Біоінформатика 03 2024
Курс біоінформатики включає два блоки – основи роботи із послідовностями ДНК та білків та філогенетика. Загальна мета курсу – ознайомити студентів та слухачів із основами роботи із біологічними даними, в першу чергу послідовностями ДНК та білків, підходами до їх вирівнювання/порівняння; методами секвенування ДНК та їх застосуванням для різних дослідних завдань; основами візуалізації та роботи із даними послідовностей геномів з використанням геномних браузерів; та основами популяційної генетики та філогенетичного аналізу. Курс розрахований на магістрів та аспірантів із базовими знаннями з генетики та молекулярної біології. Курс орієнтований на здобуття та поглиблення існуючих практичних навиків роботи із біологічними даними та включає серію семінарів та практичних із виконанням індивідуальних завдань із використанням методів та підходів, які викладаються під час лекцій.
Курс розрахований на магістрантів та аспірантів біологічних спеціальностей, а також бакалаврантів 4го курсу. Максимальна кількість учасників – 40.
Тривалість курсу – 6 тижнів (березень-квітень 2024), 30 годин (1 кредит ЄКТС). Пари (лекції та практичні/семінари) проводитимуться онлайн в час, який не перекривається з основним навчанням студентів в університетах.
Реєстрація: завершена.
Стипендія: Для студентів з родин, що сильно постраждали від війни передбачено 13 стипендій по 200 євро.
| Дата | Час | Хто | Що |
| 13.03.2024 Середа | 18:00 | Богдан ОСТАШ | Лекція 1. Вступ до біоінформатики. |
| 14.03.2024 Четвер | 18:00 | Богдан ОСТАШ | Лекція 2. Математичні моделі біологічних послідовностей. |
| 16.03.2024 Субота | 10:00 | Богдан ОСТАШ | Семінар 1, група 1. Бази даних NCBI. |
| 17.03.2024 Неділя | 10:00 | Богдан ОСТАШ | Семінар 1, група 2. Бази даних NCBI. |
| 20.03.2024 Середа | 18:00 | Богдан ОСТАШ | Лекція 3. Математичні моделі еволюції генетичних послідовностей. |
| 21.03.2024 Четвер | 18:00 | Богдан ОСТАШ | Лекція 4. Попарне вирівнювання послідовностей. |
| 23.03.2024 Субота | 10:00 | Богдан ОСТАШ | Семінар 2, група 1. Попарне вирівнювання інструментом BLAST та інтерпретація результатів. |
| 24.03.2024 Неділя | 10:00 | Богдан ОСТАШ | Семінар 2, група 2. Попарне вирівнювання інструментом BLAST та інтерпретація результатів. |
| 27.03.2024 Середа | 18:00 | Богдан ОСТАШ | Лекція 5. Множинне вирівнювання послідовностей. |
| 28.03.2024 Четвер | 18:00 | Юрій РЕБЕЦЬ | Лекція 6. Принципи методів секвенування ДНК |
| 30.03.2024 Субота | 10:00 | Юрій РЕБЕЦЬ | Семінар 3, група 1. Робота з геномними браузерами. |
| 31.03.2024 Неділя | 10:00 | Юрій РЕБЕЦЬ | Семінар 3, група 2. Робота з геномними браузерами. |
| 03.04.2024 Середа | 18:00 | Олександр ЗІНЕНКО | Лекція 7. Біологія та еволюція. |
| 04.04.2024 Четвер | 18:00 | Олександр ЗІНЕНКО | Лекція 8. Методи реконструкції філогенії. |
| 06.04.2024 Субота | 10:00 | Олександр ЗІНЕНКО | Семінар 4, група 1. Послідовність філогенетичного аналізу. |
| 07.04.2024 Неділя | 10:00 | Олександр ЗІНЕНКО | Семінар 4, група 2. Послідовність філогенетичного аналізу. |
| 10.04.2024 Середа | 18:00 | Олександр ЗІНЕНКО | Лекція 9. Застосування філогенетики. |
| 11.04.2024 Четвер | 18:00 | Олександр ЗІНЕНКО | Лекція 10. Філогеноміка. |
| 13.04.2024 Субота | 10:00 | Олександр ЗІНЕНКО | Семінар 5, група 1. Демографічна реконструкція та ddRAD аналіз даних. |
| 14.04.2024 Неділя | 10:00 | Олександр ЗІНЕНКО | Семінар 5, група 2. Демографічна реконструкція та ddRAD аналіз даних. |
| 17.04.2024 Середа | 18:00 | Юрій РЕБЕЦЬ | Іспит |
Походження терміну та сучасне визначення біоінформатики.
