Politechnika Wrocławska. BIOINFORMATYKA i BIOLOGIA OBLICZENIOWA

Podobne dokumenty
Kontakt.

10/9/2013. Bioinformatyka i Biologia Obliczeniowa. BIOINFORMATYKA Co to jest i po co? Czym będziemy zajmować się na kursie: Tematyka wykładu

PODSTAWY BIOINFORMATYKI

Bioinformatyczne bazy danych

PODSTAWY BIOINFORMATYKI WYKŁAD 3 BIOLOGICZNE BAZY DANYCH (1)

PODSTAWY BIOINFORMATYKI WYKŁAD 3 BIOLOGICZNE BAZY DANYCH (2)

Bioinformatyczne bazy danych

PODSTAWY BIOINFORMATYKI 6 BAZA DANYCH NCBI - II

Jest to dziedzina biologiczna wywodząca się z biotechnologii. Bioinformatyka

BIOLOGICZNE BAZY DANYCH SYLABUS

Bioinformatyka. Michał Bereta

Historia Bioinformatyki

KARTA PRZEDMIOTU. (pieczęć wydziału)

Księgarnia PWN: A.D. Baxevanis, B.F.F. Ouellette Bioinformatyka

Bioinformatyka. Michał Bereta

Bazy i modele danych

Biologiczne bazy i modele danych

Bioinformatyka. Bazy danych. Wykład 3. E. Banachowicz. Wykład monograficzny Bioinformatyka. Wykład 3, Zakład Biofizyki Molekularnej IF UAM

Bioinformatyczne bazy danych - część 2. -przeszukiwanie baz danych -pobieranie danych

Database resources of the National Center for Biotechnology Information. Magdalena Malczyk

Bioinformatyczne bazy danych

Podstawy bioinformatyki - biologiczne bazy danych

Bioinformatyka Laboratorium, 30h. Michał Bereta

Podstawy biologiczne - komórki. Podstawy biologiczne - cząsteczki. Model komórki eukariotycznej. Wprowadzenie do Informatyki Biomedycznej

Od jakiego pułapu startujemy? matematyka

BIOINFORMATYKA BIOLOGICZNE BAZY DANYCH

przedmiotu Nazwa Wydział Nauk Medycznych i Nauk o Zdrowiu Kierunek jednolite studia magisterskie Profil kształcenia (studiów)

Spis treści. Przedmowa... XI. Wprowadzenie i biologiczne bazy danych. 1 Wprowadzenie Wprowadzenie do biologicznych baz danych...

Specjalność (studia II stopnia) Oczyszczanie i analiza produktów biotechnologicznych

1. KEGG 2. GO. 3. Klastry

WSTĘP DO BIOINFORMATYKI Konspekt wykładu - wiosna 2018/19

Podstawy bioinformatyki dla biotechnologów. plan. Od jakiego pułapu startujemy? Wykład 2. Definicja bioinformatyki

Porównywanie i dopasowywanie sekwencji

BIOLOGICZNE BAZY DANYCH (1) GENOMY I ICH ADNOTACJE

BIOLOGICZNE BAZY DANYCH (2) GENOMY I ICH ADNOTACJE. Podstawy Bioinformatyki wykład 4

PODSTAWY BIOINFORMATYKI WYKŁAD 4 DOPASOWANIE SEKWENCJI

Ewolucja molekularna człowieka okiem bioinformatyka. Justyna Wojtczak Jarosław Jeleniewicz

Bazy danych i biologia

Rok akademicki: 2014/2015 Kod: EIB BN-s Punkty ECTS: 3. Kierunek: Inżynieria Biomedyczna Specjalność: Bionanotechnologie

Bioinformatyka 2 (BT172) Struktura i organizacja kursu

Bioinformatyka. wykłady dla I r. studiów magisterskich, biologia (SGGW) 2010/2011. Krzysztof Pawłowski

BUDOWA I FUNKCJA GENOMU LUDZKIEGO

BIOINFORMATYKA. edycja 2016 / wykład 11 RNA. dr Jacek Śmietański

BIOLOGICZNE BAZY DANYCH GENOMY I ICH ADNOTACJE. Pracownia Informatyczna 2

października 2013: Elementarz biologii molekularnej. Wykład nr 2 BIOINFORMATYKA rok II

Konstruowanie drzew filogenetycznych. Magda Mielczarek Katedra Genetyki Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu

Bioinformatyka. z sylabusu...

