Bioinformatyczna analiza danych. Wykład 1 Dr Wioleta Drobik-Czwarno Katedra Genetyki i Ogólnej Hodowli Zwierząt

Podobne dokumenty
Analizy wielkoskalowe w badaniach chromatyny

PODSTAWY BIOINFORMATYKI 12 MIKROMACIERZE

mikrosatelitarne, minisatelitarne i polimorfizm liczby kopii

Oznaczenie polimorfizmu genetycznego cytochromu CYP2D6: wykrywanie liczby kopii genu

Sekwencje mikrosatelitarne. SNP Single Nucleotide Polymorphism (mutacje punktowe, polimorfizm jednonukleotydowy)

Sekwencjonowanie Nowej Generacji ang. Next Generation Sequencing. Wykład 6 Część 1 NGS - wstęp Dr Wioleta Drobik-Czwarno

Metody: PCR, MLPA, Sekwencjonowanie, PCR-RLFP, PCR-Multiplex, PCR-ASO

Oznaczenie polimorfizmu genetycznego cytochromu CYP2D6: wykrywanie liczby kopii genu

Metody inżynierii genetycznej SYLABUS A. Informacje ogólne

Analiza genetyczna w niepowodzeniach ciąży i badaniach prenatalnych

MIKROMACIERZE. dr inż. Aleksandra Świercz dr Agnieszka Żmieńko

Dane mikromacierzowe. Mateusz Markowicz Marta Stańska

CZĘŚĆ III OPISPRZEDMIOTU ZAMÓWIENIA (OPZ)

Techniki biologii molekularnej Kod przedmiotu

SYLABUS DOTYCZY CYKLU KSZTAŁCENIA

ANALIZA DANYCH POCHODZĄCYCH Z SEKWENCJONOWANIA NASTĘPNEJ GENERACJI

GENOMIKA FUNKCJONALNA. Jak działają geny i genomy? Poziom I: Analizy transkryptomu

Co to jest transkryptom? A. Świercz ANALIZA DANYCH WYSOKOPRZEPUSTOWYCH 2

ANALIZA DANYCH POCHODZĄCYCH Z SEKWENCJONOWANIA NASTĘPNEJ GENERACJI

Analiza zmienności czasowej danych mikromacierzowych

GENOMIKA FUNKCJONALNA. Jak działają geny i genomy? Poziom I: Analizy transkryptomu

Techniki molekularne w biologii SYLABUS A. Informacje ogólne

Techniki molekularne w mikrobiologii SYLABUS A. Informacje ogólne

Przydatność technologii Sekwencjonowania Nowej Generacji (NGS) w kolekcjach Banków Genów Joanna Noceń Kinga Smolińska Marta Puchta Kierownik tematu:

Badania asocjacyjne w skali genomu (GWAS)

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

Wprowadzenie do genetyki sądowej. Materiały biologiczne. Materiały biologiczne: prawidłowe zabezpieczanie śladów

S YLABUS MODUŁU (PRZEDMIOTU) I nformacje ogólne. Stacjonarne (s)

Potencjał naukowo-badawczy Działu Genomiki i Biologii Molekularnej Zwierząt IZ PIB

PODSTAWY BIOINFORMATYKI

GENOMIKA FUNKCJONALNA. Jak działają geny i genomy? Poziom I: Analizy transkryptomu

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

Sylabus Biologia molekularna

Techniki znakowania cząsteczek biologicznych - opis przedmiotu

SYLABUS MODUŁU (PRZEDMIOTU) Informacje ogólne

ZAJĘCIA ORGANIZACYJNE WSTĘP DO BIOINFORMATYKI

BUDOWA I FUNKCJA GENOMU LUDZKIEGO

Metody badania polimorfizmu/mutacji DNA. Aleksandra Sałagacka Pracownia Diagnostyki Molekularnej i Farmakogenomiki Uniwersytet Medyczny w Łodzi

