Вводная лекция Курс «Биоинформатика» ф-т биоинженерии и биоинформатики МГУ А.Б.Рахманинова, 4/IX – 2009 использованы материалы лекций С.А.Спирина (2006) - презентация

1 Вводная лекция Курс «Биоинформатика» ф-т биоинженерии и биоинформатики МГУ А.Б.Рахманинова, 4/IX – 2009 использованы материалы лекций С.А.Спирина (2006) и А.Б. Рахманиновой (2007)

2 " Эта область, недавно признанная научной дисциплиной, имела много названий: в Германии и США - парапсихология, во Франции - мета-психика, в СССР - биоинформатика " / Годфруа Ж. Что такое психология? Т.1, 1992/ "...современные целители-сенситивы в основном подразделяются на две категории: биоэнергетики и биоинформатики. Информатики,..., при диагностике не применяют энергию, не тратят ее " /Интернет.../ Что такое биоинформатика? Не так давно

3 "...основные сведения в области современной биоинформатики - науки, изучающей низкоинтенсивные полевые взаимодействия вещества (преимущественно электромагнитные) на взаимосвязанных иерархических уровнях - от субклеточного до организменного и межорганизменного. " Что такое биоинформатика? Совсем не давно Из рекламы книги издания 2005г.: Биоинформатика. Биоинформационные и биоэнергоинформационные технологии ("БЭИТ-2001"): Докл. 4-го Междунар. конгр. Т.1, ч.1. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, Названия некоторых статей: "Способ и устройство для усиления интуиции" "Биолокационный портрет человека"

4 Биоинформатика = вычислительная молекулярная биология Что такое биоинформатика? Исследование информационных процессов в биологических системах (клетках, органах, организме, популяции) Изучение и внедрение в компьютерную науку «биологических» методов анализа информации (нейросетей, генетических алгоритмов, нечеткой логики и др.) Применение компьютерных методов для решения биологических задач

5 Что такое биоинформатика? Почему так сузился смысл термина? В конце 1970-х годов был открыт относительно быстрый и дешёвый метод расшифровки последовательности оснований в ДНК Организм ДНК «в пробирке»Последовательность выделение секвенирование...CGCCATAAATCAC...

6 gatcctccatatacaacggtatctccacctcaggtttagatctcaacaacggaaccattg ccgacatgagacagttaggtatcgtcgagagttacaagctaaaacgagcagtagtcagct ctgcatctgaagccgctgaagttctactaagggtggataacatcatccgtgcaagaccaa gaaccgccaatagacaacatatgtaacatatttaggatatacctcgaaaataataaaccg ccacactgtcattattataattagaaacagaacgcaaaaattatccactatataattcaa agacgcgaaaaaaaaagaacaacgcgtcatagaacttttggcaattcgcgtcacaaataa attttggcaacttatgtttcctcttcgagcagtactcgagccctgtctcaagaatgtaat aatacccatcgtaggtatggttaaagatagcatctccacaacctcaaagctccttgccga gagtcgccctcctttgtcgagtaattttcacttttcatatgagaacttattttcttattc tttactctcacatcctgtagtgattgacactgcaacagccaccatcactagaagaacaga acaattacttaatagaaaaattatatcttcctcgaaacgatttcctgcttccaacatcta cgtatatcaagaagcattcacttaccatgacacagcttcagatttcattattgctgacag ctactatatcactactccatctagtagtggccacgccctatgaggcatatcctatcggaa aacaataccccccagtggcaagagtcaatgaatcgtttacatttcaaatttccaatgata cctataaatcgtctgtagacaagacagctcaaataacatacaattgcttcgacttaccga gctggctttcgtttgactctagttctagaacgttctcaggtgaaccttcttctgacttac tatctgatgcgaacaccacgttgtatttcaatgtaatactcgagggtacggactctgccg acagcacgtctttgaacaatacataccaatttgttgttacaaaccgtccatccatctcgc tatcgtcagatttcaatctattggcgttgttaaaaaactatggttatactaacggcaaaa acgctctgaaactagatcctaatgaagtcttcaacgtgacttttgaccgttcaatgttca ctaacgaagaatccattgtgtcgtattacggacgttctcagttgtataatgcgccgttac ccaattggctgttcttcgattctggcgagttgaagtttactgggacggcaccggtgataa actcggcgattgctccagaaacaagctacagttttgtcatcatcgctacagacattgaag gattttctgccgttgaggtagaattcgaattagtcatcggggctcaccagttaactacct ctattcaaaatagtttgataatcaacgttactgacacaggtaacgtttcatatgacttac ctctaaactatgtttatctcgatgacgatcctatttcttctgataaattgggttctataa

