Detail předmětu

Bioinformatika

FIT-BIFAk. rok: 2018/2019

Předmět uvádí studenty do základních principů molekulární biologie z pohledu informatiky, představuje výpočetní algoritmy pro analýzu biologických dat, uvádí jejich složitost a ukazuje směr, jak efektivně navrhovat metody nové. Zejména budou diskutovány následující oblasti: metody pro prohledávání biologických sekvencí, evoluční modely, způsoby konstrukce vývojových stromů, algoritmy pro rozpoznávání genů s využitím strojového učení a přístupy pro predikci 2D a 3D struktury proteinů. Výklad je doplněn praktickými ukázkami s využitím dostupných databází biologických dat.

Garant předmětu

Ing. Tomáš Martínek, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav počítačových systémů (UPSY)

Výsledky učení předmětu

Studenti budou schopni pracovat s rozsáhlými databázemi biologických dat a navrhovat nové efektivní algoritmy pro jejich analýzu.
Pochopení vztahu mezi počítači a vybranými molekulárními procesy.

Doporučená nebo povinná literatura

  • Jacques Cohen: Bioinformatics - An introduction for Computer Scientists, ACM Computing Surveys, 2004, Vol. 36, No. 2, p. 122-158.
  • Jean-Michel Claverie, Cedric Notredame: Bioinformatics for Dummies, ISBN: 0-7645-1696-5, Wiley Publishing, Inc., 2003.
  • Yi-Ping Phoebe Chen: Bioinformatics Technologies, ISBN: 3540208739, Springer, 2005.
  • Alberts, Bray, Johnson, Lewis, Raff, Roberts, Walter: Základy buněčné biologie, ISBN: 80-902906-0-4, Espero Publishing, 1998.

  • Dan K. Krane, Michael L. Raymer: Fundamental Concepts of Bioinformatics, ISBN: 0-8053-4633-3, Benjamin Cummings 2003.
  • Fatima Cvrčková: Úvod do praktické bioinformatiky, ISBN: 80-200-1360-1, Academia, 2006.
  • Neil C. Jones, Pavel A. Pevzner: An Introduction to Bioinformatics Algorithms, ISBN: 0262101068, MIT Press, 2004.
  • Andreas D. Baxevanis, B. F. Francis Ouellette: Bioinformatics: A Practical Guide to the Analysis of Genes and Proteins, ISBN: 0-471-47878-4, Wiley-Interscience, 2005.


Způsob a kritéria hodnocení

Půlsemestrální zkouška, projekt, úkol z počítačového cvičení.
Podmínky zápočtu:
Nejsou.

Jazyk výuky

čeština

Osnovy výuky

    Osnova přednášek:
    1. Úvod do bioinformatiky
    2. Základy molekulární biologie z pohledu informatiky
    3. Nástroje molekulární biologie
    4. Databáze biologických dat
    5. Zarovnání sekvencí, dynamického programování, BLAST, FASTA
    6. Evoluční modely
    7. Konstrukce fylogenetických stromů
    8. Sestavování fragmentů DNA
    9. Genomika a rozpoznávání genů
    10. Proteiny a predikce jejich struktury
    11. Výpočet sekundární struktury RNA
    12. Proteomika, regulační sítě
    13. Polymorfizmus genů a diverzita

    Osnova počítačových cvičení:
    1. Databáze biologických dat
    2. Zarovnání sekvencí
    3. Konstrukce fylogenetických stromů
    4. Analýza struktury proteinů

    Osnova ostatní - projekty, práce:
    Studenti vypracují projekt související s tematikou předmětu. Hodnotit se bude realizace, prezentace a dokumentace projektu.

Cíl

Porozumět základním principům v oblasti molekulární biologie z pohledu informatiky. Obdržet znalosti o používaných výpočetním algoritmech a přístupech. Získat schopnost navrhovat nové efektivní metody pro analýzu biologických dat.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Výuka není povinná, v případě nepřítomnosti v laboratořích lze nahradit ztrátu bodů následujícím způsobem: 

  1. přijít do jiné skupiny, ve které se probírá ta samá laboratorní úloha. 
  2. na následující laboratoři cvičícímu krátce předvést výsledky ze zameškané laboratoře. 
  3. zaslat  cvičícímu do 14 dní zaslat krátký protokol sumarizující výsledky zameškané laboratoře a obsahující odpovědi na otázky ze zadání.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program IT-MGR-2 magisterský navazující

    obor MBS , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
    obor MIS , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
    obor MIN , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
    obor MMM , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
    obor MGM , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
    obor MPV , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
    obor MSK , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
    obor MBI , 1. ročník, letní semestr, 5 kreditů, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Tomáš Martínek, Ph.D.

Osnova

  1. Úvod do bioinformatiky
  2. Základy molekulární biologie z pohledu informatiky
  3. Nástroje molekulární biologie
  4. Databáze biologických dat
  5. Zarovnání sekvencí, dynamického programování, BLAST, FASTA
  6. Evoluční modely
  7. Konstrukce fylogenetických stromů
  8. Sestavování fragmentů DNA
  9. Genomika a rozpoznávání genů
  10. Proteiny a predikce jejich struktury
  11. Výpočet sekundární struktury RNA
  12. Proteomika, regulační sítě
  13. Polymorfizmus genů a diverzita

Cvičení na počítači

12 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Tomáš Martínek, Ph.D.

Osnova

  1. Databáze biologických dat
  2. Analýza genomových sekvencí
  3. Zarovnání sekvencí
  4. Konstrukce fylogenetických stromů
  5. Hledání genů
  6. Analýza struktury proteinů

Projekt

14 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Tomáš Martínek, Ph.D.

Osnova

Studenti vypracují projekt související s tematikou předmětu. Hodnotit se bude realizace, prezentace a dokumentace projektu.