Hybrydyzacja jest jedną z pierwszych

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

PAKIETY STATYSTYCZNE JOANNA SZYDA TOMASZ SUCHOCKI

PODSTAWY BIOINFORMATYKI WYKŁAD 4 ANALIZA DANYCH NGS

S YL AB US MODUŁ U ( PRZEDMIOTU) I nforma c j e ogólne

Elektroforeza. Bioanalizator 2100 jedna platforma, wiele możliwości

Sylabus Biologia molekularna

S YL AB US MODUŁ U ( PRZEDMIOTU) I nforma c j e ogólne. Biologia molekularna

Metody analizy DNA. molekularnych (np. hybrydyzacja, ligacja czy PCR) zostały zaadaptowane na potrzeby analizy aberracji chromosomowych.

3. Podstawy genetyki S YLABUS MODUŁU (PRZEDMIOTU) I nformacje ogólne. Nazwa modułu. Kod F3/A. Podstawy genetyki. modułu

1. Analiza asocjacyjna. Cechy ciągłe. Cechy binarne. Analiza sprzężeń. Runs of homozygosity. Signatures of selection

KARTA KURSU (realizowanego w module specjalności) Biologia eksperymentalna i środowiskowa

Metody badania ekspresji genów

Transformacja pośrednia składa się z trzech etapów:

PODSTAWY BIOINFORMATYKI 11 BAZA DANYCH HAPMAP

Anna Litwiniec 1, Beata Choińska 1, Aleksander Łukanowski 2, Żaneta Świtalska 1, Maria Gośka 1

era genomowa w hodowli bydła mlecznego Instytut Zootechniki Państwowy Instytut Badawczy

Biologia molekularna

Ekologia molekularna. wykład 11

PROGRAM NAUCZANIA PRZEDMIOTU OBOWIĄZKOWEGO NA WYDZIALE LEKARSKIM I ROK AKADEMICKI 2016/2017 PRZEWODNIK DYDAKTYCZNY dla I ROKU STUDIÓW

Pytania i odpowiedzi

Perspektywy zastosowania badań genomicznych w hodowli zwierząt

GENOMIKA. MAPOWANIE GENOMÓW MAPY GENOMICZNE

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

prof. dr hab. Krystyna M. Charon Warszawa Recenzja

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

Dr hab.n.med. Renata Jacewicz

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

SYSTEMY INFORMATYCZNE WSPOMAGAJĄCE HODOWLĘ MAGDALENA FRĄSZCZAK

Przetarg nieograniczony na zakup specjalistycznej aparatury laboratoryjnej Znak sprawy: DZ-2501/6/17

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

Badania asocjacyjne w skali genomu (GWAS)

Substancje stosowane do osadzania enzymu na stałym podłożu Biotyna (witamina H, witamina B 7 ) Tworzenie aktywnej powierzchni biosensorów

Specjalność (studia II stopnia) Oczyszczanie i analiza produktów biotechnologicznych

PLAN STUDIÓW PODYPLOMOWYCH: DIAGNOSTYKA MOLEKULARNA W ROKU 2019/2020. Nazwa modułu ECTS Semestr I Semestr II. Liczba godzin z.

Biologia medyczna, materiały dla studentów

PODSTAWY BIOINFORMATYKI ORGANIZACJA ZAJĘĆ BIOINFORMATYKA PRZETWARZANIE I ANALIZA DANYCH

PCR. Markery klasy II -Polimorfizm fragmentów DNA: - RFLP - VNTR - RAPD

STATYSTYKA MATEMATYCZNA WYKŁAD 1

SYLABUS DOTYCZY CYKLU KSZTAŁCENIA (skrajne daty)