7 Для хранения все возрастающей информации о последовательностях ДНК в 1982 году был основан GenBank GenBank хранилище последовательностей нуклеиновых кислот в виде компьютерных файлов. Объем GenBankа: 1982 – букв в 606 последовательностях. Август 2009 – букв в последовательностях, только файлы с последовательностями "весят" 437 GB

8 Банки структурной биологической информации Pfam, ProSite, InterPro,... GenBank, EMBL, DDBJ RefSeq Архивные базы последовательностей нуклеиновых кислот Автоматическая база различных последовательностей НК SwissProt Курируемая база последовательностей белков TrEMBL Автоматическая база предсказаний последовательностей белков PDB Архивная база пространственных структур макромолекул И многие другие... Банки семейств белков

9 Задачи биоинформатики Создание компьютерных программ для облегчения работы с биологическими данными. Разработка алгоритмов для анализа большого объема биологических данных. –Создание банка данных аминокислотных последовательностей –Алгоритм поиска генов в геноме

10 gatcctccatatacaacggtatctccacctcaggtttagatctcaacaacggaaccattg ccgacatgagacagttaggtatcgtcgagagttacaagctaaaacgagcagtagtcagct ctgcatctgaagccgctgaagttctactaagggtggataacatcatccgtgcaagaccaa gaaccgccaatagacaacatatgtaacatatttaggatatacctcgaaaataataaaccg ccacactgtcattattataattagaaacagaacgcaaaaattatccactatataattcaa agacgcgaaaaaaaaagaacaacgcgtcatagaacttttggcaattcgcgtcacaaataa attttggcaacttatgtttcctcttcgagcagtactcgagccctgtctcaagaatgtaat aatacccatcgtaggtatggttaaagatagcatctccacaacctcaaagctccttgccga gagtcgccctcctttgtcgagtaattttcacttttcatatgagaacttattttcttattc tttactctcacatcctgtagtgattgacactgcaacagccaccatcactagaagaacaga acaattacttaatagaaaaattatatcttcctcgaaacgatttcctgcttccaacatcta cgtatatcaagaagcattcacttaccatgacacagcttcagatttcattattgctgacag ctactatatcactactccatctagtagtggccacgccctatgaggcatatcctatcggaa aacaataccccccagtggcaagagtcaatgaatcgtttacatttcaaatttccaatgata cctataaatcgtctgtagacaagacagctcaaataacatacaattgcttcgacttaccga gctggctttcgtttgactctagttctagaacgttctcaggtgaaccttcttctgacttac tatctgatgcgaacaccacgttgtatttcaatgtaatactcgagggtacggactctgccg acagcacgtctttgaacaatacataccaatttgttgttacaaaccgtccatccatctcgc tatcgtcagatttcaatctattggcgttgttaaaaaactatggttatactaacggcaaaa acgctctgaaactagatcctaatgaagtcttcaacgtgacttttgaccgttcaatgttca ctaacgaagaatccattgtgtcgtattacggacgttctcagttgtataatgcgccgttac ccaattggctgttcttcgattctggcgagttgaagtttactgggacggcaccggtgataa actcggcgattgctccagaaacaagctacagttttgtcatcatcgctacagacattgaag gattttctgccgttgaggtagaattcgaattagtcatcggggctcaccagttaactacct ctattcaaaatagtttgataatcaacgttactgacacaggtaacgtttcatatgacttac ctctaaactatgtttatctcgatgacgatcctatttcttctgataaattgggttctataa

