Биоинформатика
| Индекс на дисциплините: I семестър: Въведение в информатиката Компютърни мрежи Основи на Биоинформатиката Биоинформатичен анализ II семестър: Работа с бази данни Геномика и молекулярна еволюция Картиране и секвениране на генома WEB дизайн и програмиране III семестър: Основи на статистиката Програмиране на Perl Програмиране в биоинформатиката Протеомика |
Основи на Биоинформатиката
Лектор: Веселин Баев e-mail: baev @ uni-plovdiv.bg
Индекс на дисциплината:
Резюме
Предварителни изисквания
Техническо осигурявяне на обучението
Тематично съдържание на учебната дисциплина
Литература
Курсът по Биоинформатика има за основна цел запознаването на студентите с основите на приложната наука, обединяваща компютърната наука с модерната биология. Като основен въвеждащ курс, той e базиран на изясняване на методите и моделите, с които информатиката допринася за развитието на молекулярната биология.
Курсът започва с лекции, които разглеждат основните средства и методи на Биоинформатиката. ДНК, протеинни секвенции и структури, геноми и протеоми, бази данни и извличането на информация, WWW и компютърното програмиране.
След началните лекции, във втората си част, курсът проследява естеството на някои основни геноми, в това число човешкия геном, както и общото между тях от биологична гледна точка.
Третата част от курса запознава студентите с основни знания за използването на Интернет в биоинформатиката. Разглеждат се основно архивите с бази данни, както и начините за извличане на информация от тях.
Следваща тема на занятията са анализите на взаимовръзки между секвенциите-алайнмънт и филогенетични дървета. Тези методи са основни за решаване на едни от основните задачи на биоинформатиката: търсенето на далечни взаимовръзки между геномите на различните организми, и проследяване на курса на еволюция на ниво видове, както и на молекулярно ниво.
Финалната част от курса засяга белтъчните структури и процеса на нагъване на амино киселините. Секвенциите и структурите се представят като едно цяло и е изяснена взаимовръзката между тях.
Студентите трябва да знаят и/или да могат:
-да имат основни познания по компютърна архитектура, компютърни мрежи
-да знаят основните принципи на молекулярна биология и молекулярна еволюцията за да могат да усвоят материала по основи на биоинформатиката
Техническо осигурявяне на обучението
-бързоскоростен интернет
-компютърна зала
-биоинформатични работни станции (сървъри)
-биоинформатичен софтуер
-локални био-бази данни
-електронно (СД) и хартиено копие на лекционния материал
-уеб-портал на учебната единица със всички необходими материали за самостоятелна работа и подготовка.
Тематично съдържание на учебната дисциплина
А/ Лекции
1. Що е биоинформатика, предмет, задачи и цели. Раздели на биоинформатиката; направление и развитие. Области на приложение на биоинформатиката.
2. Типове/видове биологични бази данни – първични, вторични; генно, геномно, организмово централизирани. Структура на базите данни.
3. Видове записи от данни и идентификатори на секвенциите, Raw, FASTA, GenBank, EMBL, и др. Бази данни – NCBI, EBI.PubMed, Swiss-Prot, Ensembl.
4. PDB; Специализирани БД Arabidopsis,org, WormBase, TIGR. Специализирани БД FlyBase, Rfam, miRNA registry и др.Бази данни за протеини ProDom, InterPro, Pfam, ProSyte и др.Търсене и извличане на данни от БД, създаване на локална БД.
5. Сравняване на нуклеотидни и белтъчни секвенции – значение и приложение на метода. Видове негативни и позитивни резултати при биоинформатичният анализ, чувствителност и селективност на програмите.
6. BLAST
7. Филогенетични дървета. Еволюционна биоинформатика – анализ на ортолози, сравнителна геномика.
8. Биоинформатика на РНК, типове сдвоявания в РНК, типове РНКи, некодиращи РНК.Нива на структура на РНК. Вторична структура на РНК – елементи на структурата. Визуализиране на 2D структури. Предвиждане на вторична структура на РНК. Изчисляване енергията на 2Д РНК структура. Типове Структурно симулиране на РНК. Mfold.
9. Третична структура, база данни – PDB, Rfam.