O/F dydaktycznych. 1. Chemia ogólna i nieorganiczna (WBt-ZZ03) wykłady, ćwiczenia O E

PLAN STUDIÓW. Rodzaj zajęć. e-nauczanie,

1

Wprowadzenie do bioinformatyki

Bioinformatyka. Rodzaje Mutacji

Uniwersytet Łódzki, Instytut Biochemii

Genetyka i biologia eksperymentalna studia I stopnia 2017/18/19/20

Uniwersytet Łódzki, Instytut Biochemii

PODSTAWY BIOINFORMATYKI WYKŁAD 4 DOPASOWANIE SEKWENCJI

ISBN

Genetyka i biologia eksperymentalna studia I stopnia 2017/18/19

Ćwiczenia nr 5. Wykorzystanie baz danych i narzędzi analitycznych dostępnych online

Bioinformatyka. Wykład 2 (12.X.2010) I r. studiów magisterskich, biologia (SGGW) Krzysztof Pawłowski

Sylabus Biologia molekularna

Informatyka w medycynie Punkt widzenia kardiologa

Uniwersytet Łódzki, Instytut Biochemii

Bioinformatyka Laboratorium, 30h. Michał Bereta

Bioinformatyka. Krzysztof Pawłowski. wykłady dla I r. studiów magisterskich, biologia (SGGW) 2012 / 2013

BIOTECHNOLOGIA MEDYCZNA

Możliwości i potencjalne zastosowania Zintegrowanego Systemu Analitycznego do innowacyjnych i kompleksowych badań molekularnych

CHARAKTERYSTYKA PRZEDMIOTU Pracownia Informatyczna 1 PRACOWNIA INFORMATYCZNA 2018/2019 MAGDA MIELCZAREK 1

1

Podstawy biologii. Informacja, struktura i metabolizm.

Genetyka i biologia eksperymentalna studia I stopnia 2018/19/20/21

Bioinformatyka wykład 10.I.2008

Biochemia Stosowana. Specjalność kierunku Biotechnologia Studia I stopnia

PLAN STUDIÓW. efekty kształcenia K6_U12 K6_W12 A Z O PG_ PODSTAWY BIOLOGII K6_W06 A Z K6_W01 K6_U01

Metody inżynierii genetycznej SYLABUS A. Informacje ogólne

Plan studiów na kierunku studiów wyższych: BIOCHEMIA studia pierwszego stopnia, profil ogólnoakademicki

Porównywanie i dopasowywanie sekwencji

Zadania bioinformatyki

Bioinformatyka. Michał Przyłuski

I tura: 6 lutego 2018 r. (od godz. 8:00) 12 lutego 2018 r. (do godz. 23:59)

Plan studiów na kierunku studiów wyższych: BIOCHEMIA studia pierwszego stopnia, profil ogólnoakademicki

SYLABUS DOTYCZY CYKLU KSZTAŁCENIA

Wprowadzenie do biologii molekularnej.

Plan studiów NA KIERUNKU STUDIÓW WYŻSZYCH: BIOCHEMIA II stopień

PODSTAWY BIOINFORMATYKI WYKŁAD 2 SEKWENCJONOWANIE GENOMÓW

SYLABUS. Wydział Biologiczno-Rolniczy. Katedra Biochemii i Biologii Komórki

Wykład Bioinformatyka. Wykład 9. E. Banachowicz. Zakład Biofizyki Molekularnej IF UAM

Uniwersytet Łódzki, Instytut Biochemii

KARTA PRZEDMIOTU. 1. NAZWA PRZEDMIOTU: Genetyka w sporcie KOD S/I/st/24

9. Metody dydaktyczne 10. Podstawowe informacje i zaliczone kursy z genetyki i biologii molekularnej oraz dobra znajom angielskiego.