11 gatcctccatatacaacggtatctccacctcaggtttagatctcaacaacggaaccattg ccgacatgagacagttaggtatcgtcgagagttacaagctaaaacgagcagtagtcagct ctgcatctgaagccgctgaagttctactaagggtggataacatcatccgtgcaagaccaa gaaccgccaatagacaacatatgtaacatatttaggatatacctcgaaaataataaaccg ccacactgtcattattataattagaaacagaacgcaaaaattatccactatataattcaa agacgcgaaaaaaaaagaacaacgcgtcatagaacttttggcaattcgcgtcacaaataa attttggcaacttatgtttcctcttcgagcagtactcgagccctgtctcaagaatgtaat aatacccatcgtaggtatggttaaagatagcatctccacaacctcaaagctccttgccga gagtcgccctcctttgtcgagtaattttcacttttcatatgagaacttattttcttattc tttactctcacatcctgtagtgattgacactgcaacagccaccatcactagaagaacaga acaattacttaatagaaaaattatatcttcctcgaaacgatttcctgcttccaacatcta cgtatatcaagaagcattcacttaccatgacacagcttcagatttcattattgctgacag ctactatatcactactccatctagtagtggccacgccctatgaggcatatcctatcggaa aacaataccccccagtggcaagagtcaatgaatcgtttacatttcaaatttccaatgata cctataaatcgtctgtagacaagacagctcaaataacatacaattgcttcgacttaccga gctggctttcgtttgactctagttctagaacgttctcaggtgaaccttcttctgacttac tatctgatgcgaacaccacgttgtatttcaatgtaatactcgagggtacggactctgccg acagcacgtctttgaacaatacataccaatttgttgttacaaaccgtccatccatctcgc tatcgtcagatttcaatctattggcgttgttaaaaaactatggttatactaacggcaaaa acgctctgaaactagatcctaatgaagtcttcaacgtgacttttgaccgttcaatgttca ctaacgaagaatccattgtgtcgtattacggacgttctcagttgtataatgcgccgttac ccaattggctgttcttcgattctggcgagttgaagtttactgggacggcaccggtgataa actcggcgattgctccagaaacaagctacagttttgtcatcatcgctacagacattgaag gattttctgccgttgaggtagaattcgaattagtcatcggggctcaccagttaactacct ctattcaaaatagtttgataatcaacgttactgacacaggtaacgtttcatatgacttac ctctaaactatgtttatctcgatgacgatcctatttcttctgataaattgggttctataa

12 gatcctccatatacaacggtatctccacctcaggtttagatctcaacaacggaaccattg ccgacatgagacagttaggtatcgtcgagagttacaagctaaaacgagcagtagtcagct ctgcatctgaagccgctgaagttctactaagggtggataacatcatccgtgcaagaccaa gaaccgccaatagacaacatatgtaacatatttaggatatacctcgaaaataataaaccg ccacactgtcattattataattagaaacagaacgcaaaaattatccactatataattcaa agacgcgaaaaaaaaagaacaacgcgtcatagaacttttggcaattcgcgtcacaaataa attttggcaacttatgtttcctcttcgagcagtactcgagccctgtctcaagaatgtaat aatacccatcgtaggtatggttaaagatagcatctccacaacctcaaagctccttgccga gagtcgccctcctttgtcgagtaattttcacttttcatatgagaacttattttcttattc tttactctcacatcctgtagtgattgacactgcaacagccaccatcactagaagaacaga acaattacttaatagaaaaattatatcttcctcgaaacgatttcctgcttccaacatcta cgtatatcaagaagcattcacttaccatgacacagcttcagatttcattattgctgacag ctactatatcactactccatctagtagtggccacgccctatgaggcatatcctatcggaa aacaataccccccagtggcaagagtcaatgaatcgtttacatttcaaatttccaatgata cctataaatcgtctgtagacaagacagctcaaataacatacaattgcttcgacttaccga gctggctttcgtttgactctagttctagaacgttctcaggtgaaccttcttctgacttac tatctgatgcgaacaccacgttgtatttcaatgtaatactcgagggtacggactctgccg acagcacgtctttgaacaatacataccaatttgttgttacaaaccgtccatccatctcgc tatcgtcagatttcaatctattggcgttgttaaaaaactatggttatactaacggcaaaa acgctctgaaactagatcctaatgaagtcttcaacgtgacttttgaccgttcaatgttca ctaacgaagaatccattgtgtcgtattacggacgttctcagttgtataatgcgccgttac ccaattggctgttcttcgattctggcgagttgaagtttactgggacggcaccggtgataa actcggcgattgctccagaaacaagctacagttttgtcatcatcgctacagacattgaag gattttctgccgttgaggtagaattcgaattagtcatcggggctcaccagttaactacct ctattcaaaatagtttgataatcaacgttactgacacaggtaacgtttcatatgacttac ctctaaactatgtttatctcgatgacgatcctatttcttctgataaattgggttctataa