KARTA MODUŁU/PRZEDMIOTU

Metody odczytu kolejności nukleotydów - sekwencjonowania DNA

Tematyka zajęć z biologii

Jaki koń jest nie każdy widzi - genomika populacji polskich ras koni

Zestawy do izolacji DNA i RNA

WYPOSAŻENIE LABORATORIÓW CENTRUM NOWYCH TECHNOLOGII UW W APARATURĘ NIEZBĘDNĄ DO PROWADZENIA BADAŃ NA RZECZ PRZEMYSŁU I MEDYCYNY

Sekwencjonowanie, przewidywanie genów

KARTA PRZEDMIOTU. (pieczęć wydziału)

PROGRAM NAUCZANIA PRZEDMIOTU FAKULTATYWNEGO NA WYDZIALE LEKARSKIM I ROK AKADEMICKI 2015/2016 PRZEWODNIK DYDAKTYCZNY

SYLABUS DOTYCZY CYKLU KSZTAŁCENIA

Genetyka, materiały dla studentów Pielęgniarstwa

Dr hab.n.med. Renata Jacewicz

GRADIENT TEMPERATUR TOUCH DOWN PCR. Standardowy PCR RAPD- PCR. RealTime- PCR. Nested- PCR. Digital- PCR.

Niepełnosprawność intelektualna

TECHNIKI ANALIZY RNA TECHNIKI ANALIZY RNA TECHNIKI ANALIZY RNA

Zastosowanie nowych technologii genotypowania w nowoczesnej hodowli i bankach genów

Ćwiczenia nr 3 Genotypowanie mikrosatelitów przy użyciu automatycznego kapilarnego analizatora DNA

Przeglądanie bibliotek

Klonowanie molekularne Kurs doskonalący. Zakład Geriatrii i Gerontologii CMKP

Hybrydyzacja kwasów nukleinowych

Nowoczesne systemy ekspresji genów

Transkrypt:

Bioinformatyczna analiza danych Wykład 1 Dr Wioleta Drobik-Czwarno Katedra Genetyki i Ogólnej Hodowli Zwierząt

Sprawy organizacyjne Prowadzący przedmiot: Dr Wioleta Drobik-Czwarno koordynator przedmiotu, wykłady, ćwiczenia Pokój:35 (Katedra Genetyki i Ogólnej Hodowli Zwierząt) Telefon: 22 59 36582 Email: wioleta.drobik@gmail.com; wioleta_drobik@sggw.pl Konsultacje: wtorek 9-11 (lub inny termin po wcześniejszym umówieniu się) Dr Zuzanna Nowak 1 blok ćwiczeniowy ekspresja genów Pokój 28, email: zuzanna_nowak@sggw.pl Mgr inż. Marlena Wojciechowska 1 blok ćwiczeniowy mikromacierze SNP Pokój 29, email: marlena_wojciechowska@sggw.pl Mgr inż. Agnieszka Szostak 1 blok ćwiczeniowy ekspresja genów Pokój 29, email: agnieszka_szostak@sggw.pl

Sprawy organizacyjne Organizacja przedmiotu ECTS: 3 pkt 10 h wykładów 1 h wykładu w tygodniu 30 h ćwiczeń 3 h ćwiczeń w tygodniu Planowane zakończenie zajęć: druga połowa maja

Zasady zaliczenia przedmiotu Egzamin 40% Pytania z części wykładowej i ćwiczeniowej Pytania otwarte odpowiedź na kilka zdań, uzupełnianie, uszeregowanie Przykładowe pytania: Wymień znane ci rodzaje mikromacierzy W jakim celu wykonujemy analizę PCA przed GWAS? Wypisz etapy analizy bioinformatycznej mającej na celu wykrywanie polimorfizmów typu SNP na podstawie NGS.

Zasady zaliczenia części ćwiczeniowej Projekt ~ 40% oceny Prowadzący dostarcza: publikacje do opracowania, dane, zarys problemu badawczego Należy przygotować prezentację w której znajdą się: 1. Omówienie publikacji 2. Omówienie problemu badawczego 1. Wstęp 2. Materiał i metody 3. Wyniki 4. Podsumowanie i wnioski Czas na prezentację projektu: 15-20 minut Grupy od 2 do 4 osób, istnieje możliwość przygotowania projektu samodzielnie.

