Detail předmětu

Bioinformatika

FIT-BIFAk. rok: 2024/2025

Předmět uvádí studenty do základních principů molekulární biologie z pohledu informatiky, představuje výpočetní algoritmy pro analýzu biologických dat, uvádí jejich složitost a ukazuje směr, jak efektivně navrhovat metody nové. Zejména budou diskutovány následující oblasti: metody pro prohledávání biologických sekvencí, evoluční modely, způsoby konstrukce vývojových stromů, algoritmy pro rozpoznávání genů s využitím strojového učení a přístupy pro predikci 2D a 3D struktury proteinů. Výklad je doplněn praktickými ukázkami s využitím dostupných databází biologických dat.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

doc. Ing. Tomáš Martínek, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav počítačových systémů (UPSY)

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Půlsemestrální zkouška, projekt, úkol z počítačového cvičení.
Výuka není povinná, v případě nepřítomnosti v laboratořích lze nahradit ztrátu bodů následujícím způsobem: 
  1. přijít do jiné skupiny, ve které se probírá ta samá laboratorní úloha. 
  2. na následující laboratoři cvičícímu krátce předvést výsledky ze zameškané laboratoře. 
  3. zaslat  cvičícímu do 14 dní zaslat krátký protokol sumarizující výsledky zameškané laboratoře a obsahující odpovědi na otázky ze zadání.

Učební cíle

Porozumět základním principům v oblasti molekulární biologie z pohledu informatiky. Obdržet znalosti o používaných výpočetním algoritmech a přístupech. Získat schopnost navrhovat nové efektivní metody pro analýzu biologických dat.
Studenti budou schopni pracovat s rozsáhlými databázemi biologických dat a navrhovat nové efektivní algoritmy pro jejich analýzu.
Pochopení vztahu mezi počítači a vybranými molekulárními procesy.

Základní literatura

Andreas D. Baxevanis, B. F. Francis Ouellette: Bioinformatics: A Practical Guide to the Analysis of Genes and Proteins, ISBN: 0-471-47878-4, Wiley-Interscience, 2005.
Dan K. Krane, Michael L. Raymer: Fundamental Concepts of Bioinformatics, ISBN: 0-8053-4633-3, Benjamin Cummings 2003.
Neil C. Jones, Pavel A. Pevzner: An Introduction to Bioinformatics Algorithms, ISBN: 0262101068, MIT Press, 2004.
Supratim Choudhuri: Bioinformatics for Beginners: Genes, Genomes, Molecular Evolution, Databases and Analytical Tools, ISBN: 978-0124104716, Academic Press, 2014

Doporučená literatura

Alberts, Bray, Johnson, Lewis, Raff, Roberts, Walter: Základy buněčné biologie, ISBN: 80-902906-0-4, Espero Publishing, 1998.
Andreas D. Baxevanis, B. F. Francis Ouellette: Bioinformatics: A Practical Guide to the Analysis of Genes and Proteins, ISBN: 0-471-47878-4, Wiley-Interscience, 2005.
Dan K. Krane, Michael L. Raymer: Fundamental Concepts of Bioinformatics, ISBN: 0-8053-4633-3, Benjamin Cummings 2003.
Jacques Cohen: Bioinformatics - An introduction for Computer Scientists, ACM Computing Surveys, 2004, Vol. 36, No. 2, p. 122-158.
Jean-Michel Claverie, Cedric Notredame: Bioinformatics for Dummies, ISBN: 0-7645-1696-5, Wiley Publishing, Inc., 2003.
Neil C. Jones, Pavel A. Pevzner: An Introduction to Bioinformatics Algorithms, ISBN: 0262101068, MIT Press, 2004.
Supratim Choudhuri: Bioinformatics for Beginners: Genes, Genomes, Molecular Evolution, Databases and Analytical Tools, ISBN: 978-0124104716, Academic Press, 2014
Yi-Ping Phoebe Chen: Bioinformatics Technologies, ISBN: 3540208739, Springer, 2005.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MITAI magisterský navazující

    specializace NGRI , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NADE , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NISD , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NMAT , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NSEC , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NISY do 2020/21 , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NNET , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NMAL , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NCPS , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NHPC , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NVER , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NIDE , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NISY , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NEMB do 2023/24 , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NSPE , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NEMB , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NBIO , 1 ročník, letní semestr, povinný
    specializace NSEN , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NVIZ , 0 ročník, letní semestr, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Ivana Burgetová, Ph.D.
Ing. Miloš Musil, Ph.D.
doc. Ing. Tomáš Martínek, Ph.D.

Osnova

  1. Úvod do bioinformatiky
  2. Základy molekulární biologie z pohledu informatiky
  3. Nástroje molekulární biologie
  4. Databáze biologických dat
  5. Zarovnání sekvencí, dynamického programování, BLAST, FASTA
  6. Evoluční modely
  7. Konstrukce fylogenetických stromů
  8. Sestavování fragmentů DNA
  9. Genomika a rozpoznávání genů
  10. Proteiny a predikce jejich struktury
  11. Výpočet sekundární struktury RNA
  12. Proteomika, regulační sítě
  13. Systémová biologie

Cvičení na počítači

12 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Miloš Musil, Ph.D.

Osnova

  1. Databáze biologických dat
  2. Analýza genomových sekvencí
  3. Zarovnání sekvencí
  4. Konstrukce fylogenetických stromů
  5. Hledání genů
  6. Analýza struktury proteinů

Projekt

14 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Miloš Musil, Ph.D.

Osnova

Studenti vypracují projekt související s tematikou předmětu. Hodnotit se bude realizace, prezentace a dokumentace projektu.