Биоинформатика ДНК, РНК и белков

2021/2022

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: Бекназаров Назар Сохибжонович, Коновалов Дмитрий Львович, Попцова Мария Сергеевна

Язык: русский

Кредиты: 5

Контактные часы: 56

Полная версия программы учебной 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

Контрольная работа 1
Контрольная работа 2
Контрольная работа 3
Контрольная работа 4
Контрольная работа 5
Домашнее задание 1
Домашнее задание 2
Домашнее задание 3
Домашнее задание 4
Письменный экзамен
Контрольная работа 6
Контрольная работа 7
Контрольная работа 8
Контрольная работа 9
Контрольная работа 10
Контрольная работа 1
Контрольная работа 2
Контрольная работа 3
Контрольная работа 4
Контрольная работа 5
Домашнее задание 1
Домашнее задание 2
Домашнее задание 3
Домашнее задание 4
Письменный экзамен
Контрольная работа 6
Контрольная работа 7
Контрольная работа 8
Контрольная работа 9
Контрольная работа 10

Промежуточная аттестация

2021/2022 учебный год 2 модуль
0.01 * Контрольная работа 7 + 0.125 * Домашнее задание 4 + 0.125 * Домашнее задание 2 + 0.125 * Домашнее задание 3 + 0.125 * Домашнее задание 1 + 0.01 * Контрольная работа 3 + 0.01 * Контрольная работа 5 + 0.01 * Контрольная работа 9 + 0.4 * Письменный экзамен + 0.01 * Контрольная работа 10 + 0.01 * Контрольная работа 1 + 0.01 * Контрольная работа 8 + 0.01 * Контрольная работа 4 + 0.01 * Контрольная работа 6 + 0.01 * Контрольная работа 2

Программа дисциплины