Zasady zaliczenia części ćwiczeniowej Praca na zajęciach ~ 20% oceny Jak wyżej, czyli zaangażowanie w ćwiczenia, wykonanie przewidzianych analiz oceniane na koniec ćwiczeń Po danym bloku tematycznym (co ~2 tygodnie) każdy ma obowiązek nadesłać pytanie drogą mailową Czas - do czwartku w następnym tygodniu zajęć Pytanie może dotyczyć wykładu lub ćwiczeń. Nie może być to pytanie, o coś na co odpowiedz była już podana. Pytamy o to czego nie zrozumieliśmy, co nas zaintrygowało, w stosunku do czego mamy wątpliwości.

Czym będziemy zajmowali się na zajęciach Analizy bioinformatyczne: analiza danych z mikromacierzy SNP analiza stratyfikacji populacji (analiza głównych składowych PCA, ang. Principal Component Analysis) analiza asocjacyjna w skali genomu (GWAS, and. Genome-Wide Association Studies) sekwencjonowanie nowej generacji (NGS, ang. Next Generation Sequencing) analiza ekspresji genów Podstawy obsługi command line w systemie linux Zastosowanie środowiska R w bioinformatyce

Mikromacierze DNA

Wybrane techniki wykrywania polimorfizmu DNA RFLP - polimorfizm długości fragmentów restrykcyjnych AFLP - polimorfizm długości amplifikowanych fragmentów SSCP - Polimorfizm konformacyjny jednoniciowych fragmentów RAPD - Polimorfizm losowo amplifikowanych fragmentów Polimorfizm sekwencji powtarzających się tandemowo Sekwencje mikrosatelitarne (STR) Sekwencje minisatelitarne (VNTR) Zmienność liczby kopii (CNV) Mikromacierze SNP Sekwencjonowanie

Mikromacierze DNA Działanie opiera się na hybrydyzacji jednoniciowych kwasów nukleinowych w struktury dwuniciowe Płytka zawiera sondy DNA o znanej sekwencji nukleotydowej Jedna płytka może zawierać setki tysięcy sond Badanie polega na naniesieniu materiału biologicznego na płytkę i odczytaniu sygnału

Mikromacierze DNA Główne typy mikromacierzy w zależności od rodzaju sond: Mikromacierze cdna Mikromacierze oligonukleotydowe Inne przykłady wykorzystania mikromacierzy w naukach biologicznych: Mikromacierze tkankowe (TMA) Porównawcza hybrydyzacja genomowa do mikromacierzy (acgh; ang. Agilent Comparative Genomic Hybridization) analiza struktury genomu

Etapy analizy 1. Opracowanie celu badawczego 2. Przygotowanie mikromacierzy (lub zakup komercyjnie dostępnego produktu) 3. Przygotowanie prób: izolacja materiału genetycznego, oczyszczanie, odwrotna transkrypcja (przy mrna), znakowanie, fragmentacja 4. Hybrydyzacja znakowanych sond na mikromacierzy 5. Detekcja i wizualizacja wyników 6. Analiza bioinformatyczna i interpretacja wyników

Mikromacierze cdna Rolę sond pełnią fragmenty cdna o długości 0,5 do 2,0 kbp będące produktami amplifikacji PCR Umożliwia porównanie ekspresji genów w próbie eksperymentalnej i kontrolnej poprzez wyznakowanie prób dwoma różnymi barwnikami Łatwiejsze do przygotowania niż mikromacierze oligonukleotydowe. Zwykle przygotowywane na potrzeby danego eksperymentu

