СОФИЙСКИ УНИВЕРСИТЕТ СВЕТИ КЛИМЕНТ ОХРИДСКИ БИОЛОГИЧЕСКИ ФАКУЛТЕТ СПЕЦИАЛНОСТ Генетика и Геномика АНОТАЦИЯ НА У Ч Е Б Н А П Р О Г Р А М А по Биоинформатика и Молекулна Еволюция Квалификационна степен Магистър Статут Задължителен Хорариум 60 (30+30) Кредити 7 Семестър 1 Форма на контрол Изпит Автор гл. ас. д-р Роберт Димитров Пенчовски, Катедра Генетика, Биологически Факултет АНОТАЦИЯ Описание на дисциплината Този курс подчертава еволюционните аспекти на биоинформатиката защото много от основните понятия в биоинформатиката, както търсене на сходство между ДНК, РНК и протеинови секвенции от различни видове, както и изграждане на филогенетични дървета, са тясно свързани с разбирането на молекулярната еволюция. Наличието на ДНК секвенции на цели геноми на много видове организми, предоставя на изследователите нови възможности за еволюционни изследвания. Биоинформатичната част от този курс обяснява използването на изчислителни методи в настоящата пост-геномна епоха за анализ на големи биологични бази данни включващи цели геноми, кодиращи и некодиращи РНКи, и протеини. Курсът обхваща и биоинформатични методи за анализ на индивидуални ДНК, РНК, и белтъчни молекули. Еволюционната част 1
от курса разглежда молекулярната еволюция на ниво ДНК, РНК и протеини последователности. Филогенетични методи са обхванати в подробности, както и примери за тяхното приложение при изследване на еволюцията. Курса представя в подробности различни методи за отриване на функционални части от генома базирани на анализ на молекулярна еволюция между различни видове организми. Освен това, особено място е обърнато на компютърно симулиране на молекулярна еволюция на функционални РНК молекули. В резултат от този курс у студентите ще се изграждат теоретични знания и практически умения за самостоятелен работа в областта на биоинформатиката и молекулярната еволюция, включително основни умения в използването на най-разпространения в биоинформатиката език за програмиране Perl. Литература 1. Higgs, P.G. & Attwood, T.K. Bioinformatics and Molecular Evolution, Blackwell Science Ltd., ISBN: 1-4051-0683-2 (2005). 2. Tisdal, J. Beginning Perl for Bioinformatics. ISBN: 0-596-00080-4 (2001). 3. Gibas, C. & Jambeck P. Developing Bioinformatics Computer Skills. ISBN: 1-56592-664-1 (2001). 4. Xia, X. Bioinformatics and the Cell, Springer Science, ISBN-10: 0-387- 71336-0 (2007). 5. Barnes, M.R. & Gray, I.C. Bioinformatics for Geneticists, ISBN: 0-470- 84393-4 (2003). 6. Penchovsky, R. & Breaker, R.R. Computational design and experimental validation of oligonucleotide-sensing allosteric ribozymes. Nature Biotechnology, 23, 1424-143 (2005). 7. Penchovsky, R. & Ackermann, J. DNA library design for molecular computation. Journal of Computational Biology, 10, 215-229 (2003). 2
Входни и изходни връзки. Курсът допълва и надгражда на знанията придобити по Генно и клетъчни инженерство и Синтетична биология и Геномика Структуриране на дисциплината Лекции 1. Въведение в биоинформатиката и молекулярна еволюция история, обхват, методи, връзки с други биологични науки - 2 часа 2. Бази данни за биоинформатика и молекулярна еволюция - 2 часа 3. Алгоритми за подравняване на секвенции - 2 часа 4. Методи за търсене в биоинформатични бази данни - BLAST and FASTA - 2 часа 5. Филогенетичен методи и молекулярната еволюция - 2 часа 6. Unix/Linux операционни системи и свободно достъпен софтуер за биоинформатика - 2 часа 7. Програмиране на Perl в областта на биоинформатиката - 2 часа 8. РНК биоинформатика - 2 часа 9. Модели на групи протеини - 2 часа 10. Намиране на гени и модели в биоинформатиката: вероятностни методи и машинно обучение - 2 часа 11. Aнализ на експериментални данни от ДНК микрочипове - 2 часа 12. Модели на молекулярна еволюция - 2 часа 13. Компютърно симулиране на еволюция на функционални РНКи - 2 часа 14. Биоинформатиката в пост-геномната ера. Второ поколение ДНК секвенатори и анализ на данни - 2 часа 15. Геномна еволюция - 2 часа 3
Упражнения 1. Инсталиране и запознаване със софтуерни програми и интернет бази данни, които ще се използват - 2 часа. 2. Програмиране на Perl в областта на биоинформатиката, част 1-1 час. Основни команди на Linux/Unix и DOS - 1 час. 3. Програмиране на Perl в областта на биоинформатиката, част 2-1 час. Търсене на секвенции с BLAST и FASTA - 1 час. 4. Програмиране на Perl в областта на биоинформатиката, част 3-1 час. Основни формати на файлове в областта на биоинформатиката - 1 час. 5. Програмиране на Perl в областта на биоинформатиката, част 4-1 час. CLC софтуер за ДНК анализ - 1 час. 6. Програмиране на Perl в областта на биоинформатиката, част 5-1 час. Дизайн на ДНК праймери използвайки NCBI - 1 час. 7. Програмиране на Perl в областта на биоинформатиката, част 6-1 час. Изграждане на филогенетични дървета - 1 час. 8. Програмиране на Perl в областта на биоинформатиката, част 7-1 час. Анализ на вторични структури на РНК и тяхното значение за молекулярната еволяция - 1 час. 9. Програмиране на Perl в областта на биоинформатиката, част 8-1 час. Търсене бази в база данни за некодиращи РНКи - 1 час. 10. Програмиране на Perl в областта на биоинформатиката, част 9-1 час. Анализ на белтъчни последователности - 1 час. 11. Програмиране на Perl в областта на биоинформатиката, част 10-1 час. Търсене в база данни за СНП-ми и наследствени болести у човека - 1 час. 12. Програмиране на Perl в областта на биоинформатиката, част 11-1 час. Tърсене в протеинови база данни - 1 час. 4
13. Програмиране на Perl в областта на биоинформатиката, част 12-1 час. Геномен анализ - 1 час 14. Програмиране на Perl в областта на биоинформатиката, част 13-1 час. Моделиране на молекулярна еволюция - 1 час 15. Програмиране на Perl в областта на биоинформатиката, част 14-1 час. Компютърно симулиране на еволюцията на функционални РНК молекули - 1 час. Цели (и задачи) на дисциплината очаквани резултати от обучението Kурсът по Биоинформатика и Молекулярна Еволюция има за цел да запознае студентите със съвременните достижения на биоинформакиката и да изгради у тях както теоретични знания така и практически умения за боравене и анализ на огромното количество база данни достъпни в съвременната биология. Управление : 60 % задължителна посещаемост на лекции, като условие за допускане до изпит удостоверява се с подпис на лектора в студентската книжка 80 % задължителна посещаемост на упражнения Форма на контрол (изпит 80% и тест по време на упражнения 20% ) 5