направление подготовки: 06.06.01 Биологические науки

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«МОСКОВСКИЙ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(государственный университет)»
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
_______________О.А.Горшков
«____»______________ 2014 г.
ФАКУЛЬТЕТ БИОЛОГИЧЕСКОЙ И МЕДИЦИНСКОЙ ФИЗИКИ
КАФЕДРА БИОИНФОРМАТИКИ
ПРОГРАММА
вступительных испытаний поступающих на обучение по программам подготовки научнопедагогических кадров в аспирантуре
по специальной дисциплине «Системная биология и биоинформатика»
НАПРАВЛЕНИЕ ПОДГОТОВКИ: 06.06.01 БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
НАПРАВЛЕННОСТЬ (ПРОФИЛЬ): 03.01.02 БИОФИЗИКА
Форма проведения вступительных испытаний:
Вступительные экзамены проводятся в устной форме. Для подготовки ответов
поступающий использует экзаменационные листы.
ЗАВ.КАФЕДРОЙ
(подпись)
“
“
2014 года.
профессор М.Ю. Бородовский
(фамилия)
1
МАТЕМАТИКА И ИНФОРМАТИКА
Случайные величины, распределения, математическое ожидание и дисперсия,
основные распределения. Условная вероятность, независимость. Схема Бернулли.
Многомерные распределения. Моменты и другие числовые характеристики
распределений. Характеристические функции. Марковские цепи.
Математическая статистика. Выборка, нулевая гипотеза. Критерии χ-квадрат,
Фишера, Стьюдента, Колмогорова. Коэффициент корреляции и регрессия. Точечное
оценивание (метод моментов, максимального правдоподобия). Эффективные оценки
(неравенство Рао-Крамера). Байесовский подход к оцениванию параметров.
Непараметрические критерии. Множественное тестирование. Дисперсионный анализ
(ANOVA).
Основные структуры данных: списки, стек, очередь, бинарное дерево поиска.
Алгоритмы на графах, обход в ширину и в глубину, Эйлеров цикл, поиск
оптимального пути.
Алгоритмы для строк. Конечные автоматы, суффиксное дерево и суффиксный
массив, регулярные выражения.
Реляционные базы данных, язык SQL.
2
МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ
Биологические функции белков и пептидов. Методы исследования структуры
белков. Третичная структура белка. Фибриллярные белки. Иммуноглобулины. Структура
антител. Взаимодействия антиген-антитело. Посттрансляционная модификация белков.
Методы изучения белок-белковых взаимодействий. Инженерия белков.
Структура ДНК. Неканонические формы ДНК. Влияние нуклеотидной
последовательности на структуру ДНК. Топоизомеразы и топоизомеры ДНК. Репликация
ДНК. Роль метилирования в регуляции репликации. Проблема репликации линейного
незамкнутого фрагмента ДНК.
Теломеры. Теломераза, особенности структурной организации (РНК-компонент).
Репарация ДНК. Рекомбинация. Подвижные элементы генома про- и эукариот.
Транскрипция у про- и эукариот.
Процессинг РНК. Сплайсинг. Модификация концевых областей мРНК –
кэпирование, полиаденилирование. Редактирование РНК. Обратная транскрипция.
Ретротранспозоны, их типы. Структура и функции РНК. Основные типы и основные
функции клеточных и вирусных РНК.
Регуляция транскрипции. Структура рибосом. Функциональные активности
рибосом. Трансляция и ее регуляция.
Секреция белков у про- и эукариот. Шапероны.
3
ГЕНЕТИКА И ГЕНОМИКА
Предмет генетики. Понятия: ген, генотип, фенотип, мутации. Понятие о
генетической информации. Деление клетки и воспроизведение. Митоз. Мейоз.
Генетический код. Строение хромосом. Закономерности наследования при
моногибридном скрещивании, открытые Г. Менделем. Аллели и их взаимодействиях.