10. Типове търсене на гени. Търсене на ОРЧ. Предвиждане на кодиращи региони. Анализ на промотори.
11. Елементи на промоторите, мотиви. Мотивни матрици – PWM, PFM. Нормализиране на матрици. Сканиращи програми – MotifScanner, MotifLocator; секвенционен беграунд.
12. Статистика при анализите свързани с търсене на сайтове.
13. Моделиране на белтъчна 3D структура и архитектура. Предсказване на нагъването на белтъчни структури.
14. Предсказване на субклетъчната локализация.
15. Софтуер ClustalX, DNAMAN. Софтуер BioEdit, софтуер за библиография, уеб-базиран софтуер, Vektor NTI, Onligo и др.
Литература
1. Introduction to Bioinformatics, Oxford University Press
2. Bioinfromatics – sequence and genome analysis, Cold Spring Harbor Laboratory Press
3. Bioinformatics: A practical guide to the analysis of genes and proteins, John Wiley & Sons
…………………………………………………………………………………………………………………….
Компютърни мрежи
Индекс на дисциплината:
Резюме
Предварителни изисквания
Компетенции
Техническо осигурявяне на обучението
Тематично съдържание на учебната дисциплина
Литература
Лектор: Виктор Иванов e-mail: viktor @ uni-plovdiv.bg
За изготвянето на учебния курс по администриране на комютърните мрежи са изпозвани материали от академичната програма на Cisco.
По време на курса ще бъдат изучени
-Компютърното устройство и принцип на работа
-Въведение в компютерните мрежи
-Основите на компютърните мрежи
-Мрежовите устройства
-Мрежовите преносни среди
-Видовете мрежова архитектура (топология)
-Мрежовите протоколи
-Интернет
-Основи на Еthernet технологията
След завършване на курса, студентите ще бъдат готови да решават различни мрежови казуси, да боравят свободно с интернет средата, да инсталират мрежови сегменти, да отстраняват локални проблеми и да намират отговори и решения на различни въпроси, свързани с администрирането на компютърните мрежи.
Студентите трябва да знаят и/или да могат:
да имат основни технически познания и обща компютърна грамотност.
Компетенции
Успешно завършилите обучението по тази учебна дисциплина:
1. ще знаят:
компютърното устройство и принцип на работа, какво е необходимо за реализиране на интернет свързаност, основни диагностични процедури за тестване на интернет свързаността, значението на честотната лента на връзката, многопластовата структура на TCP/IP протокола, неговото значение, универсалност, стабилност и сигурност. Паралел между TCP/IP и OSI моделите за комуникация. Дефиницията и организацията на LAN, MAN, WAN, SAN мрежите. VPN мрежата. Устройството на мрежовите кабели и оптическите влакна. Предимствата, недостатъците и предназначението на мрежовите устройства – hub, switch, repeater, bridge, router и безжичните рутери и адаптери. Функциите на peer-to-peer мрежите. Разликата между intranet и extranet. Как най-оптимално да използват Интернет, за да извлекът максимална полза от него.
2. ще могат:
да изграждат неголеми LAN мрежи и мрежови сегменти. Да диагностицират и отстраняват нередности по мрежовата свързаност. Свободно и без колебание да ползват интернет като информационна банка и средство за комуникация.
Техническо осигуряване на обучението
Мултимедийно представяне на лекционния материал. Компютърни системи, мрежови пособия и инструменти. Нагледни материали за демонстрация. Високо-скоростен интернет достъп.
Тематично съдържание на учебната дисциплина
А/ Лекции
1. Устройство на компютърната система
2. Необходими условия за интернет свързаност
3. Мрежова математика
4. Мрежова терминология
5. Честотна лента на връзката
6. Мрежови модели
7. Окабеляване
7.1. Медни проводници
7.2. Оптични проводници
7.3. Безжична медия
8. LAN
9. WAN
10. Основи на Ethernet
Б/ Упражнения
1. Подготовка на компютърната система за връзка с интернет
2. Диагностика на интернет свързаността и отстраняване на неизправности
3. Подготовка на UTP кабелите. Cross-over и straight-trough свързване
4. Изграждане на мрежова топология от тип звезда
5. Работа с диагностичен софтуер
6. Работа с бройни системи – двоична, десетична, шестнадесетична
7. Свързване на мрежови принтер
8. Изграждане на VPN мрежа чрез програма клиент „Hamachi”
9. Работа с web браузер – настройка, конфигуриране на mail клиент
10. Свързване на компютър към безжичен рутер
11. Peer-to-peer споделяне на файлове
1. CCNA 1.0 Cisco Networking Academy Program
…………………………………………………………………………………………………………………….
