Майнор Биоинформатика 1 год

Часть 1. Биоинформатика ДНК, РНК и белков (модули 1-2)

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.

Лекции и семинары

Лекция 0. Организационная. Начало Лекции 1.

Лекция 1. Введение. Основы молекулярной биологии. Клетка, геном, белки, поток информации, генетический код.
презентация

Семинар 1 Базы данных геномов бактерий. Файлы аннотации геномов генами. Стренды.
содержание

Лекция 2. Организация геномов прокариот и эукариот. Гены и регуляторные элементы. Белок-кодирующие и РНК-кодирующие гены. Экзоны и интроны. Сплайсинг. Промоторы и энхансеры.
презентация

Семинар 2. Введение в систему Unix. Основные команды Unix. Файловая система. Навигация. Командная строка. Просмотр файлов. Поиск информации в файлах.
содержание данные

Лекция 3. Секвенирование от метода Сангера до технологий следующего поколения. Геном человека. Повторы. Однонуклеотидные замены и структурные варианты.
презентация

Семинар 3. UCSC genome browser. Геном человека. Строение генов. Треки консервативности, SNPs, структурных вариантов, повторов. Скачивание полного генома человека. Table browser.
содержание

Лекция 4.Молекулярная эволюция. Поиск схожих последовательностей. Алгоритм и программа BLAST. Статистика локального выравнивания.
презентация

Семинар 4.Программа BLAST. Поиск схожих последовательностей. Определение последовательностей из метагеномного исследования с помощью BLAST.
содержание

Лекция 5.Модели эволюции аминоклислотных последовательностей. Матрицы PAM и BLOSUM.
презентация

Семинар 5.Программа MEGA. Выравнивание последовательностей на примере коровых белков (ATP, DNA-poymerase, 16S-RNA).
содержание данные

Лекция 6.Алгоритмы попарного и множественного выравнивания последовательностей. Динамическое программирование.
презентация

Семинар 6. Построение филогенетических деревьев на примере коровых белков (ATP, DNA-poymerase, 16S-RNA). Программа MEGA.
содержание данные

Лекция 7.Алгоритмы попарного и множественного выравнивания последовательностей (продолжение). Филогенетика. Горизонатльный обмен генов. Методы построения филогенетических деревьев.
презентация

Семинар 7. Поиск белков в Swiss-Prot по мнемонике функции. Интеины. Определение горизонтально перенесенных генов. Филогенетика и астробиология.
содержание данные

Лекция 8. Филогения. Методы построения филогенетических деревьев. Метод ближайшего соседа (NJ). Метод максимальной бережливости. Метод максимального правдоподобия. Бутсрэп-оценка построенного дерева.
презентация

Семинар 8. Эволюционный анализ вируса SARS-cov-2 из разных популяций человека.
содержание данные

Лекция 9. Гомологи, ортологи и паралоги. Поиск горизонтально перенесенных генов.
презентация

Семинар 9. Определение ортологов и паралогов по филогенетическим деревьям.
содержание данные

Лекция 10. Методы автоматического поиска ортологов. Базы данных семейств ортологов - COG, Pfam, Quest for orthologs. База данных трехмерной структуры белков PDB.
презентация

Семинар 10. Знакомство с базами данных ортологов и знакомство с 3-х мерной структурой белков по базе данных PDB.
содержание

Лекция 11. Трехмерная структура белка. Уровни организации. Предсказание трехмерной структуры белков.
презентация

Семинар 11. Программа визуализации трехмерной структуры белка PyMol.
содержание

Лекция 12. Коронавирус. Семейство коронавирусов. Струкуры комплексов связывания белка шипа коронавируса (S) и фермента ACE2
презентация

Семинар 12. Изучение структур белков Spike (S) вирусов SARS-cov и SARS-cov-2, а также фермента ACE2 и комплекса SARS-cov - ACE2
содержание данные

Лекция 13. Эволюция коронавируса SARS-Cov.
презентация

Семинар 13. Моделирование взаимодействия между SARS-Cov-2 RBD (receptor binding domain) и ACE2
содержание данные

Часть 2 Медицинская биоинформатика (Модули 3-4)

В курсе “Медицинская биоинформатика” изучается геномика человека, полиморфизмы и структурные варианты в популяции и их связь с заболеваниями. Дается представление о полногеномном поиске ассоциаций и консорциумных проектах, изучающих генетику рака и других заболеваний. Изучаются элементы системной биологии, показывающей как генетические изменения могут приводить к изменениям на функциональном уровне. Дается представление о метаболических и сигнальных сетях, онтологическом анализе. Изучаются ДНК-белковые взаимодействия и РНК-регуляция. Дается представление о сравнительном анализе геномов человека и ближайших видов, таких как шимпанзе или неандерталец. Дается представление о микробиоме и эволюции вирусов.

