Detail předmětu

Systems Biology

FEKT-MPA-SYSAk. rok: 2022/2023

Předmět je orientován na získání znalostí o metodách systémové biologie, tvorbě modelů buněčných organismů a možnostech jejich využití. Zaměřuje se na studium počítačových metod popisu chování živých organismů na molekulární úrovni využitelných v buněčné biologii, biochemii a biotechnologii.
Uvažované modely jsou reprezentovány rozsáhlými síťovými grafy. Důraz je kladen na metodologii analýzy těchto modelů, a to jak analýzu statickou, tak analýzu dynamickou, především kvantitativní pomocí ODE modelů. Je postupováno podle konceptu hierarchie, přičemž jsou prezentovány všechny vrstvy od genových regulačních sítí, přes signální dráhy až po metabolické sítě. Tyto modely jsou ilustrovány na systémech konkrétních organizmů, převážně jednobuněčných.

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

5

Garant předmětu

doc. Mgr. Ing. Karel Sedlář, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav biomedicínského inženýrství (UBMI)

Nabízen zahraničním studentům

Všech fakult

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen:
- matematicky popsat hlavní komponenty genové exprese
- matematicky popsat hlavní komponenty signálních drah
- analyzovat síťové grafy pomocí síťových motivů
- vyjmenovat hlavní síťové motivy transkripčních sítí a sítí signálních drah
- vysvětlit funkci hlavních síťových motivů transkripčních sítí a signálních drah
- popsat experimentální metody v systémové biologii

Prerekvizity

Student, který si zapíše tento předmět by měl být schopen popsat buněčný systém, jeho hlavní komponenty z hlediska složení a funkce; dále analyzovat systémy obyčejných diferenciálních rovnic a aplikovat základní znalosti z oblasti pravděpodobnostních rozložení náhodných veličin a kombinatoriky. Obecně jsou požadovány znalosti na úrovni bakalářského studia.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky a cvičení na počítači. Předmět využívá e-learning (Moodle).

Způsob a kritéria hodnocení

až 16 bodů za vypracované reporty ze cvičení
až 14 bodů za vypracování a prezentaci semestrálního projektu
až 70 bodů za zkoušku.
Zkouška je ústní formou.

Osnovy výuky

1. Úvod do systémové biologie
2. Laboratorní techniky pro systémovou biologii
3. Modelové organismy, biologické sítě a dráhy
4. Základy dynamické analýzy spojitých modelů
5. Kinetika enzymů
6. Transkripční regulace
7. Predikce síťových motivů, autoregulační motiv
8. Síťový motiv FFL
9. Další síťové motivy
10. Genová ontologie
11. Kvalitativní booleovské modely
12. Odvození genových regulačních sítí a odhad parametrů modelu
13. Prezentace projektů

Učební cíle

Cílem předmětu je poskytnout studentům základní orientaci v oblasti využití počítačových modelů v buněčné biologii a způsobu jejich využití a zvládnutí metod analýzy modelů pro systémovou biologii.

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

Laboratorní výuka je povinná, řádně omluvené zmeškané laboratorní cvičení lze po domluvě s vyučujícím nahradit (obvykle v zápočtovém týdnu)

Základní literatura

Alon, U: An Introduction to Systems Biology, Design Principles of Biological Circuits. CRC, 2007, ISBN: 1-58488-642-0 (EN)
Dubitzky, W., Wolkenhauer, O., Cho, K.-H., Yokota, H., Encyclopedia of systems biology. Springer, New York 2013. ISBN 978-144-1998-644. (EN)
Konopka, A.K. Systems Biology: Principles, Methods, and Concepts. CRC, 2006, ISBN: 978-0824725204 (EN)
Maly, Ivan V. Systems biology. Humana Press, New York 2009. ISBN 978-1-934115-64-0. (EN)
Rosypal, S. Nový přehled biologie. Scientia, Praha 2003. ISBN 80-7183-268-5 (CS)

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPC-BTB magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinný

  • Program MITAI magisterský navazující

    specializace NADE , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NBIO , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NCPS , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NEMB , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NGRI , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NHPC , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NIDE , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NISD , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NISY do 2020/21 , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NMAL , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NMAT , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NNET , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NSEC , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NSEN , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NSPE , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NVER , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NVIZ , 0 ročník, letní semestr, volitelný

  • Program IT-MGR-2 magisterský navazující

    obor MBI , 0 ročník, letní semestr, volitelný

  • Program MITAI magisterský navazující

    specializace NISY , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NEMB do 2021/22 , 0 ročník, letní semestr, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Mgr. Ing. Karel Sedlář, Ph.D.

Osnova

1. Úvod do systémové biologie
2. Laboratorní techniky pro systémovou biologii
3. Modelové organismy, biologické sítě a dráhy
4. Základy dynamické analýzy spojitých modelů
5. Kinetika enzymů
6. Transkripční regulace
7. Predikce síťových motivů, autoregulační motiv
8. Síťový motiv FFL
9. Další síťové motivy
10. Genová ontologie
11. Kvalitativní booleovské modely
12. Odvození genových regulačních sítí a odhad parametrů modelu
13. Prezentace projektů

Cvičení na počítači

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Jana Musilová, Ph.D.

Osnova

1. Úvod do systémové biologie
2. Databáze pro systémovou biologii
3. Cytoscape
4. Dynamická analýza
5. Kinetika enzymů, Michaelis-Menten
6. Kinetika enzymů II, Michaelis-Menten II
7. Regulace transkripce
8. FFL motiv
9. Cell collective
10. Cell collective, projekt
11. Cell collective, projekt
12. Cell collective, projekt
13. Konzultace, náhrada zameškaných cvičení

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz