Detail předmětu

Bioinformatika

BIF Ak. rok 2023/2024 letní semestr 5 kreditů

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

Martínek Tomáš, doc. Ing., Ph.D. (UPSY)

Koordinátor předmětu

Burgetová Ivana, Ing., Ph.D. (UIFS)

Jazyk výuky

česky

Zakončení

zkouška (písemná)

Rozsah

  • 26 hod. přednášky
  • 12 hod. pc laboratoře
  • 14 hod. projekty

Bodové hodnocení

  • 58 bodů závěrečná zkouška (písemná část)
  • 16 bodů půlsemestrální test (písemná část)
  • 12 bodů laboratoře
  • 14 bodů projekty

Zajišťuje ústav

Ústav počítačových systémů (UPSY)

Přednášející

Burgetová Ivana, Ing., Ph.D. (UIFS)
Martínek Tomáš, doc. Ing., Ph.D. (UPSY)
Musil Miloš, Ing., Ph.D. (UIFS)

Cvičící

Musil Miloš, Ing., Ph.D. (UIFS)

Cíle předmětu

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.
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.

Proč je předmět vyučován

Zpracování biologických dat vyžaduje znalost základních algoritmů a nástrojů z oblasti bioinformatiky (zarovnání sekvencí, konstrukce fylogenetických stromů, sestavení/mapování sekvenačních dat, atd.). Cílem tohoto kurzu je poskytnout studentovi tyto informace a připravit jej na budoucí povolání v oblasti bioinformatiky.

Literatura studijní

  • 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.
  • Supratim Choudhuri: Bioinformatics for Beginners: Genes, Genomes, Molecular Evolution, Databases and Analytical Tools, ISBN: 978-0124104716, Academic Press, 2014
  • Dan K. Krane, Michael L. Raymer: Fundamental Concepts of Bioinformatics, ISBN: 0-8053-4633-3, Benjamin Cummings 2003.
  • 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.

Literatura referenční

  • Supratim Choudhuri: Bioinformatics for Beginners: Genes, Genomes, Molecular Evolution, Databases and Analytical Tools, ISBN: 978-0124104716, Academic Press, 2014
  • Dan K. Krane, Michael L. Raymer: Fundamental Concepts of Bioinformatics, ISBN: 0-8053-4633-3, Benjamin Cummings 2003.
  • 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.

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. Systémová biologie

Osnova počítačových cvičení

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

Osnova ostatní - projekty, práce

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

Průběžná kontrola studia

Půlsemestrální zkouška, projekt, úkol z počítačového cvičení.
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.

Podmínky zápočtu

Nejsou.

Rozvrh

DenTypTýdnyMístn.OdDoKapacitaPSKSkupInfo
Po zkouška 2024-05-06 A113 09:0010:50 1. termín
Út přednáška 1., 4., 5., 8. výuky G202 10:0011:5080 1MIT 2MIT NBIO xx Martínek
Út přednáška 2., 3., 9., 10., 12. výuky G202 10:0011:5080 1MIT 2MIT NBIO xx Burgetová
Út přednáška 6., 7., 11. výuky G202 10:0011:5080 1MIT 2MIT NBIO xx Musil
Út přednáška 2024-04-30 G202 10:0011:5080 1MIT 2MIT NBIO xx Martínek, Musil
Út zkouška 2024-05-21 E104 15:0016:50 2. termín
Út zkouška 2024-06-04 E105 15:0016:50 3. termín
Čt poč. lab 3., 4., 7., 8., 10., 11. výuky N105 08:0009:5020 1MIT 2MIT xx Musil

Zařazení předmětu ve studijních plánech

Nahoru