Лекция 1 Предсказание генов de novo. Алгоритмы в основе предсказания генов. Цепи Маркова. Скрытые цепи Маркова.
презентация

Семинар 1. Предсказание генов de novo. Предсказание генов de novo. Программы Glimmer, Prodigal, GenMark.
содержание данные

Лекция 2 Предсказание генов de novo - Glimmer, Prodigal, GenMark. Аннотация геномов de novo.
презентация

Семинар 2. Серверы аннотации геномов Prokka and RAST, .
содержание данные

Лекция 3 Введение в геномику человека. Первый проект "Геном человека". Секвенирование методом Сангера. Полиморфизм человека. SNPs и структурные варианты. Связь с заболеваниями.
презентация

Семинар 3. Базы данных SNP и структурных вариантов человека. Влияние SNP на структуру белка.
содержание данные

Лекция 4 Генотип и гаплотип. SNP и тегированные SNPы. Исследования GWAS. Тест хи-квадрат.
презентация

Семинар 4. Генотипы, минорные аллели, локусы. Пример GWAS для одного SNP. Тест хи-квадрат.
содержание

Лекция 5 Исследования GWAS. Элементы популяционной генетики. Гаплотипы и гаплогруппы. Митохондриальная Ева и Y-хромосомный Адам.
презентация

Семинар 5. Ассоциациии признака с аллелью и генотипом. Отношение шансов и оценка риска. Примеры отчетов компании 23 and me.
содержание

Лекция 6 Александр Ракитько, компания Генотек. Генетика здоровья.
презентация

Семинар 6. Исследование на ассоциацию варианта с заболеванием.
содержание

Лекция 7 Александр Ракитько, компания Генотек. Генетическая генеалогия.
презентация

Семинар 7. Распространение гаплогрупп, поиск гаплогруппы А.С.Пушкина, PCA-анализ популяций
содержание

Лекция 8 Генетика рака.
презентация

Семинар 8. Классификация генов, связанных с раком. Исследование данных пациентов.
[Работа на семинаре с карточками генов и карточками пациентов]

Лекция 9 Проект Панрак (Pancancer). Краткий обзор последних результатов. Иммунотерапия рака.
презентация

Семинар 9. Классификация типов лейкемии по данным экспресси генов.
содержание данные

Лекция 10 Кирилл Песков, CEO M&S Decisions Математическое моделирование лекарств

Лекция 11 Сравнительная геномика человека и шимпанзе.
презентация

Семинар 11. Сервер Vista - визуализации выравниваний геномов человека и шимпанзе. Анализ участка ускоренной эволюции HAR1. Анализ гена речи FOXP2.
содержание данные

Лекция 12 Неандерталец и денисовец. Сравнительная геномика человека, неандертальца и денисовца.
презентация

Семинар 12. Изучение эволюции неандертальце и денисовцев по митохондриальной ДНК.
содержание данные

Лекция 13 Транскрипционные факторы и мотивы. Позиционно-весовые матрицы. Генные сети. Вакцинация.
презентация

Семинар 13. Изучение эволюции неандертальце и денисовцев по митохондриальной ДНК.
содержание данные

Лекция 14 Вторичные структуры РНК. Методы предсказания вторичной структуры РНК.
презентация

Семинар 14. Программа RNAFold. Структурное выравнивание (LocARNA). База данных RFam.
содержание

Лекция 15 Вторичные структуры ДНК. Квадруплексы, триплексы, Z-ДНК
презентация

Семинар 15. Методы аннотации геномов квадруплексами, Z-ДНК, структурами стебель-петля
содержание Books