Піонерські роботи проф. Маргарет Оклі Дейгофф.
Центральна догма молекулярної біології. Від гену до ознаки.
Зв’язки біоінформатики, комп’ютерних наук та системної біології.
Проблеми сучасної біоінформатики.
Інформативність послідовностей нуклеотидів та амінокислот. Ентропія. Рівняння Шеннона.
Моделі, що описують ймовірність трапляння генетичної послідовності – моделі Бернуллі та Маркова.
Імовірнісні підходи в біоінформатиці
Рівняння Баєса та як (де) його використовувати
Поняття комплексності генетичних послідовностей. Регіони низької складності, їх біологічне значення
Навіщо потрібна модель
Найпростіша механічна модель заміни в нуклеотидному тексті: Jukes-Cantor, 1969
Розробка на основі JC69: K2P, HKY тощо. Вкладені моделі. Параметри I, Γ
Механістичні кодонні моделі: M0
Моделі заміни амінокислот: PAM, BLOSUM.
Поняття попарного вирівнювання, базова термінологія (співпадіння, неспівпадіння, пробіли).
Гомологія послідовностей.
Методи оцінювання попарних вирівнювань.
Алгоритми вирівнювання: динамічне програмування (ACS) та евристичний пошук (BLAST). Статистика Карлін-Альтшуль та очікуване значення E.
Нові розробки: Diamond
Прогресивні методи множинного вирівнювання послідовностей.
Нові інструменти множинного вирівнювання (T-COFFEE, MUSCLE, MSAProbs).
Моделі основані на множинному вирівнюванні – консенсусна послідовність, позиціє-залежна матриця рахнуків (position-specific score matrices, PSSM), Weblogo, прихована модель Маркова (Hidden Markov model, HMM).
Основні веб сервіс з основою HMM (TMHMM, GeneMark, Pfam, HHPred).
Історія розвитку секвенування ДНК.
Секвенування за Сенджером та метод Максама–Гілберта.
Секвенування наступного покоління.
Секвенування третього покоління.
Принципи складання геному.
Проблеми функціональної анотації геномів.
Походження генетичної мінливості та основні концепції еволюційної біології та молекулярної еволюції.
Еволюційні сили, доля алелів у популяції.
Нейтральна еволюція, рівновага мутації/дрейфу.
Блукання простором генотипів.
Філогенетичні дерева: номенклатура, мислення деревами, їх редагування та зміни форматів.
Три головні підходи до реконструкції еволюційної історії. Дистантні методи, Правдоподібність та Байесівська реконструкція філогенії.
Моделі субституцій.
Мультилокусний аналіз філогенії, коалесцентні методи.
Філогенія як скелет та нульова модель в еволюційній біології.
Популяційна історія, демографія та відбір.
Метод філогенетичних контрастів.
Тести на відбір. Fst викиди
Виклики та обмеження методів реконструкції філогенії за геномними даними.
Генотипування секвенуванням та штучне скорочення даних. ddRAD секвенування.
Робота з базами даних NCBI – PubMed: doi, PMID, PMCID; GenBank – файлова структура; Genome db – структура бази даних та її використання. Браузер геному. Taxonomy db. GEO.
Як використовувати веб-сервіс BLAST для попарного вирівнювання та інтерпретації результатів.
Послідовність філогенетичного аналізу. Онлайн-інструменти, які допомагають аналізувати постійно оновлювані набори даних.
Демографічні реконструкції, відбіркові тести та аналіз даних ddRAD.