Геномика и молекулярна еволюция
Индекс на дисциплината:
Резюме
Предварителни изисквания
Компетенции
Техническо осигурявяне на обучението
Тематично съдържание на учебната дисциплина
Литература
Конспект
Лектор: Евелина Даскалова e-mail: eve_das @ uni-plovdiv.bg
Резюме
Курсът по Молекулярна еволюция има за основна цел да запознае студентите с най-новия синтез на познанието в областта на молекулярната еволюция – една научна област с особено ускорено развитие в постгеномната ера. Разглеждат се основните теории и хипотези в областта на молекулярната еволюция, при което студентите опознават основните еволюционни закономерности в развитието на живия свят на молекулярно ниво, известни до момента се и научават да интерпретират еволюционните процеси и събития на молекулярно ниво.
С цел по-добро усвояване на материала, курсът по Молекулярна еволюция е разделен на три раздела.
В първия раздел: “Молекулярната еволюция – основни понятия и идеи” студентите се запознават с най-новите дефиниции на понятия в областта на молекулярната еволюция и свързаните с нея раздели на геномиката, протеомиката и биоинформатиката. Те придобиват и представа за основните еволюционно значими параметри и изменения на биомолекулите. Запознават се и с осноните биоинформатични методи за отчитане на измененията на нуклеотидните и белтъчни секвенции, както и с основните идеи, хипотези и теории в основата на молекулярната еволюция. В края на този раздел те се запознават с терминологията на молекулярната филогенетика, с интерпретацията и начините за построяване на филогенетични дървета, както и с молекулярните измерения на връзките между систематичните групи организми.
Вторият раздел – “Основни механизми на молекулярната еволюция” е посветен на процесите и механизмите, които определят еволюцията на организмите на молекулярно ниво – начините на еволюционно изменение на гените, белтъците, геномите, транскриптомите и протеомите.
В третия раздел – “Основни закономерности на молекулярната еволюция” на базата на познанията, получени в първите два раздела се извеждат някои основни закономерности на еволюцията на структурите и функциите на молекулярните системи на организмите. В заключителната част на този раздел се прави обзор на промените в парадигмите на биологичните науки, причинени от информационния взрив на постгеномната ера и се разглеждат накратко новите научни и технологични направления, възникнали на тази база. Със завършване на курса студентите ще придобият знания за съвременното състояние на понятията, идеите и концепциите за молекулярната еволюция, както и умения да ползват някои основни методи за изследване на еволюционните механизми и закономерности на молекулярно ниво.
Студентите трябва да знаят и/или да могат:
– Да са запознати с основните понятия и принципи на молекулярната биология, молекулярната генетика, генетиката на популациите
– Да имат основна компютърна грамотност
Успешно завършилите обучението по тази учебна дисциплина:
1. ще знаят:
– Молекулярните еволюционни механизми и закономерности в развитието на живия свят
– Особеностите на молекулярната еволюция в различните таксони
– Основни закoномерности и принципи в еволюцията на геномите
– Процесите и принципите на епигенетична еволюция
2. ще могат:
– Да проявяват творческо мислене и способност за генериране на еволюционни хипотези
– Да интерпретират еволюционните процеси и събития на молекулярно ниво
– Да използват осноните биоинформатични методи за отчитане на измененията на нуклеотидните и белтъчни секвенции, за откриване на хомологии и консервативност
Техническо осигуряване на обучението
Учебник “Молекулярна еволюция”, с автори Е. Даскалова и И.Минков (под печат), разпечатки на лекциите и упражненията, както и същите в електронен вариант (на CD носител)
Тематично съдържание на учебната дисциплина
А/ Лекции
1. ОСНОВНИ ЕВОЛЮЦИОННИ ИДЕИ И ПОНЯТИЯ. СИСТЕМИ ЗА ПРЕНОС НА ИНФОРМАЦИЯ В КЛЕТКАТА – Геном, транскриптом, протеом, епигеном, интерактом). ТИПОВЕ ДНК СЕКВЕНЦИИ В ГЕНОМИТЕ. ИЗМЕНЧИВОСТ И СТАБИЛНОСТ НА ДНК (3 ч.)
