Detail předmětu

Bioinformatika

FEKT-ABINAk. rok: 2018/2019

Předmět je věnován principům bioinformatické práce s biologickými sekvencemi. Je orientován na získání znalostí o biologických databázích, jejich struktuře a možnostech použití. Zaměřuje se na studium informatických metod využitelných v analýze sekvencí z biologických databází včetně DNA a dále na studium obsahu pojmů genomika a proteomika. Praktické zkušenosti získají studenti s prostředím Matlab, které bude využito pro návrh algoritmů akvizice a zpracování biologických sekvencí.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

Garant předmětu

prof. Ing. Valentýna Provazník, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav biomedicínského inženýrství (UBMI)

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen:
- získávat informace z biologických databází,
- vysvětlit základní pojmy bioinformatiky,
- popsat principy základních metod analýzy sekvencí z biologických databází,
- diskutovat výhody a nevýhody jednotlivých metod,
- na základě definovaných požadavků navrhnout vlastní metody analýzy sekvencí.

Prerekvizity

Student by měl být schopen vysvětlit základní principy klasické genetiky, měl by znát základní pojmy a zákony molekulární biologie a měl by ovládat základní znalosti z číslicového zpracování signálů. Obecně jsou požadovány znalosti na úrovni středoškolského studia.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky a laboratorní cvičení na počítači. Předmět využívá e-learning (Moodle). Student odevzdává projekty podle pokynů vyučujících.

Způsob a kritéria hodnocení

až 40 bodů ze cvičení (2x test a 1x praktický úkol)
až 60 bodů za písemnou zkoušku
Zkouška je zaměřena na ověření orientace v základních pojmech bioinformatiky, schopnosti navrhnout způsob analýzy sekvencí, prakticky provést operace se sekvencemi.

Osnovy výuky

1. Genom a jeho exprese
2. Genetický kód a codon-bias.
3. Sekvenace a databáze.
4. Substituční matice.
5. Základy dynamického programování.
6. Zarovnávání sekvencí - globální zarovnávání.
7. Zarovnávání sekvencí - lokální zarovnávání.
8. Vyhledávání homologních sekvencí.
9. Fylogenetika.
10. Numerické reprezentace genomických dat.
11. Predikce proteinových struktur.

Učební cíle

Cílem předmětu je poskytnout studentům základní orientaci v problematice bioinformatiky, konkrétně v náhledu na strukturu informací v biologických databázích a způsob jejich využití a metodách analýzy sekvencí získaných z biologických databází.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Laboratorní výuka je povinná. Řádně omluvené zameškané hodiny lze nahradit po domluvě s vyučujícím.

Základní literatura

A. D. Baxevanis, B. F. F. Ouellette: Bioinformatics – A Practical Guide to the Analysis of Genes and Proteins. Wiley-Interscience, 2005. ISBN 0-471-47878-4 (EN)
F. Cvrčková: Úvod do praktické bioinformatiky. Praha : Academia, 2006. ISBN 80-200-1360 (CS)
Rosypal, S. Nový přehled biologie. Scientia, Praha 2003. ISBN 80-7183-268-5 (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BTBIO-A bakalářský

    obor A-BTB , 2 ročník, letní semestr, povinný

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor ET-CZV , 1 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Valentýna Provazník, Ph.D.
Ing. Denisa Maděránková, Ph.D.

Osnova

1. Sekvenace a obsah genomu.
2. Biologické sekvence, genomické a proteomické databáze.
3. Základní principy zarovnávání biologických sekvencí.
4. Algoritmy zarovnávání biologických sekvencí.
5. Skórování a skórovací systémy.
6. Zarovnávání více sekvencí.
7. Fylogenetika a fylogenetické stromy.
8. Konstrukce fylogenetických stromů.
9. Identifikace motivů v sekvencích.
10. Algoritmy a optimalizace identifikace motivů.
11. Predikce proteinových struktur.

Cvičení na počítači

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Markéta Jakubíčková, Ph.D.
Ing. Denisa Maděránková, Ph.D.

Osnova

1. Úvod do molekulární biologie, opakování základů Matlab
2. Základní statistika genomických dat
3. Základní statistika genomických dat
4. Databáze a formáty dat
5. Skórovací a substituční matice
6. Globální zarovnávání sekvencí
7. Lokální zarovnávání sekvencí
8. Vícenásobné zarovnávání sekvencí, BLAST
9. Numerické reprezentace
10. Predikce proteinových struktur
11. Konstrukce fylogenetických stromů
12. Numerické reprezentace
13. Speciální témata bioinformatiky