Весна 2013 года
Курс Биоинформатика для студентов 4 курса кафедры биофизики физического факультета МГУ
Пн 13:30 ауд. 5-68
Курс Биоинформатика для студентов 4 курса кафедры биофизики физического факультета МГУ
Пн 13:30 ауд. 5-68
 .djvu скачать |
 .pdf скачать |
| Лекции |
Дополнительные
материалы |
| Лекция 1 Введение. Основные задачи молекулярной эволюции. Основные базы данных молекулярной биологии – NCBI, EMBL, ExPASy, PDB и другие. Базы данных геномов отдельных видов – SGD, FlyBase, Wormbase, MGI, MIPS, UCSC. |
|
| Лекция 2 Молекулярная эволюция и популяционная генетика. Дарвин и Кропоткин. Типы мутаций. Изменчивость последовательностей внутри и между видами. Теория коалесценции. Распространение новых мутаций. Фиксация нейтральных мутаций. Случайный дрейф и селекционное давление. Теория нейтральной эволюции и адаптации. |
Шредингер
"Что
такое
жизнь
с
точки
зрения
физика" Определения жизни Карла Сагана Кропоткин "Взаимопомощь как фактор эволюции" Дарвин "Происхождение видов" Дарвин "Путешествие на "Бигле"" Аминокислотные последовательности гена BRCA1 в формате Fasta, скачанные в классе с сайта NCBI - BRCA1.fasta Выравненные последовательности из файла BRCA1.fasta - BRCA1.aln Открыть файл BRCA1.aln можно программой JalView Оригинальная публикация в Nature (2000) об исследовании митохондриальной ДНК "Mitohondrial Genome Variataion and the Origin of Modern Human" Оригинальная публикация в (2001) об исследовании хромосомы Y "The phylogeography of Y chromosome binary haplotypes and the origins of modern human populations " О гене AMY1, способствующем переваривариванию крахмала: "Слюни сделали обезьяну человеком" Оригинальная публикация в Nature Genetics (2007) о вариации числа копий гена AMY1 и их связь с диетой и эволюцией человека: "Diet and the evolution of human amylase gene copy number variation" |
| Лекция 3 Модели эволюции нуклеотидных последовательностей. Модель Джукса-Кантора. Двупараметрическая модель Кимуры. Модель Хасегава-Кишино-Яно. Модели эволюции аминокислотных последовательностей. Частоты аминокислотных замен. LOG-ODDs матрицы счета. Матрицы PAM, связь с физико-химическими свойствами аминокислот. Матрицы BLOSUM. |
Оригинальная публикация группы Маргарет Дэйхофф о матрице PAM1 (1978) : "A Model of Evolutionary Change in Proteins" Оригинальная публикация о матрице BLOSUM (1992): "Amino acid substitution matrices from protein blocks." Физико-химические свойства аминокислот Буквенное обозначение аминокислот |
| Лекция 4 Гомологи, ортологи, паралоги. Поиск гомологичных последовательностей. Алгоритм и программа BLAST. Элементы теории локального выравнивания. Оценка статистической значимости локальных выравниваний. Элементы теории информации. Энтропия Шэннона. Энтропия матриц счета. Статистика Карлина-Альтшуля. |
Шон Эдди о матрице счета
Blossum62 Элементы теории информации и статистика локального выравнивания - Глава 4 книги Ian Korf, Mark Yandell, Joseph Bedell "BLAST" (An Essential Guide ot the Basic Local Alignment Search Tool) |
| Лекция 5 Выравнивание двух последовательностей. Метод динамического программирования. Глобальное выравнивание. Алгоритм Нидлмана-Вунша. Локальное выравнивание. Алгоритм Смита-Уотермана. Перекрывающиеся выравнивания. Динамическое программирование с более сложными формами. Выравнивание с использованием афинной штрафной функции. Конечный автомат. |
Шон Эдди о динамическом программировании |
| Лекция 6 Вероятности и вероятностные модели. Условные, совместные и полные вероятности. Вероятность и правдоподобие. Теорема Байеса. Цепи Маркова. Предсказание погоды и рыночного потребления. Скрытые Марковские модели. Нечестное казино. Определение CpG островков. Наиболее вероятный путь и алгоритм Витерби. Полная вероятность и алгоритм просмотра вперед. Апостериорная вероятность и алгоритм промотра вперед-назад. |
|
| Лекция 7 Приложения скрытых Марковских моделей в биоинформатике. Проблема распознавания генов. Цепи Маркова высокого порядка. Программы Genscan, GeneMark. Интерполяционные скрытые Марковские модели. Программа Glimmer. Профильные HMM и определение принадлежности последовательности к профилю. |
|
| Промежуточная аттестация (1 час)
- Контрольная с ответами Лекция 8 (1 час) Филогенетические деревья. Деревья как средство визуализации эволюции. Горизонтальный обмен генов и генеалогия организмов. Основные свойства филогенетических деревьев. Корневые и некорневые деревья. Число возможных деревьев для n видов. Дерево гена, дерево видов. Методы построения филогенетических деревьев. Метод расстояний. Матрицы расстояний. Деревоподобные расстояния и времяподобные расстояния. Алгоритм UPGMA. |
|
| Лекция 9 Филогенетические деревья. Метод расстояний - метод объединения соседей (NJ). Метод максимальной бережливости . Эвристический метод поиска оптимального дерева. Вероятностные подходы к филогении. Метод максимального правдоподобия. Статистическая оценка полученного филогенетического дерева: бутстрэп. Методология построения филогенетических деревьев. |
|
| Лекция 10 Современное состояние геномики и биоинформатики бактерий - краткий обзор направлений исследований. BacMap genome atlas. Размер геномов. %GC-содержания. Эволюционный отбор, синонимичные и несинонимичные замены (dN/dS). Гены, находящиеся под действием положительного отбора. Молекулярные часы. Неоднородность скоростей замен. Сигнатура генома. Chaos Game Representation. Репликация ДНК в бактериях. GC skews - Асимметрия по стрендам. Правила Чаргаффа. ДНК-блуждание. Сравнительная геномика на уровне всего генома, генов и РНК-структур. Гипотеза РНК-мира. Пунктуация ДНК - роль коротких палиндромов как терминаторов, аттенюаторов и в промотерных участках. |
|
| Лекция 11 Биоинформатика генома человека. Проект геном человека. Секвенирования методом Сангера. Браузер генома человека UCSC, скачивание полного генома, визуализация профилей для участка генома. Сравнительный анализ генома человека и неандертальца. Сравнительный анализ генома человека и шимпанзе. Повторы в геноме человека. Транспозоны, активные и неактивные. Технология Microarray. Анализ экспресси генов. Вариация генома человека. Single Nucleotide Polymorphisms. Проект HapMap. Проект 1000 геномов человека. Технологии секвенирования второго поколения. Рак как болезнь генома. |
Дополнительно (в конце Лекции 11
в разделе Extra) - Лекция Трифонова о существовании множества генетических кодов. РНК-интерференция Эпигенетика Protein-DNA Interactions How DNA is package |
| Лекция 12
- Практическое занятие. Нахождение гомологов, выравнивание последовательностей, построение и статистическая оценка филогенетического дерева |