2. СКОРОСТ НА НУКЛЕОТИДНИ И АМИНОКИСЕЛИННИ ЗАМЕНИ. Нуклеотидни замени между две ДНК секвенции. Различия в динамиката на нуклеотидна замяна между кодиращи и некодиращи секвенции.Скорост на нуклеотидните замени. Закономерности на нуклеотидните и аминокиселинни замени. Тенденции на спонтанно мутиране. Тенденции на аминокиселинните замени. Консервативност на физикохимичните свойства на белтъците (3 ч.)
3. МОЛЕКУЛНИ ЧАСОВНИЦИ. Преценка на хипотезата за молекулния часовник. Защо не съществува универсален молекулен часовник? Живи вкаменелости и молекулни фосили. Еволюцията – постепенен или скокообразен процес? (3 ч.)
4. МОЛЕКУЛЯРНА ФИЛОГЕНЕТИКА. Молекулярни данни и филогенетични изследвания. ОСНОВНИ ПОНЯТИЯ В МОЛЕКУЛЯРНАТА ФИЛОГЕНЕТИКА. Типове филогенетични дървета. Таксони и клади. Типове данни в молекулярната филогенетика (3 ч.)
5. ОСНОВНИ ПРОЦЕСИ НА МОЛЕКУЛЯРНАТА ЕВОЛЮЦИЯ. ГЕННА ДУПЛИКАЦИЯ.Типове генна дупликация. Мотиви, модули, домени и екзони. Генни семейства (3 ч.)
6. ОСНОВНИ ПРОЦЕСИ НА МОЛЕКУЛЯРНАТА ЕВОЛЮЦИЯ. РАЗМЕСТВАНЕ НА ДОМЕНИ И ЕКЗОНИ. Мозаечни белтъци. Хипотези за възникването на интроните (3 ч.)
7. ДРУГИ НАЧИНИ ЗА ПОЯВА НА НОВИ ФУНКЦИИ. Поява на нови функции на ниво ДНК. Поява на нови функции на ниво РНК. Поява на нови функции на ниво белтък.(3 ч.)
8. СЪГЛАСУВАНА ЕВОЛЮЦИЯ. Механизми на съгласуваната еволюция. Неравен кросинговър Генна конверсия. ХОРИЗОНТАЛЕН ГЕНЕН ТРАНСФЕР. (3 ч.)
9. ЕВОЛЮЦИЯ И ТРАНСПОЗИЦИЯ. Класификация на подвижните елементи. Произход и разпространение на подвижните елементи Еволюционна роля на подвижните елементи (3 ч.)
10. ЕПИГЕНЕТИКА, ЕПИГЕНОМИКА И СИСТЕМНА ЕВОЛЮЦИЯ. Епигенетична регулация на генната експресия. Еволюция на молекулярните системи (3 ч.)
Б/ Упражнения (семинари)
1. ОСНОВНИ ЕВОЛЮЦИОННИ ИДЕИ И ПОНЯТИЯ (3 ч.)
2. СКОРОСТ НА НУКЛЕОТИДНИ И АМИНОКИСЕЛИННИ ЗАМЕНИ. МОЛЕКУЛНИ ЧАСОВНИЦИ (3 ч.)
4. МОЛЕКУЛЯРНА ФИЛОГЕНЕТИКА. Методи за построяване на филогенетични дървета (семинар+практическо занятие – 6 ч.)
5. Генни семейства, модули, мотиви, домени. Консервативност. Хомолози (семинар+практическо занятие – 6 ч.)
6. ОСНОВНИ ПРОЦЕСИ НА МОЛЕКУЛЯРНАТА ЕВОЛЮЦИЯ (3 ч.)
7. КАК В ЕВОЛЮЦИЯТА СЕ ПОЯВЯВАТ НА НОВИ СВОЙСТВА И ФУНКЦИИ? (3 ч.).
