Инструменты биоинформатики Спецкурс по выбору для

Инструменты биоинформатики
Спецкурс по выбору для студентов 3-5 курсов
Лекции — 30 часов
Форма контроля — экзамен
Автор программы: научный сотрудник Сальников А.Н.
Лектор: научный сотрудник Сальников А. Н.
Аннотация
Цель данного спецкурса познакомить слушателя с базовыми понятиями Биоинформатики,
познакомить с основными инструментами, которыми пользуются молекулярные биологи для
выяснения с помощью математического моделирования и программных средств
интересующих их фактов о функционировании биологических объектов таких как гены и
белки. В курсе проводится обзор основных баз данных содержащих собранные
человечеством сведения о геномах, протеомах и способах взаимодействия биологических
объектов между собой. Студентам даётся практическое задание на использование основных
доступных биоинформатических программ и поиск в базах данных для определения
особенностей региона в геноме человека или предназначения того или иного фрагмента ДНК.
Тематический план
номер
Наименование тем и разделов
лекции Практи Само Всего
ческие стоят часов
занятия ельна
я
работ
а
1
Базовые сведения молекулярной биологии
8
0
8
16
2
Методы секвенирования ДНК и принципы
организации ДНК микрочипов.
2
0
2
4
3
Базы данных геномной и протеомной
информации.
6
0
6
12
4
Средства визуализации 3-х мерной структуры
белков и ДНК/РНК белковых комплексах.
4
0
4
8
5
Алгоритмы сравнения нуклеотидных и
аминокислотных последовательностей
10
0
10
20
Итого:
30
0
30
60
Содержание курса
Базовые сведения молекулярной биологии. Первая часть повествует о строении молекул
ДНК, РНК и белков, а также о билогических процессах протекающих в прокареотических и
эукариотических клетках связанных с процессами Транскрипции, Трансляции и Репликации.
Методы секвенирования последовательностей ДНК и принципы организации ДНК
микрочипов. Здесь обсуждается Полимеразная Цепная Реакция (ПЦР), прибор
Амплификатор, а также некоторые известные технологии секвенирования ДНК, такие как
Метод Сенгера, Пиросеквенирование и д.р. Обсуждаются технологи изучения информации о
экспрессии генов с помощью ДНК микрочипов.
Базы данных геномной и протеомной информации. Эта часть посвящена обзору основных
баз данных по хранению биологической информации связанной со строением белков, а также
участков ДНК в геноме и их функциях. Обсуждаются языки представления данных, политика
внесения и курирования записей в базе данных.
Средства визуализации 3-х мерной структуры белков и ДНК/РНК белковых
комплексах. Производится обзор средств визуализации 3-х мерной структуры молекул,
такие как rasmol, pymol, а также командный язык для управления процессом визуализации rasmol.
Алгоритмы сравнения нуклеотидных и аминокислотных последовательностей. Третья
часть рассказывает об основных алгоритмах сравнения биологических последовательностей
между собой. Как наиболее популярный алгоритм поиска последовательностей в базе данных
обсуждается алгоритм BLAST. Обсуждаются алгоритмы построения кластерных деревьев
Neighbor Joining и UPGMA. Обсуждаются алгоритмы построения парного выравнивания
Нидельмана - Вунша и Смита - Ватермана. Обсуждаются алгоритмы построения
множественного выравнивания последовательностей.
Литература
1. Н.П. Шарова, Е.П. Абрамова Повреждение и починка ДНК или «на всякую прореху
найдётся заплата» // природа 2004
http://vivovoco.rsl.ru/VV/JOURNAL/NATURE/11_04/REPAIR.HTM
2. Чемерис А.В., Ахунов Э.Д., Вахитов В.А. «Секвенирование ДНК» М.: Наука, 1999
http://www.anrb.ru/molgen/chemeris.html
3. М.Сингер, П.Берг. «Гены и геномы». М., Мир, 1998 г.
4. Мушкамбаров Н. Н., Кузнецов С. Л. «Молекулярная биология. Учебное пособие для
студентов медицинских вузов» Медицинское информационное агентство 2007г.
5. Гасфилд Д. «Строки, деревья и последовательности в алгоритмах: Информатика и
вычислительная биология» БХВ-Петербург 2003.
6. Р. Дурбин, Ш. Эдди, А. Крог, Г. Митчисон «Анализ биологических
последовательностей» НИЦ "Регулярная и хаотическая динамика", Институт
компьютерных исследований, 2006 г.