13 Создание компьютерных программ для облегчения работы с большими объемами биологических данных. –Создание банка данных аминокислотных последовательностей Анализ и интерпретация данных о нуклеотидных и аминокислотных последовательностях. –Алгоритмы сравнения (выравнивания) последовательностей –Реконструкция филогенетических деревьев Задачи биоинформатики

14 Создание компьютерных программ для облегчения работы с большими объемами биологических данных. –Создание банка данных аминокислотных последовательностей Анализ и интерпретация данных о нуклеотидных и аминокислотных последовательностей. –Алгоритмы сравнения (выравнивания) последовательностей –Реконструкция эволюции Анализ и интерпретация данных о структуре молекул белков, структуре комплексов молекул белков с другими молекулами. –Изучение структуры активного центра белка

15 Основные объекты современной биоинформатики Последовательности нуклеиновых кислот и белков Пространственные структуры макромолекул (белков, ДНК и РНК) и их комплексов друг с другом и с малыми молекулами Массовые экспериментальные данные

16 Что такое биоинформатика? "Биоинформатика – это способ заниматься биологией, не наблюдая живые существа, как зоологи, не делая опытов в пробирке, как экспериментальные биологи, а анализируя результаты массовых данных или целых проектов" Михаил Гельфанд профессор факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ, доктор биологических наук, зам. директора по науке ИППИ РАН

17 Методы работы Доступ к банкам через Интернет Использование специальных программ on-line (через web-интерфейс) Использование стандартных (e.g. Excel) и специальных программ на сервере института или на персональном компьютере Создание собственных скриптов («сценариев») и программ

18 Биоинформатика и её связи с другими дисциплинами Биоинформатика (компьютерная молекулярная биология) Молекулярная биология Информатика (в том числе теория алгоритмов) Теория вероятностей и математическая статистика

19 Две составных части биоинформатики как учебного предмета: Практическая биоинформатика: что надо знать о компьютерных методах биологу- экспериментатору Профессиональная подготовка компьютерных биологов (последние могут быть как исследователями накопленного экспериментального материала, так и разработчиками алгоритмов)

20 Структура курса

21 Курсовые проекты 3 проекта (II-III, IV-V, VI-VII семестры) Курсовой проект не обязательно биоинформатический Темы проектов будут объявлены в декабре Куратор проектов – А.В.Алексеевский Поговорите со студентами старших курсов, с теми, кто уже защищал свои проекты :)

22 Чем будем заниматься в этом семестре Выравнивать уровень владения компьютером: приобретать необходимый минимум навыков работы с наиболее употребительными программами (Far, MS-Excel, MS-Word), а также работы в Интернете. Знакомиться в ходе простых исследований с первыми биологическими объектами, последовательностями и 3D-структурами белков.

23 Структура первого семестра Официальный зачёт по итогам семестра проставляется «автоматом» при наличии зачётов по всем блокам. Ведётся рейтинг студентов (неофициальный, но кое-где будет учитываться...)

24 Внимание! Большую часть работы придётся выполнять самостоятельно! Тем не менее рекомендуется делать возможно больше на занятиях чтобы иметь возможность спрашивать преподавателей в случае затруднений. Не стесняйтесь спрашивать! Мы здесь для того, чтобы вам помогать.

25 Добро пожаловать на наш факультет! Удачи!!

26 Внимание! Вам необходимо к следующему занятию получить учётную запись для работы в домене компьютерного класса. Для этого придумайте себе пользовательское имя (например, «tanya_s» или «greatlion89») и пароль. Требования к имени: только строчные латинские буквы, цифры, знак подчеркивания, точка и дефис. Первым символом должна быть буква. Требования к паролю: 1) без русских букв (иначе будут проблемы, связанные с кодировками!); 2) не короче 8 символов; 3) не должен содержать в себе пользовательское имя или его заметную часть; 4) не должен являться английским словом; 5) желательно включать хотя бы одну цифру и хотя бы одну букву.