Научно-исследовательский семинар «Структурная биоинформатика и молекулярная динамика»

Магистратура 2024/2025

Статус: Курс обязательный (Вычислительная биология и биоинформатика)

Направление: 01.04.02. Прикладная математика и информатика

Кто читает: Департамент информатики

Где читается: Санкт-Петербургская школа физико-математических и компьютерных наук

Когда читается: 2-й курс, 1, 2 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Охват аудитории: для своего кампуса

Преподаватели: Головин Андрей Викторович

Прогр. обучения: Вычислительная биология и биоинформатика

Язык: русский

Кредиты: 6

Полная версия программы учебной дисциплины Задать вопрос

Аннотация

Курс знакомит студентов с понятиями структурной биологии белка, связей структуры и функции белка, а также алгоритмами, необходимыми для восстановления и сравнения структур белка.

Цель освоения дисциплины

Целью освоения дисциплины «Структурная биоинформатика» является усвоение теоретических, методических и технологических основ работы со структурами биологических молекул in silico, приобретение навыков визуализации биологических молекул и усвоение основных алгоритмов, необходимых для корректного восстановления и сравнения структур.

Планируемые результаты обучения

В результате обучения по дисциплине студент знает принципы работы основных алгоритмов для предсказания структуры белка: гомологичного фолдинга и ПО Modeller, Rosetta, trRosetta, AlphaFold2.
Владеет знаниями о нюансах экспериментального получения структур белков и обладает навыками выбора необходимой структуры для работы, исходя из задачи.
Владеет знаниями о структуре антител, способами их аннотации и владеет подходами для оценки их потенциала: расчетом гуманизации и расчетом аффинности.
Владеет навыками работы с основными пакетами для визуализации структур биологических молекул.
Владеет общими знаниями о методах белкового дизайна in silico, основных подходах к нему и примерах успешного применения.
Знает алгоритм Качальского-Кацира, владеет протоколами создания статистических потенциалов и способами улучшения алгоритмов докинга.
Знает базовые молекулярные механизмы основных молекулярно-биологических процессов.
Знает молекулярные механизмы формирования структуры белков, свойства аминокислот и виды взаимодействия между атомами.
Знает основные форматы файлов для описания структур белков.
Способен реализовать алгоритмы восстановления атомов водорода, боковых цепей и пропущенных участков в белковых структурах.
Способен реализовать алгоритмы для структурного выравнивания и сравнения структур белков для оценки их схожести.

Содержание учебной дисциплины

Молекулярная биология
Понятие структуры белковых молекул
Восстановление структур молекул
Выравнивание последовательностей и структур молекул
Задача фолдинга белков и методы ее решения
Задача докинга белков и методы ее решения
Белковый дизайн
Структура антител и их дизайн in silico

Элементы контроля

Экзамен №1
Устный экзамен проводится в форме ответов на вопросы экзаменационного билета. Экзаменационный билет содержит 2 вопроса из перечня вопросов к экзамену. На подготовку ответа выделяется 1 час.
Домашнее задание №2
Домашнее задание №2 состоит из одной задачи по реализации алгоритма структурного выравнивания двух белков с разной последовательностью. Срок выполнения — 1 неделя. Форма представления — файл со скриптом на языке Python v3.8, выложенный на GitHub студента. После дедлайна за задание выставляется 0 баллов.
Домашнее задание №1
Домашнее задание №1 состоит из одной задачи по реализации алгоритма для восстановления гэпов в структуре. Срок выполнения — 1 неделя. Форма представления — файл со скриптом на языке Python v3.8, выложенный на GitHub студента. После дедлайна за задание выставляется 0 баллов.
Экзамен №2
Устный экзамен проводится в форме ответов на вопросы экзаменационного билета. Экзаменационный билет содержит 2 вопроса из перечня вопросов к экзамену. На подготовку ответа выделяется 1 час.

Промежуточная аттестация

2024/2025 2nd module
0.15 * Домашнее задание №1 + 0.15 * Домашнее задание №2 + 0.35 * Экзамен №1 + 0.35 * Экзамен №2

Список литературы

Авторы

Тимофеева Мария Александровна
Юдаева Оксана Юрьевна
Кузнецов Антон Михайлович

Программа дисциплины