Detail předmětu
Systémová biologie
MPC-SYS FEKT MPC-SYS Ak. rok 2019/2020 letní semestr 5 kreditů
Předmět je orientován na získání znalostí o metodách systémové biologie, tvorbě modelů buněčných organismů a možnostech jejich využití. Zaměřuje se na studium počítačových metod popisu chování živých organismů na molekulární úrovni využitelných v buněčné biologii, biochemii a biotechnologii.
Uvažované modely jsou reprezentovány rozsáhlými síťovými grafy. Důraz je kladen na metodologii analýzy těchto modelů, a to jak analýzu statickou, tak analýzu dynamickou, především kvantitativní pomocí ODE modelů. Je postupováno podle konceptu hierarchie, přičemž jsou prezentovány všechny vrstvy od genových regulačních sítí, přes signální dráhy až po metabolické sítě. Tyto modely jsou ilustrovány na systémech konkrétních organizmů, převážně jednobuněčných.
Garant předmětu
Jazyk výuky
Zakončení
Rozsah
- 26 hod. přednášky
- 26 hod. pc laboratoře
Zajišťuje ústav
Přednášející
Cvičící
Získané dovednosti, znalosti a kompetence z předmětu
Absolvent předmětu je schopen:
- matematicky popsat hlavní komponenty genové exprese
- matematicky popsat hlavní komponenty signálních drah
- matematicky popsat hlavní komponenty neuronových sítí
- analyzovat síťové grafy pomocí síťových motivů
- vyjmenovat hlavní síťové motivy transkripčních sítí, sítí signálních drah a nervové soustavy
- vysvětlit principy hlavních síťových motivů transkripčních sítí, sítí signálních drah a nervové soustavy
- popsat experimentální metody v systémvé biologii
Cíle předmětu
Cílem předmětu je poskytnout studentům základní orientaci v oblasti využití počítačových modelů v buněčné biologii a způsobu jejich využití a zvládnutí metod analýzy modelů pro systémovou biologii.
Požadované prerekvizitní znalosti a dovednosti
Student, který si zapíše tento předmět by měl být schopen popsat buněčný systém, jeho hlavní komponenty z hlediska složení a funkce; dále analyzovat systémy obyčejných diferenciálních rovnic a aplikovat základní znalosti z oblasti pravděpodobnostních rozložení náhodných veličin a kombinatoriky. Obecně jsou požadovány znalosti na úrovni bakalářského studia.
Literatura referenční
- Maly, Ivan V. Systems biology. Humana Press, New York 2009. ISBN 978-1-934115-64-0.
- Dubitzky, W., Wolkenhauer, O., Cho, K.-H., Yokota, H., Encyclopedia of systems biology. Springer, New York 2013. ISBN 978-144-1998-644.
- Rosypal, S. Nový přehled biologie. Scientia, Praha 2003. ISBN 80-7183-268-5
Osnova přednášek
1. Úvod do systémové biologie – základní pojmy a hlavní teze
2. Laboratorní techniky v systémové biologii – transkriptomické, proteomické a metabolomické techniky
3. Modelové organismy, biologické sítě a dráhy – nejběžnější organismy pro experimenty, biologické sítě jako graf
4. Základy dynamické analýzy spojitých modelů – jak modelovat chemickou reakci matematickou rovnicí
5. Kinetika enzymů – rovnice dle Michaelise a Mentenové
6. Transkripční regulace – elementy regulace a dynamické modely
7. Predikce síťových motivů, autoregulační motiv – statická analýza sítí
8. Síťový motiv FFL – statická a dynamická analýzy, základní chování nejběžnějšího motivu genových regulačních sítí
9. Další síťové motivy – další motivy, generalizace motivů a motivy developmentálních sítí
10. Genová ontologie – jednotná reprezentace genů
11. Odhad parametrů modelu – jak srovnat laboratorní data a matematický model
Osnova počítačových cvičení
1. Typy modelů, rychlostní rovnice reakce
2. Databáze pro systémovou biologii
3. Základy analýzy biologických sítí
4. Základy dynamické analýzy
5. Kinetika enzymů
6. Modelování regulace transkripce
7. Statická a dynamická analýza motivů
8. Samostatný projekt
Průběžná kontrola studia
až 30 bodů za cvičení
až 70 bodů za zkoušku.
Zkouška z předmětu bude probíhat distančně.
Metody vyučování
Metody vyučování zahrnují přednášky a cvičení na počítači. Předmět využívá e-learning (Moodle).
Kontrolovaná výuka
Laboratorní výuka je povinná, řádně omluvené zmeškané laboratorní cvičení lze po domluvě s vyučujícím nahradit (obvykle v zápočtovém týdnu)
Zařazení předmětu ve studijních plánech