Bioinformatyka

Wykład I

Marcin Gołębiewski Ph.D.

Zakład Biotechnologii

Wydział Biologii i Nauk o Ziemi

Uniwersytet Mikołaja Kopernika

22 lutego 2010

Marcin Gołębiewski Ph.D.

Bioinformatyka Wykład I

Czym będziemy się zajmować?

Wstępne wymagania: znajomość matematyki na poziomie
szkoły średniej, podstawowe wiadomości z biologii
molekularnej.

Cel przedmiotu: nauczenie świadomego posługiwania się
narzędziami bioinformatycznymi i krytycznej interpretacji
wyników.

Marcin Gołębiewski Ph.D.

Bioinformatyka Wykład I

Czym będziemy się zajmować? I

Treści przedmiotu:

Przedmiot bioinformatyki; podstawy obsługi systemów
unixowych

Biologiczne bazy danych, korzystanie z zawartych w nich
informacji - system Entrez

Przeszukiwanie sekwencyjnych baz danych - BLAST; ocena
istotności uzyskanych wyników.

Przeszukiwanie sekwencyjnych baz danych - przeszukiwanie
profilami: PSI-BLAST

Konstrukcja alignmentów wielu sekwencji - ClustalW i
ClustalX

Analiza filogenetyczna: metody odległościowe,
oszczędnościowe i maksymalnego prawdopodobieństwa -
pakiet PHYLIP

Marcin Gołębiewski Ph.D.

Bioinformatyka Wykład I

Czym będziemy się zajmować? II

Analiza filogenetyczna: przygotowanie danych wejściowych,
dobór metody, ocena wyników

Przewidywanie struktur białek: przewidywanie struktury
II-rzędowej, III-rzędowej, modyfikacji posttranslacyjnych,
wykrywanie funkcjonalnych motywów, identyfikacja
zakonserwowanych domen - narzędzia ze strony Expasy

Sekwencjonowanie i składanie sekwencji: metody
sekwencjonowania, obróbka odczytów - pakiet
phred/phrap/consed

Sekwencjonowanie i składanie sekwencji: składanie, końcowa
obróbka sekwencji (finishing)

Analiza sekwencji genomowych: przewidywanie genów i
sekwencji regulacyjnych - Glimmer i GlimmerHMM

Analiza sekwencji genomowych: anotacja (opis) sekwencji,
zgłaszanie sekwencji do baz danych - program Sequin

Marcin Gołębiewski Ph.D.

Bioinformatyka Wykład I

Czym będziemy się zajmować? III

Projektowanie primerów i sond do hybrydyzacji

Materiały dla studentów: A. D. Baxevanis i B. F. F. Ouellette
(red.) “Bioinformatyka. Podręcznik do analizy genów i białek”.

Marcin Gołębiewski Ph.D.

Bioinformatyka Wykład I

Zasady zaliczenia

Ćwiczenia: przekrojowe zadanie praktyczne.

Wykład: egzamin pisemny.

Marcin Gołębiewski Ph.D.

Bioinformatyka Wykład I

Przedmiot bioinformatyki

Bioinformatyka jest dyscypliną pomocniczą biologii

Gałęzią biologii teoretycznej

Zajmuje się wykorzystaniem komputerów do wspomagania
prowadzenia badań w wielu dziedzinach biologii, m. in. w:

taksonomii
biologii molekularnej
biochemii
biofizyce

Wspomaganie to polega na gromadzeniu, udostępnianiu i
przetwarzaniu danych różnego typu

Przetwarzanie zgromadzonych danych może prowadzić do
nowych odkryć, należy jednak pamiętać że:

bioinformatyka umożliwia predykcje, które muszą być zawsze
zweryfikowane doświadczalnie!

Marcin Gołębiewski Ph.D.

Bioinformatyka Wykład I

Przedmiot bioinformatyki

Bioinformatyka jest dyscypliną pomocniczą biologii

Gałęzią biologii teoretycznej

Zajmuje się wykorzystaniem komputerów do wspomagania
prowadzenia badań w wielu dziedzinach biologii, m. in. w:

taksonomii
biologii molekularnej
biochemii
biofizyce

Wspomaganie to polega na gromadzeniu, udostępnianiu i
przetwarzaniu danych różnego typu

Przetwarzanie zgromadzonych danych może prowadzić do
nowych odkryć, należy jednak pamiętać że:

bioinformatyka umożliwia predykcje, które muszą być zawsze
zweryfikowane doświadczalnie!

Marcin Gołębiewski Ph.D.

Bioinformatyka Wykład I

Przedmiot bioinformatyki

Bioinformatyka jest dyscypliną pomocniczą biologii

Gałęzią biologii teoretycznej

Zajmuje się wykorzystaniem komputerów do wspomagania
prowadzenia badań w wielu dziedzinach biologii, m. in. w:

taksonomii
biologii molekularnej
biochemii
biofizyce

Wspomaganie to polega na gromadzeniu, udostępnianiu i
przetwarzaniu danych różnego typu

Przetwarzanie zgromadzonych danych może prowadzić do
nowych odkryć, należy jednak pamiętać że:

bioinformatyka umożliwia predykcje, które muszą być zawsze
zweryfikowane doświadczalnie!

Marcin Gołębiewski Ph.D.

Bioinformatyka Wykład I

Przedmiot bioinformatyki

Bioinformatyka jest dyscypliną pomocniczą biologii

Gałęzią biologii teoretycznej

Zajmuje się wykorzystaniem komputerów do wspomagania
prowadzenia badań w wielu dziedzinach biologii, m. in. w:

taksonomii
biologii molekularnej
biochemii
biofizyce

Wspomaganie to polega na gromadzeniu, udostępnianiu i
przetwarzaniu danych różnego typu

Przetwarzanie zgromadzonych danych może prowadzić do
nowych odkryć, należy jednak pamiętać że:

bioinformatyka umożliwia predykcje, które muszą być zawsze
zweryfikowane doświadczalnie!