Dopasowania par sekwencji DNA

Genetyka i biologia eksperymentalna studia I stopnia 2018/19/20/21

Generator testów Bioinformatyka_zdalne wer / 0 Strona: 1

KARTA KURSU MODELOWANIE KOMPUTEROWE W ANATOMII I FIZJOLOGII. Computational modeling in human anatomy and physiology. Kod Punktacja ECTS* 4

GENOMIKA PROTEOMIKA METABOLOMIKA

Konsorcjum Biofarma i Centrum Biotechnologii Politechniki Śląskiej. Konferencja Nauka.Infrastruktura.Biznes

PODSTAWY BIOINFORMATYKI 8 DOPASOWYWANIE SEKWENCJI AMINOKWASÓW

Teoria ewolucji. Podstawowe pojęcia. Wspólne pochodzenie.

Biologia medyczna, materiały dla studentów

Transkrypt:

BIOINFORMATYKA i BIOLOGIA OBLICZENIOWA

Kontakt Katedra Inżynierii Biomedycznej Konsultacje D1 pok. 115 Poniedziałek 10.00-12.00 Poniedziałek 15.00-17.00 Małgorzata.Kotulska@pwr.edu.pl Materiały: http://www.kotulska-lab.pwr.wroc.pl/forstudents/

Egzamin 1: Pisemny Termin: 1 luty? Egzamin 2: Pisemny oraz ustny Termin:? Zasady zaliczenia wykładu Premia za aktywne uczestnictwo w wykładzie Minimum 8 wykładów - prawo do terminu zerowego Minimum 13 wykładów 20% punktów (cała ocena), jeśli w terminie 0 lub 10% (pół oceny) jeśli w terminie 1 Premie dostępne pod warunkiem egzaminu zdanego także bez premii. Premię można wykorzystać tylko jednorazowo (termin 0 albo termin 1

Literatura P. G. Higgs, T.K. Atwood, Bioinformatyka i ewolucja molekularna, PWN 2012 Inżynieria Biomedyczna Podstawy i Zastosowania, Tom. 10 BIOINFORMATYKA, EXIT 2012 A. D. Baxevanis, B. F. F. Quellette, Bioinformatyka, PWN 2004. M. Zvelebil, J.O. Baum, Introduction to Bioinformatics, Garland Science 2008

DataCamp: https://www.datacamp.com Inne sprawy

Bioinformatyka Bioinformatyka Genomika Biologia obliczeniowa (systemów) Metabolomika Proteomika Genomika funkcjonalna Bioinformatyka strukturalna 6

Tematyka wykładu Podstawy biologii molekularnej (bardzo krótko) Bioinformatyka w genetyce Bioinformatyka strukturalna Podstawy metabolomiki Zagadnienia: Algorytmy Narzędzia obliczeniowe Bazy danych / bazy wiedzy

DNA Uzyskane w XIX wieku, ale dopiero w 1943 r. (Maclyn McCarty ) domyślono się i w 1952 r. dowiedziono, że tutaj jest ukryte dziedziczenie. Struktura DNA odkryta w r. 1953 przez Jima Watsona (USA) & Francis Cricka (UK) w oparciu o obraz dyfrakcyjny Rosalind Franklin. Nagroda Nobla dla JW. i FC. w 1962 r.

Struktura biomolekuł Pierwsze struktury 3D za pomocą dyfrakcji X: cholesterol (1937) - Dorothy Crowfoot Hodgkin (Nagroda Nobla 1964) witamina B12 (1945), penicylina (1954), insulina 1969 (30 lat pracy!) Pierwsze białko - sekwencja insulina 1955 Frederick Sanger (2 nagrody Nobla 1958, 1980) Pierwsze białko struktura 3D - mioglobina 1959, John Kendrew Nagroda Nobla 1962