Относительный характер доминирования. Закономерности наследования в ди- и
полигибридных скрещиваниях при моногенном контроле каждого признака. Закон
независимого наследования генов. Особенности наследования количественных признаков
(полигенное наследование). Хромосомное определение пола и наследование признаков,
сцепленных с полом. Сцепленное наследование и кроссинговер. Генетическая
изменчивость. Теория гена.
Популяционная генетика. Факторы микроэволюции, влияющие на частоты аллелей
и на частоты генотипов. Иерархичность популяционной системы, устойчивость
подразделенной
популяции,
способы
измерения
подразделенности,
модели
подразделенности.
Статистические,
филогенетические-филогеографические
и
картографические методы описания структуры генофонда.
Определение геномики. Модельные организмы, используемые для изучения
структуры и функций геномов. Картирование генов и геномов. Полиморфизм геномов.
Геномы органелл. Происхождение ДНК органелл.
Моногенные наследственные
заболевания. Врожденные дефекты метаболизма.
Генетическая инженерия как
инструмент изучения генов и геномов. Создание трансгенных растений и животных.
Получение эмбриональных стволовых клеток. Принципы направленной модификации
генома. Клонирование животных. Молекулярные основы генотерапии. Методы изучения
генов и геномов.
4
БИОИНФОРМАТИКА И СИСТЕМНАЯ БИОЛОГИЯ
Биологические базы данных. Первичные (архивные), курируемые и производные
базы данных.
Выравнивание. Биологический смысл выравнивания. Алгоритмы динамического
программирования. Статистическая значимость выравнивания. Методы быстрого поиска
сходства BLAST, FASTA.
Скрытые Марковские модели. Алгоритмы оптимального и апостериорного
декодирования (Витерби и вперед-назад). Определение параметров моделей. Скрытые
Марковские модели для выравнивания.
Множественное выравнивание последовательностей. Прогрессивное выравнивание.
Улучшение выравнивания.
Вторичные структуры РНК. Методы предсказания оптимальных структур.
Реконструкция эволюции по последовательностям. Укоренённые и неукоренённые
филогенетические деревья. Основные методы реконструкции филогении.
Основы анализа пространственной структуры макромолекул. Гидрофобное ядро
молекулы белка, алгоритмы его нахождения. Структурные домены белков, алгоритмы их
нахождения. Пространственное выравнивание структур белков.
Геномы, размер геномов бактерий и эукариот. Метагеномы. Контиги. Расшифровка
геномов и сборка контигов. Структура геномов прокариот. Особенности бактериальных
геномов. Особенности геномов эукариот. Геном человека и млекопитающих.
Полиморфизмы человека.
Аннотация геномов. Предсказание генов. Функциональная аннотация.
Использование сходства. Сравнительный анализ геномов.
Доменные перестройки. Семейства доменов. Методы идентификации доменов в
последовательности.
Гомологи, ортологи и паралоги. Методы определения
ортологичности.
Транскриптом. Методы определения транскриптомов. Методы анализа
транскриптомов. Тканевая специфичность транскриптомов. Состав транскриптома, анализ
сплайсинга. Приложения к исследованию заболеваний и диагностике.
Протеом. Методы определения протеома. Пост-трансляционные модификации
белков. Определение посттрансляционных модификаций. Участие модификаций белков в
регуляторных каскадах.
Эпигеномика. Методы определения эпигенома. Роль эпигенома в регуляции
экспрессии генов.
Типы регуляторных взаимодействий. Регуляторные каскады. Системная биология.
Построение и анализ регуляторных сетей. Роль системной биологии в поиске мишеней
для лекарственных средств.
Визуализация экспериментальных данных в постгеномной биологии.
Статистический анализ геномных, протеомных и транскриптомных данных
Метаболическая реконструкция. Совместная представленность генов в геномах,
колокализация, корегуляция, коэкспрессия. Базы данных метаболических путей.
Метаболомика в медицине.
Литература
1. Инге-Вечтомов С.Г. Генетика с основами селекции. Из-во Н-Л. Санкт-Петербург.
2010.
2. Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика. Новосибирский университет.
2006.
3. Бочков Н.П., Пузырев В.П., Смирнихина С.А. Генетика человека. Из-во «ГЭОТАРМедиа». М. 2011.
4. Альбертс Б. и др. Молекулярная биология клетки. М.: Институт компьютерных
исследований, 2013 г.
5. Кунин Е. Логика случая. О природе и происхождении биологической эволюции
Издательство Центрполиграф. 2014
6. Спирин А.С. Молекулярная биология. Биосинтез белка. М.: Высшая школа, 1984 г.
7. Уилсон К., Уолкер Дж. Принципы и методы биохимии и молекулярной биологии,
М.: Бином, 2013.
8. Льюин Б. Гены. М.: Бином. 2011 г.
9. Шмид Р. Наглядная биотехнология и генетическая инженерия М.: Бином. 2014 г.
10. Л.И. Патрушев. Искусственные генетические системы. Том1. Генная и бе лковая
инженерия. Москва, «Наука», 2004 г., 526 стр.
11. Р. Дурбин, Ш. Эдди, А. Крог, Г. Митчисон. Анализ биологических
последовательностей. М.: Институт компьютерных исследований, 2006
12. Бородовский М., Екишева С. Задачи и решения по анализу биологических
последовательностей. М.: Институт компьютерных исследований, 2008
13. Чернова Н.И. Теория вероятностей: Учеб. пособие / Новосиб. гос.ун-т.
Новосибирск, 2007.
14. Г. И. Ивченко, Ю. И. Медведев Введение в математическую статистику: Учебник. М:
Издательство ЛКИ, 2010.
15. Н. И. Чернова Математическая статистика: Учебное пособие, Новосибирск, 2007
Дополнительная литература
16. Степанов В.М. Молекулярная биология. Структура и функции белков. М.: Высшая
школа, 1996 г.
17. Молекулярная биология. Структура и биосинтез нуклеиновых кислот под ред.
Спирина А.С. М.: Высшая школа, 1986 г.
18. Альбертс Д. и др. Молекулярная биология клетки. М.: Мир, 1994 г.
19. Сингер М., Берг П. Гены и геномы. М.: Мир, 1998 г.
20. Анализ генома. Методы. Под ред. Дейвиса К. М.: Мир, 1990 г.
21. Свердлов Е.Д. Очерки молекулярной генетики в журнале «Молекулярная генетика,
микробиология и вирусология»: 1995 г. (N 2, 3, 4), 1996 г. (N 4), 1997 г. (N 2), 1998
г. (N 1), 1999 г. (N 2), 2000 г. (N 1, 2).
22. Алтухов Ю.П. Генетические процессы в популяциях. М.: Наука, 1989.
23. Айала Ф. Введение в популяционную и эволюционную генетику. М.: Мир. 1984.
24. Ли Ч. Введение в популяционную генетику. М.: Мир. 1978 г.
25. Айала Ф., Кайгер Дж. Современная генетика. В 3-х т. Пер. с англ. М.: Мир, 1987-1988.
26. Фогель Ф., Мотульски А. Генетика человека. В 3-х т. Пер. с англ. М.: Мир, 1989-1990.
27. Рыбчин В.Н. Основы генетической инженерии. СПб.: Изд. СпбГУ, 1999.
28. Proteomics. Ed. Timothy Palzkill 2002 Kluwer Academic Publishers, New York, Boston,
Dordrecht, London, Moscow
29. INTRODUCTION TO PROTEOMICS. Tools for the New Biology. Ed. DANIEL C. LIEBLER,
2002 Humana Press Inc.
30. Лебедев А.Т. Масс-спектрометрия в органической химии. Москва. 2003 год
31. Mass spectrometry basics. Eds. C.G.Herbert, R.A.W. Johnstone. 2003 CRC Press.
32. Antibody Phage Display. Methods and Protocols. Edited by Philippa M. O’Brien and Robert
Aitken. 2002 Humana Press Inc.