MinorBioinformatics

Часть 1. Элементарная геномика (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

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

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

Лекция 3. Молекулярная эволюция. Поиск схожих последовательностей. Алгоритм и программа BLAST. Статистика локального выравнивания.
презентация

Лекция 4. Алгоритмы попарного и множественного выравнивания последовательностей. Динамическое программирование.
презентация

Лекция 5. Множественное выравнивание. Филогения. Методы построения филогенетических деревьев. Методы расстояний. Метод UPGMA. .
презентация

Лекция 6. Филогения. Методы построения филогенетических деревьев. Метод ближайшего соседа (NJ). Метод максимальной бережливости. Метод максимального правдоподобия. Бутсрэп-оценка построенного дерева.
презентация

Лекция 7. Гомологи, ортологи и паралоги. Методы автоматического поиска ортологов. Поиск горизонтально перенесенных генов. Белки и базы данных белков. Genbank, Uniprot, PDB.
презентация

Лекция 8. Эволюционный отбор. Гены под действием положительного или отрицательного отбора.
презентация

Лекция 9. Поиск мотивов. Представление мотивов в виде позиционных весовых матриц (PWM).
презентация

Лекция 10. Вторичные структуры белка. Альфа-спираль и бета-лист.
презентация

Лекция 11. Предсказание генов de novo. Алгоритмы в основе предсказания генов. Цепи Маркова. Скрытые цепи Маркова.
презентация

Лекция 12. Вторичные структуры РНК. Методы предсказания вторичной структуры РНК.
презентация

Лекция 13. Вторичные структуры ДНК. Квадруплексы, триплексы, крестообразные структуры.
презентация

Лекция 14. Аннотация геномов de novo.
презентация

Семинары

Семинар 1. Введение в систему Unix. Основные команды Unix. Файловая система. Навигация. Командная строка. Просмотр файлов. Bash-скрипты.
содержание данные

Семинар 2 Базы данных геномов бактерий, человека и разных видов. Файлы аннотации геномов генами. Стренды. Геномный браузер UCSC.
содержание данные

Семинар 3. Программа BLAST. Поиск схожих последовательностей. Определение последовательностей из метагеномного исследования с помощью BLAST.
содержание данные

Семинар 4. Введение в биопитон.
Питоновский ноутбук.

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

Семинар 6. Филогенетика. Интеины. Определение горизонтально перенесенных генов. Определение ортологов и паралогов по филогенетическим деревьям.
содержание данные

Семинар 7. Изучение 3-х мерной структуры белка по базе данных PDB.
содержание

Семинар 8. Определение генов под действием отбора. Отношение dN/dS. Программа PAML.
содержание

Семинар 9. Построение PWM с помощью сервиса RSAT. Представление мотива в виде LOGO. Сайты factorbook и Jaspar. Поиск мотивов de novo с помощью сайта MEME, RSAT и программы homer.
содержание данные

Семинар 10. Методы определения альфа-спирали и бета-структуры.
содержание

Семинар 11. Предсказание генов de novo. Программы Glimmer, Prodigal, GenMark.
содержание

Семинар 12. Программа RNAFold. Структурное выравнивание (LocARNA). База данных RFam.
содержание

Семинар 13. Методы аннотации геномов квадруплексами, Z-ДНК, структурами стебель-петля.
содержание

Семинар 14. Серверы аннотации геномов Prokka, RAST, SEED.
содержание

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.

Модуль 3. Геномика человека

Лекция 1. Полиморфизм человека. SNPs и структурные варианты. Связь с заболеваниями.
презентация

Семинар 1. Базы данных SNP и структурных вариантов человека. Влияние SNP на структуру белка.
содержание

Лекция 2. Генотип и гаплотип. SNP и тегированные SNPы. Исследования GWAS. Тест хи-квадрат.
презентация

Семинар 2. Генотипы, минорные аллели, локусы. Пример GWAS для одного SNP. Тест хи-квадрат.
содержание

Лекция 3. Исследования GWAS. Элементы популяционной генетики. Гаплотипы и гаплогруппы. Митохондриальная Ева и Y-хромосомный Адам.
презентация

Семинар 3. Ассоциациии признака с аллелью и генотипом. Отношение шансов и оценка риска. Примеры отчетов компании 23 and me.
содержание

Лекция 4. Александр Ракитько, компания Генотек. Генетическая генеалогия.
презентация

Семинар 4. Генетическая карта России.
содержание

Лекция 5. Александр Ракитько, компания Генотек. Генетика здоровья.
презентация

Семинар 5. Исследование на ассоциацию варианта с заболеванием.
содержание

Лекция 6. Генетика рака.
презентация

Семинар 6. Классификация генов, связанных с раком. Исследование данных пациентов.
содержание

Лекция 7. Проект Панрак (Pancancer). Краткий обзор последних результатов. Иммунотерапия рака.
презентация

Семинар 7. Классификация типов лейкемии по данным экспресси генов.
содержание данные

Лекция 8 Чем и почему разные народы отличаются на уровне генов?
Светлана Александровна Боринская, доктор биологических наук, зав.лаб анализа генома Института общей генетики им. Н.И.Вавилова
презентация

Семинар 8 Распределение частот аллелей гена для MAOA в этнических группах, для LCT в единственной группе русских.
содержание данные

Лекция 9 Вирусы. Общее строение и цикл воспроизведения. Структура коронавируса SARS-CoV-2. Как коронавирус заражает клетки человека. Вакцины и иммунный ответ. Вирус гриппа. презентация

Лекция 10 Коронавирусы. Семейство коронавирусов. Геномика и протеомика. Эволюционный анализ коронавирусов SARS-cov-1 и SARS-cov-2 человека, летучих мышей и панголин. Эволюционный анализ вируса SARS-cov-2 из разных популяций человека.
презентация видео

Семинар 10 Эволюционный анализ вируса SARS-cov-2 из разных популяций человека
содержание данные

Лекция 11 История вакцинации. Вариоляция. БЦЖ. Типы вакцин. Струкуры комплексов связывания белка шипа коронавируса (S) и фермента ACE2.
презентация

Семинар 11 Изучение структур белков Spike (S) вирусов SARS-cov и SARS-cov-2, а также фермента ACE2 и комплекса SARS-cov - ACE2 .
содержание данные

Лекция 12 Что нового по коронавирусу? Синтетические геномы. Сравнительная геномика человека и шимпанзе.
презентация

Семинар 12 Сервер Vista - визуализации выравниваний геномов человека и шимпанзе. Анализ участка ускоренной эволюции HAR1. Анализ гена речи FOXP2.

Лекция 13 Неандерталец и денисовец. Сравнительная геномика человека, неандертальца и денисовца.
презентация

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