokwasów Macierze BLOSUM Literatura Zadania Test Zasoby informacji o genach i białkach Po co tworzyć bazy danych? Struktura rekordów w bazach danych Bazy danych sekwencji nukleotydowych EMBL Struktura rekordu w bazie danych EMBL GenBank Struktura rekordu w bazie danych GenBank dbest DDBJ INSD Bazy danych sekwencji białek Historia PIR MIPS Swiss-Prot Struktura rekordu w bazie danych Swiss-Prot TrEMBL PIR-NRL3D UniProt Bazy danych rodzin białek Rola baz danych rodzin białek

3 VII PROSITE PRINTS Struktura rekordu w bazie danych PRINTS Blocks PRINTS w reprezentacji blokowej Profile Pfam emotif Złożone bazy danych wzorców sekwencji białek InterPro Struktura rekordu w bazie danych InterPro Bazy danych struktur białek PDB SCOP CATH PDBsum Inne biologiczne bazy danych Literatura Algorytmy wyznaczania dopasowań sekwencji Co to jest algorytm? Dopasowanie pary sekwencji zarys problemu Dopasowanie pary sekwencji metody programowania dynamicznego Algorytm 1 dopasowanie globalne z liniową funkcją kary za przerwy Algorytm 2 dopasowanie lokalne z liniową funkcją kary za przerwy Algorytm 3 uogólniona postać funkcji kary za przerwy Algorytm 4 afiniczna funkcja kary za przerwy Wpływ systemu punktacji na dopasowanie Dopasowanie wielosekwencyjne Progresywne dopasowanie wielosekwencyjne Ulepszenia algorytmu wyznaczania progresywnych dopasowań wielosekwencyjnych Najnowsze osiągnięcia w metodach wyznaczania dopasowań wielosekwencyjnych Literatura Zadania Przeszukiwanie baz danych sekwencji Metody wyszukiwania podobnych sekwencji Metoda Smitha Watermana Heurystyczne metody wyznaczania dopasowań lokalnych FASTA i BLAST PSI-BLAST Porównanie metod przeszukiwania Statystyka dopasowań (w teorii) Dlaczego zawracać sobie głowę statystyką? Prosty przypadek dopasowania pary sekwencji Prosty przypadek przeszukiwania bazy sekwencji Przykładowe dopasowanie słów Statystyka dopasowań (w praktyce) Literatura Zadania Test

4 VIII 8. Metody filogenetyczne Zrozumieć drzewa filogenetyczne Wybór sekwencji Macierze odległości ewolucyjnych i metody analizy skupisk Wyznaczanie odległości ewolucyjnych Metoda średnich połączeń Metoda przyłączania sąsiadów Metoda bootstrap Metody optymalizacji drzew i metody poszukiwania drzew Kryteria oceny drzew Poruszenie się w przestrzeni drzew Kryterium największej wiarygodności Kryterium parsymonii Parsymonia i cechy morfologiczne Parsymonia i dane molekularne Porównanie metody parsymonii i metody największej wiarygodności Inne metody związane z największą wiarygodnością Metoda układania czwórek Bayesowskie metody filogenetyczne Metoda Monte Carlo dla łańcuchów Markowa Przykład zastosowania metody MCMC Literatura Zadania Test Wzorce sekwencyjne w rodzinach białek Przeszukiwanie baz danych sekwencji wykraczające poza analizę dopasowań par sekwencji Wyrażenia regularne Definicja wyrażeń regularnych Wyszukiwanie sekwencji na podstawie zadanego wyrażenia regularnego Reguły Liberalne wyrażenia regularne Ślady sekwencyjne Definiowanie śladów Rola macierzy podstawień w definiowaniu śladu Wyszukiwanie sekwencji odpowiadających zadanemu śladowi rodziny białek Profile i pozycyjnie zróżnicowane macierze punktacji Bloki Wyszukiwanie sekwencji odpowiadających zadanemu blokowi Profile Przykład receptory sprzężone z białkami G (GPCR) Co to są receptory sprzężone z białkami G? Skąd wzięły się GPCR? Ortologi i paralogi GPCR Dlaczego GPCR są interesujące? Rola bioinformatyków w badaniach GPCR Wykrywanie podobieństwa sekwencji Wykrywanie przynależności do rodziny Analiza GPCR Funkcjonalne znaczenie zestawów cech rozpoznawczych Literatura Zadania Test

