Инструменты биоинформатики Спецкурс по выбору для студентов 3-5 курсов Лекции — 30 часов Форма контроля — экзамен Автор программы: научный сотрудник Сальников А.Н. Лектор: научный сотрудник Сальников А. Н. Аннотация Цель данного спецкурса познакомить слушателя с базовыми понятиями Биоинформатики, познакомить с основными инструментами, которыми пользуются молекулярные биологи для выяснения с помощью математического моделирования и программных средств интересующих их фактов о функционировании биологических объектов таких как гены и белки. В курсе проводится обзор основных баз данных содержащих собранные человечеством сведения о геномах, протеомах и способах взаимодействия биологических объектов между собой. Студентам даётся практическое задание на использование основных доступных биоинформатических программ и поиск в базах данных для определения особенностей региона в геноме человека или предназначения того или иного фрагмента ДНК. Тематический план номер Наименование тем и разделов лекции Практи Само Всего ческие стоят часов занятия ельна я работ а 1 Базовые сведения молекулярной биологии 8 0 8 16 2 Методы секвенирования ДНК и принципы организации ДНК микрочипов. 2 0 2 4 3 Базы данных геномной и протеомной информации. 6 0 6 12 4 Средства визуализации 3-х мерной структуры белков и ДНК/РНК белковых комплексах. 4 0 4 8 5 Алгоритмы сравнения нуклеотидных и аминокислотных последовательностей 10 0 10 20 Итого: 30 0 30 60 Содержание курса Базовые сведения молекулярной биологии. Первая часть повествует о строении молекул ДНК, РНК и белков, а также о билогических процессах протекающих в прокареотических и эукариотических клетках связанных с процессами Транскрипции, Трансляции и Репликации. Методы секвенирования последовательностей ДНК и принципы организации ДНК микрочипов. Здесь обсуждается Полимеразная Цепная Реакция (ПЦР), прибор Амплификатор, а также некоторые известные технологии секвенирования ДНК, такие как Метод Сенгера, Пиросеквенирование и д.р. Обсуждаются технологи изучения информации о экспрессии генов с помощью ДНК микрочипов. Базы данных геномной и протеомной информации. Эта часть посвящена обзору основных баз данных по хранению биологической информации связанной со строением белков, а также участков ДНК в геноме и их функциях. Обсуждаются языки представления данных, политика внесения и курирования записей в базе данных. Средства визуализации 3-х мерной структуры белков и ДНК/РНК белковых комплексах. Производится обзор средств визуализации 3-х мерной структуры молекул, такие как rasmol, pymol, а также командный язык для управления процессом визуализации rasmol. Алгоритмы сравнения нуклеотидных и аминокислотных последовательностей. Третья часть рассказывает об основных алгоритмах сравнения биологических последовательностей между собой. Как наиболее популярный алгоритм поиска последовательностей в базе данных обсуждается алгоритм BLAST. Обсуждаются алгоритмы построения кластерных деревьев Neighbor Joining и UPGMA. Обсуждаются алгоритмы построения парного выравнивания Нидельмана - Вунша и Смита - Ватермана. Обсуждаются алгоритмы построения множественного выравнивания последовательностей. Литература 1. Н.П. Шарова, Е.П. Абрамова Повреждение и починка ДНК или «на всякую прореху найдётся заплата» // природа 2004 http://vivovoco.rsl.ru/VV/JOURNAL/NATURE/11_04/REPAIR.HTM 2. Чемерис А.В., Ахунов Э.Д., Вахитов В.А. «Секвенирование ДНК» М.: Наука, 1999 http://www.anrb.ru/molgen/chemeris.html 3. М.Сингер, П.Берг. «Гены и геномы». М., Мир, 1998 г. 4. Мушкамбаров Н. Н., Кузнецов С. Л. «Молекулярная биология. Учебное пособие для студентов медицинских вузов» Медицинское информационное агентство 2007г. 5. Гасфилд Д. «Строки, деревья и последовательности в алгоритмах: Информатика и вычислительная биология» БХВ-Петербург 2003. 6. Р. Дурбин, Ш. Эдди, А. Крог, Г. Митчисон «Анализ биологических последовательностей» НИЦ "Регулярная и хаотическая динамика", Институт компьютерных исследований, 2006 г.