8. СЪГЛАСУВАНА ЕВОЛЮЦИЯ; ТРАНСПОЗИЦИЯ и ХОРИЗОНТАЛЕН ГЕНЕН ТРАНСФЕР. (3 ч.)
10. ЕПИГЕНЕТИКА, ЕПИГЕНОМИКА И СИСТЕМНА ЕВОЛЮЦИЯ (3 ч.)
1.Graur, D and W-H. Li. Fundamentals of molecular evolution. Sinnaeur Associates, inc, publishers, 2001
2.Li, Wen-Hsiung. Molecular evolution. Sinnaeur Associates, inc., publishers, 1997
3.Brown, T.A. Genomes. 2nd edition. BIOS Scientific publishers Ltd, 2002
4.Arthur M. Lesk. Introduction to bioinformatics, Oxford University press, 2003
5.David R. Westhead, J. Howard Parish, and Richard Twyman. Bioinformatics, BIOS Scientific Publishers LTD, 2002.
1. ОСНОВНИ ЕВОЛЮЦИОННИ ИДЕИ И ПОНЯТИЯ. СИСТЕМИ ЗА ПРЕНОС НА ИНФОРМАЦИЯ В КЛЕТКАТА – Геном, транскриптом, протеом, епигеном, интерактом). ТИПОВЕ ДНК СЕКВЕНЦИИ В ГЕНОМИТЕ. ИЗМЕНЧИВОСТ И СТАБИЛНОСТ НА ДНК
2. СКОРОСТ НА НУКЛЕОТИДНИ И АМИНОКИСЕЛИННИ ЗАМЕНИ. Нуклеотидни замени между две ДНК секвенции. Различия в динамиката на нуклеотидна замяна между кодиращи и некодиращи секвенции.Скорост на нуклеотидните замени. Закономерности на нуклеотидните и аминокиселинни замени. Тенденции на спонтанно мутиране. Тенденции на аминокиселинните замени. Консервативност на физикохимичните свойства на белтъците
3. МОЛЕКУЛНИ ЧАСОВНИЦИ. Преценка на хипотезата за молекулния часовник. Защо не съществува универсален молекулен часовник? Живи вкаменелости и молекулни фосили. Еволюцията – постепенен или скокообразен процес?
4. МОЛЕКУЛЯРНА ФИЛОГЕНЕТИКА. Молекулярни данни и филогенетични изследвания. ОСНОВНИ ПОНЯТИЯ В МОЛЕКУЛЯРНАТА ФИЛОГЕНЕТИКА. Типове филогенетични дървета. Таксони и клади. Типове данни в молекулярната филогенетика
5. ОСНОВНИ ПРОЦЕСИ НА МОЛЕКУЛЯРНАТА ЕВОЛЮЦИЯ. ГЕННА ДУПЛИКАЦИЯ.Типове генна дупликация. Мотиви, модули, домени и екзони. Генни семейства
6. ОСНОВНИ ПРОЦЕСИ НА МОЛЕКУЛЯРНАТА ЕВОЛЮЦИЯ. РАЗМЕСТВАНЕ НА ДОМЕНИ И ЕКЗОНИ. Мозаечни белтъци. Хипотези за възникването на интроните
7. ДРУГИ НАЧИНИ ЗА ПОЯВА НА НОВИ ФУНКЦИИ. Поява на нови функции на ниво ДНК
Поява на нови функции на ниво РНК. Поява на нови функции на ниво белтък.
8. СЪГЛАСУВАНА ЕВОЛЮЦИЯ. Механизми на съгласуваната еволюция. Неравен кросинговър Генна конверсия. ХОРИЗОНТАЛЕН ГЕНЕН ТРАНСФЕР.
9. ЕВОЛЮЦИЯ И ТРАНСПОЗИЦИЯ. Класификация на подвижните елементи. Произход и разпространение на подвижните елементи Еволюционна роля на подвижните елементи
10. ЕПИГЕНЕТИКА, ЕПИГЕНОМИКА И СИСТЕМНА ЕВОЛЮЦИЯ. Епигенетична регулация на генната експресия. Еволюция на молекулярните системи