5 IX 10. Metody probabilistyczne i nauczanie maszynowe Zastosowania nauczania maszynowego do rozpoznawania wzorców w bioinformatyce Probabilistyczne modele sekwencji pojęcia podstawowe Ilorazy wiarygodności Prawdopodobieństwa a priori oraz a posteriori Dobór parametrów modelu Wprowadzenie do ukrytych modeli Markowa (HMM) Modele Markowa i korelacje w sekwencjach Prosty model HMM z dwoma stanami ukrytymi Dobór parametrów w modelu HMM Przykłady Profilowe ukryte modele Markowa Sieci neuronowe Idea sieci neuronowych Kodowanie danych wejściowych Pojedynczy neuron Perceptron Sieci wielowarstwowe Wymagana liczba neuronów Sieci neuronowe i przewidywanie struktury drugorzędowej białek Literatura Zadania Wybrane zagadnienia ewolucji molekularnej i analizy filogenetycznej Struktura i ewolucja RNA Niezmienność drugorzędowej struktury RNA w czasie ewolucji Podstawienia kompensacyjne i metoda porównawcza Podstawowe informacje o strukturze drugorzędowej RNA Maksymalizacja liczby sparowanych zasad Podejście bardziej realistyczne Wpływ termodynamiki na ewolucję sekwencji RNA Dopasowywanie modeli ewolucyjnych do danych eksperymentalnych Wybór modelu ilu parametrów rzeczywiście potrzebujemy? Parametryzacja modeli podstawień aminokwasowych Podstawienia synonimiczne i niesynonimiczne Zastosowania analizy filogenetycznej Radiacja ssaków Typ: wielokomórkowce Ewolucja jądrowców Inne przykłady Literatura Ewolucja genomu Genomy bezjądrowców Porównywanie genomów bezjądrowców Utrata i rearanżacja genów Duplikacja genów oraz poziomy transfer genów Wykrywanie i charakterystyka poziomego transferu genów Skupiska grup ortologicznych Filogenezy wyznaczane na podstawie analizy sekwencji wspólnych genów

6 X 12.2 Genomy organelli Pochodzenie mitochondriów i chloroplastów Ewolucja komórek jądrowców Transfer genów organelli do jądra Mechanizmy rearanżacji genów Filogenezy wyznaczane na podstawie analizy kolejności genów Literatura Mikromacierze DNA, omy i omiki Omy i omiki Technika badań mikromacierzowych Normalizacja danych z mikromacierzy Wzorce w danych mikromacierzowych Wykrywanie istotnych zmian w poziomach ekspresji Analiza skupisk Analiza składowych głównych i rozkład wartości osobliwych Techniki nauczania maszynowego Proteomika Rozdział i identyfikacja białek Kilka przykładów badań proteomicznych Oddziaływania białko białko Zarządzanie danymi w omach Literatura Test Dodatek matematyczny M.1. Potęgi i logarytmy M.2. Silnia M.3. Sumy M.4. Iloczyny M.5. Permutacje i kombinacje M.6. Różniczkowanie M.7. Całkowanie M.8. Równania różniczkowe M.9. Rozkład dwumianowy M.10. Rozkład normalny M.11. Rozkład Poissona M.12. Rozkład X M.13. Funkcja gamma i rozkłady gamma Literatura Zadania Test Wykaz adresów internetowych Słowniczek Wykaz skrótów Skorowidz