Pierwsza molekularna baza danych Margaret Dayhoff - Atlas of Protein Sequence and Structure, 1965. Pierwsza (papierowa) baza danych molekularnych, która ostatecznie doprowadzila do powstania serwisu GenBank (National Institute of Health). EFEKT: Kody jednoliterowe aminokwasów (zmniejszenie objętości bazy) Zorganizowane wpisów wg. rodzin genów Pierwsze obliczeniowe metody mutacji,1978 Efektem pierwsza rekonstrukcja drzewa ewolucji

Drzewa filogenetyczne (od 1965 r)

FASTA >gi 295236985 gb CY062036.1 Influenza A virus (A/New York/0259/2009(H1N1)) segment 6, complete sequence ATGAATCCAAACCAAAAGATAATAACCATTGGTTCGGTCTG TATGACAATTGGAATGGCTAACTTAATATTACAAATTGGAA ACATAATCTCAATATGGATTAGCCACTCAATTCAACTTGGG AATCAAAATCAGATTGAAACATGCAATCAAAGCGTCATTAC TTATGAAAACAACACTTGGGTAAATCAGACATATGTTAACA TCAGC gi kod sekwencji gb- Accession.ver DEFINITION z pliku GBFF

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/cp014348.1?report=genbank&log$=seqview

Wzrost liczby danych do analizy Źródło: GenBank http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/

OBECNIE Udział różnych typów baz danych

Problemy Genomika Znajdowanie genów Dopasowywanie sekwencji, rodziny biomolekuł, pokrewieństwo, ewolucja Genomika funkcjonalna (Mikromacierze, chipy genowe ) Biochemia strukturalna Przewidywanie struktury białek Przewidywanie funkcji białek Dokowanie molekuł, selekcja kandydatów na leki, etc. Biologia obliczeniowa Szlaki metaboliczne i sygnałowe Medycyna spersonalizowana

gen Human Genome Project (plan 1984 struktura 3D białka i miejsce ekspresji US Dept. Energy, NIH 1990-2003-...) (Celera Genomics 1998) HGP-Write (czerwiec 2016) synteza genomu Protein Structure Initiative (NIH 2000) IBM Blue Gene Project (2005) Human Proteome Folding Project (Inst. System Biology, 2004) procesy komórkowe PHYSIOME Project funkcjonowanie narządów

1000 Genomes Project Chimpanzee Genome Project ENCODE EuroPhysiome Genome Compiler Human Brain Project Human Connectome Project Human Cytome Project Human Microbiome Project Human proteome project Human Variome Project Neanderthal Genome Project The Genographic Project

Genomika

Genomy różnych organizmów https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/browse/

Genomy różnych organizmów 2016 2017 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/browse/

Genomy różnych organizmów (2012 r.) http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genomes/static/gpstat.html

Genom ludzki Cała informacja genetyczna w DNA. Zawiera sekwencje kodujące i niekodujące Projekt rozpoczęty w 1989 Pierwsza wersja w 2000 Koszt 3 mld dolarów 3 10 9 pz (par zasad) 20 000 genów

1000 Genomes Project http://www.internationalgenome.org/

https://www.encodeproject.org/

Projekt genomu Neandertalczyka Genom Neandertalczyka opublikowany w Green i in. Science 2010 Fot. BE&W/www.bew.com.pl

Mikromacierze Ekspresja genów i algorytmy klastrowania

Proteomika

Nobel 2013 z chemii za modelowanie molekuł! http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2013/

Struktura białka kanał potasowy PDB: 2XKY Source: Mus musculus Method: Electron Microscopy; Solution Scattering Resolution: 17.2 A

Dynamika molekularna cząstek Pierwsze MD M. Levitt https://www.youtube.com/watch?v=_hma6g0zopq Taniec dwóch cząstek: https://www.youtube.com/watch?v=b4ss1iip-qk

Identyfikacja celu Odkrywanie leków Jakie białko możemy atakować, żeby powstrzymać chorobę? Identyfikacja pożądanych cech leku Jaka cząsteczka przyłączy się do tego białka? Toksykologia Czy nie zabije pacjenta? Czy ma efekty uboczne? Czy dotrze do właściwego miejsca?