Marcin Gołębiewski Ph.D.

Bioinformatyka Wykład I

Przedmiot bioinformatyki

Bioinformatyka jest dyscypliną pomocniczą biologii

Gałęzią biologii teoretycznej

Zajmuje się wykorzystaniem komputerów do wspomagania
prowadzenia badań w wielu dziedzinach biologii, m. in. w:

taksonomii
biologii molekularnej
biochemii
biofizyce

Wspomaganie to polega na gromadzeniu, udostępnianiu i
przetwarzaniu danych różnego typu

Przetwarzanie zgromadzonych danych może prowadzić do
nowych odkryć, należy jednak pamiętać że:

bioinformatyka umożliwia predykcje, które muszą być zawsze
zweryfikowane doświadczalnie!

Marcin Gołębiewski Ph.D.

Bioinformatyka Wykład I

Przedmiot bioinformatyki

Bioinformatyka jest dyscypliną pomocniczą biologii

Gałęzią biologii teoretycznej

Zajmuje się wykorzystaniem komputerów do wspomagania
prowadzenia badań w wielu dziedzinach biologii, m. in. w:

taksonomii
biologii molekularnej
biochemii
biofizyce

Wspomaganie to polega na gromadzeniu, udostępnianiu i
przetwarzaniu danych różnego typu

Przetwarzanie zgromadzonych danych może prowadzić do
nowych odkryć, należy jednak pamiętać że:

bioinformatyka umożliwia predykcje, które muszą być zawsze
zweryfikowane doświadczalnie!

Marcin Gołębiewski Ph.D.

Bioinformatyka Wykład I

Czym zajmuje się bioinformatyka - przykłady

Przewidywanie funkcji białek (na podstawie struktury,
podobieństwa, zakonserwowanych elementów etc.)

Składanie odczytów z sekwencjonowania w całą sekwencję
genomową

Projektowanie sond do hybrydyzacji i primerów do PCR

Symulacje reakcji enzymatycznych

Symulacje procesów biologicznych np. zwijania się białek,
oddziaływania cząsteczek biologicznych

Przeszukiwaniem baz publikacji

Marcin Gołębiewski Ph.D.

Bioinformatyka Wykład I

Oprogramowanie

Proste zadania, takie jak projektowanie primerów, czy
konstrukcja dopasowań sekwencji (alignmentów) można
wykonać na dowolnym komputerze, istnieją programy
działające pod systemem Windows.

Większość obliczeń, jakie się przeprowadza jest jednak dużo
bardziej czasochłonna - wymaga większych mocy
obliczeniowych i automatyzacji.

Z powyższych względów w bioinformatyce powszechnie stosuje
się systemy z rodziny Unix - np. linuxy.

Marcin Gołębiewski Ph.D.

Bioinformatyka Wykład I

Rodziny systemów GNU Linux

Systemy linuxowe dzielą się na kilka rodzajów, w zależności od
sposobu “pakietowania” oprogramowania.

Systemy “redhatopodobne”: pakiety rpm, np. Fedora, RedHat
Enterprise Linux, Suse, CentOS, PLD.

Systemy “debianopodobne”: pakiety deb, np. Debian, Ubuntu,
Xubuntu, Kubuntu etc.

Systemy “kompilowane”: wszystkie programy kompilowane ze
źródeł, np. Gentoo, Linux from scratch.

Slackware - dystrybucja oparta o pakiety tgz.

Marcin Gołębiewski Ph.D.

Bioinformatyka Wykład I

Obsługa linuksa w trybie graficznym

Praca z systemem linuksowym w trybie graficznym nie różni
się zasadniczo od pracy w Windows.

Nie da się pracować bez zalogowania - podania nazwy
użytkownika (loginu) i hasła.

Popularne skróty klawiaturowe działają tak samo (Ctrl-C -
kopiuj, Ctrl-V - wklej, Ctrl-Z - cofnij itp.)

Wygląd może się dosyć mocno różnić w zależności od
używanych programów i ustawień - trzeba się na początku
przyjrzeć ikonom i menu.

Programy “windowsowe” nie działają z zasady w innych
systemach, dlatego pod linuksem używa się
“niemikrosoftowych” odpowiedników

Marcin Gołębiewski Ph.D.

Bioinformatyka Wykład I

Oprogramowanie pod linuksem I

Programy potrzebne do “zwykłej” pracy z komputerem (biuro
+ internet + multimedia) dostępne są za darmo dla każdego.

W większości systemów instalowane są automatycznie, nie
trzeba się martwić zakupem licencji i instalowaniem osobnych
programów

Niektóre wysoce specjalistyczne programy występują wyłącznie
w wersji dla Windows (CorelDraw, Adobe Illustrator,
AutoCAD), ale większość ma “wolne”, darmowe odpowiedniki.

Dużo oprogramowania bioinformatycznego nie ma wersji
“windowsowych”.

Marcin Gołębiewski Ph.D.

Bioinformatyka Wykład I

Podstawowe programy

Pakiet biurowy - OpenOffice.org (www.openoffice.org)

Przeglądarka internetowa - Firefox, Chrome, Opera

Odtwarzacz muzyczny - Audatious, Rhythmbox, Amarok

Odtwarzacz filmów - Totem, Mplayer, Xine

Obróbka grafiki rastrowej - GIMP

Obróbka grafiki wektorowej - Inkscape

Telefonia internetowa - Skype, Telepathy

Komunikator - Pidgin, Kadu

Marcin Gołębiewski Ph.D.

Bioinformatyka Wykład I