Mikromacierze ekspresyjne Etapy analizy: 1. Izolacja RNA 2. Odwrotna transkrypcja - przepisanie RNA na komplementarny DNA (cdna) 3. Znakowanie - Dołączanie znakowanych nukleotydów do powstających cząsteczek cdna 4. Odczyt i interpretacja wyników natężenie fluorescencji jest proporcjonalna do ilości wyznakowanych cząsteczek 5. Analiza bioinformatyczna wyników Veronique Vermeeren and Luc Michiels (2011) Evolution towards the implementation of point-ofcare biosensors. ISBN 978-953-307-443-6

Mikromacierze oligonukleotydowe (chipy DNA, macierze genotypowe) Sondy: krótkie oligonukleotydy o długości 10-25 bp (są stosowane również długie sondy o długości 50 70 bp) Służą m.in. do badania ekspresji genów, wykrywania polimofizmów typu SNP Największe firmy biotechnologiczne zajmujące się produkcją chipów DNA dla ludzi i zwierząt: Affymetrix - statyczne chipy DNA, sondy syntetyzowane są bezpośrednio na płytce w technice fitolitografii Illumina - sondy zakotwiczone są na powierzchni silikonowych ziaren (ang. beads), każde ziarno to setki tysięcy kopii jednej sondy

Mikromacierze oligonukleotydowe 1. Izolacja DNA (lub RNA) z materiału biologicznego, powielenie DNA w procesie amplifikacji oraz fragmentacja 2. Wytrącanie DNA i zawieszenie w buforze do hybrydyzacji 3. Naniesienie na powierzchnię mikromacierzy; Hybrydyzacja jednoniciowych fragmentów DNA z sondami o komplementarnej sekwencji 4. Dobudowanie nukleotydu do sondy zgodnie z sekwencją badanej próby DNA oraz wybarwianie 5. Skanowanie; Odczyt i interpretacja wyników Źródło: Affymetrix

Zastosowanie mikromacierzy SNP Nauki o zwierzętach: Badania asocjacyjne prowadzone na całym genomie (GWAS) Selekcja genomowa Kontrola pochodzenia Genetyka populacyjna Medycyna: GWAS Diagnostyka chorób genetycznych i chorób zakaźnych Wykrywanie aberracji chromosomowych Identyfikacja genów np. odporności na antybiotyki

Programy do analizy surowych danych z mikromacierzy SNP Illumina Genome Studio demonstracja na ćwiczeniach Axiom Analysis Suite

Axiom Analysis Suite Umożliwia przeprowadzenie pełnej analizy w jednym programie Import plików Konfiguracja ustawień Ustawienia filtrów QC (ang. Quality Control) Domyślne ustawienia dla gatunków di- oraz poliploidalnych Wizualizacja wyników Np. Axiom CNV Summary Tool

A. Pliki.CEL Format.CEL przechowuje informację o poziomie intensywności fluorescencji każdej z sond mikromacierzowych B. Ustawienia analizy Przygotowanie plików do dalszych analiz Ustawienia projektu Wstępna kontrola jakości próbki C. Kontrola jakości Sample QC jakość płytki, procent próbek, które przechodzą kontrolę jakości SNP QC parametry jakości dotyczące markerów SNP

Wyniki Kodowanie genotypów (Call code): AB, 012, ACTG

Kontrola jakości SNP Cluster Graph Generowane dla każdego markera

Cluster Plot Oś Y: Size (lub strength) siła sygnału, liczona jako: [Log2(A_signal) + Log2(B_signal)]/2 Oś X: Contrast (lub log ratio) Główna informacja dla rozróżnienia genotypów, liczony jako: Log2(A_signal/B_signal)

Literatura Charon K., Świtoński M. 2012. Genetyka i Genomika Zwierząt. PWN. Wojciechowska M., Olech W. 2013. Wykorzystanie mikromacierzy DNA w badaniach dzikich zwierząt. Studia i Materiały CEPL w Rogowie. R. 15. Zeszyt 36 / 3 / 2013. Platforma Affymetrix: http://www.affymetrix.com/ Platforma Illumina: https://www.illumina.com/