Odkrywanie leków 5 000 10 000 związków wyeliminowanych 250 kandydatów wiodących w testach przedklinicznych JEDEN lek zaakceptowany przez FDA

Przyłączanie się leków? KOMPLEMENTARNOŚĆ kształtu chemiczna elektrostatyczna 35

Odkrywanie leków współcześnie Mamy cel ataku który związek go unieczynni? Stary sposób: długotrwałe próby biochemiczne Nowy sposób: selekcja bioinformatyczna

Proteaza HIV HIV Proteaza + Peptidyl inhibitor (1A8G.PDB) Protein Structure Initiative http://publications.nigms.nih.gov/structlife/chapter4.html http://www.rcsb.org/pdb/explore.do?structureid=1a8g

Biologia Systemów (Systems Biology)

Model komórki miocytu hybrydowe modelowanie kanałów jonowych Clancy, C. E. and Y. Rudy (1999). Nature 400(6744): 566-9.

Sieci zależności w Reactome Ontologia szlaków wewnątrzkomórkowych

Fala spiralna w sercu model zespołu Brugadów Elisabeth Cherry, Cornell University, http://arrhythmia.hofstra.edu/emc/modeling.html

Projekty Human Physiome http://physiomeproject.org/

Human Physiome

Morfologia - Visible Human Project

Bazy danych

Gdzie najlepiej szukać danych ogólnych? NCBI (NIH, USA) EMBL-EBI (UK) DDBJ (Japonia) Ameryka Europa Azja International Nucleotide Sequence Database Collaboration (INSDC) 1988 r. Pierwsze określenie formatu elektronicznego i przepisanie na niego z nośników papierowych. http://insdc.org/

NCBI

Bazy danych NCBI GenBank - sekwencje DNA (indywidualne laboratoria, European Molecular Biology Laboratory (EMBL), DNA Database of Japan (DDBJ), U.S. Patent and Trademark Office RefSeq - nieredundantny zbiór referencyjny z GenBank, ulepszony przez ekspertów Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM) baza fenotypów (chorobowych) dla Human Genome Project Molecular Modeling Database (MMDB) struktury 3D białek Unique Human Gene Sequence Collection (UniGene), Gene Map of the Human Genome, Taxonomy Browser, Cancer Genome Anatomy Project (CGAP), wspólnie z National Cancer Institute. PubMed i PubMedCentral (PMC) publikacje z bazy Medline i współpracujących czasopism (u źródła lub z NCBI)

Serwisy i narzędzia NCBI Entrez system przeszukiwania baz danych NCBI BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) przeszukiwanie podobieństwa sekwencji (w DNA/RNA, białkach) w celu identyfikacji genów, pokrewieństw, linii dziedziczenia. Wersje (do wybranych zastosowań, np. tylko białka): PSI-BLAST (Position Sensitive Iterated BLAST) lepsza dokł., PHI-BLAST, BLAST2sequences Open Reading Frame Finder (ORF Finder) Electronic PCR, Sequin and BankIt serwis składowania sekwencji.. Wszystkie narzędzia i bazy danych NCBI są dostępne poprzez www oraz ftp

EBI - EMBL http://www.ebi.ac.uk/

Pytania na dzisiaj Wymień 3 główne działy bioinformatyki Czym bioinformatyka jest, a czym nie jest Główne cele bioinformatyki Jak w ostatnim czasie zmieniły się główne wyzwania i profil bioinformatyki Jak stosowana jest Bioinformatyka w firmach

Antón SC, Potts R, Aiello LC. Lektura na dzisiaj Human evolution. Evolution of early Homo: an integrated biological perspective. Science. 2014 Jul 4;345(6192):1236828. Anthon_ Science2014_evolution_review.pdf Lazaridis I. i in. Ancient human genomes suggest three ancestral populations for present-day Europeans. Nature. 2014 Sep 18;513(7518):409-13. doi: 10.1038/nature13673. 3GroupsofEurope.pdf ( Europa_pochodzenie_nature2014.pdf )