Курс «Биоинформатика» ф-т биоинженерии и биоинформатики МГУ А.В. Алексеевский. Использованы материалы лекций А.Б.Рахманиновой и С.А.Спирина. - презентация

1 Курс «Биоинформатика» ф-т биоинженерии и биоинформатики МГУ А.В. Алексеевский. Использованы материалы лекций А.Б.Рахманиновой и С.А.Спирина

2 Биоинформатика вычислительная молекулярная биология био – ИНФОРМАТИКА 2 Создание и использование баз данных алгоритмов и программ математических методов анализа данных БИО – информатика 1 Цели и задачи – биологические Результаты – биологические вычислительная МОЛЕКУЛЯРНАЯ 3 биология Объекты изучения –биологические молекулы и ихповедение: белки ДНК РНК …………….. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ молекулярная 4 биология Типичный объект – результаты массовых экспериментов: последовательности данные экспрессии генов пространственные структуры больших молекул …………..

3 Биологические молекулы ДНК РНК Белок (другие…)

4 ДНК? РНК? Белок?

5 ДНК? РНК? Белок?

6 ДНК? РНК? Белок?

7 ДНК? РНК? Белок?

8 >AM tRNA-Ala gene uagcuagucuaacccucgggagga cgguuaccacgggugugauucaug acuggggugaagucguaacaaggu agccguaggggaaccugcggcugg aucaccuccuuaaucgaagacauc accgucgccacaaguucccacacg aauugcuugauucauugcgaagac gauugggucuguagggcaguuggu ugga ДНК? РНК? Белок?

9 agcttttcattctgactgcaacgggcaatatgtctctgtgtggatta aaaaaagagtgtctgatagcagcttctgaactggttacctgccgtga gtaaattaaaattttattgacttaggtcactaaatactttaaccaat ataggcatagcgcacagacagataaaaattacagagtacacaacatc catgaaacgcattagcaccaccattaccaccaccatcaccattacca caggtaacggtgcgggctgacgcgtacaggaaacacagaaaaaagcc cgcacctgacagtgcgggctttttttttcgaccaaaggtaacgaggt aacaaccatgcgagtgttgaagttcggcggtacatcagtggcaaatg cagaacgttttctgcgtgttgccgatattctggaaagcaatgccagg caggggcaggtggccaccgtcctctctgcccccgccaaaatcaccaa ccacctggtggcgatgattgaaaaaaccattagcggccaggatgctt tacccaatatcagcgatgccgaacgtatttttgccgaacttttgacg ggactcgccgccgcccagccggggttcccgctggcgcaattgaaaac tttcgtcgatcaggaatttgcccaaataaaacatgtcctgcatggca ttagtttgttggggcagtgcccggatagcatcaacgctgcgctgatt tgccgtggcgagaaaatgtcgatcgccattatggccggcgtattaga agcgcgcggtcacaacgttactgttatcgatccggtcgaaaaactgc tggcagtggggcattacctcgaatctaccgtcgatattgctgagtcc acccgccgtattgcggcaagccgcattccggctgatcacatggtgct gatggcaggtttcaccgccggtaatgaaaaaggcgaactggtggtgc ttggacgcaacggttccgactactctgctgcggtgctggctgcctgt ttacgcgccgattgttgcgagatttggacgg ДНК? РНК? Белок?

10 ДНК? РНК? Белок?

11 ДНК? РНК? Белок?

12 ДНК? РНК? Белок?

13 ДНК? РНК? Белок? >2POR PORIN EVKLSGDARMGVMYNGDDWNFSSRSRV LFTMSGTTDSGLEFGASFKAHESVGAE TGEDGTVFLSGAFGKIEMGDALGASEA LFGDLYEVGYTDLDDRGGNDIPYLTGD ERLTAEDNPVLLYTYSAGAFSVAASMS DGKVGETSEDDAQEMAVAAAYTFGNYT VGLGYEKIDSPDTALMADMEQLELAAI AKFGATNVKAYYADGELDRDFARAVFD LTPVAAAATAVDHKAYGLSVDSTFGAT TVGGYVQVLDIDTIDDVTYYGLGASYD LGGGASIVGGIADNDLPNSDMVADLGV KFKF

14 ДНК? РНК? Белок?

15 ДНК? РНК? Белок?

16 ДНК? РНК? Белок?

17 ДНК? РНК? Белок?

18 ДНК? РНК? Белок?

19 ДНК БелокРНК >AE3172 DNA fragment gtacacaacatccatgaaacgcat tagcaccaccattaccaccaccat caccattaccacaggtaacggtgc gggctgacgcgtacaggaaacaca gaaaaaagcccgcacctgacagtg cgggcttt >2POR PORIN EVKLSGDARMGVMYNGDDW NFSSRSRVLFTMSGTTDSG LEFGASFKAHESVGAETGE DGTVFLSGAFGKIEMGDAL >AM tRNA-Ala uagcuagucuaacccucggga ggacgguuaccacggguguga uucaugacuggggugaagucg uaacaagguagccguagggga accugcggcuggaucaccucc uuaaucgaagacaucaccguc

20 Словарь Ген Белок Экспрессия Геном Протеом (протеома?)

21 История из жизни

22

23 Как все было В Индии заболел швед индийского происхождения Выделили новый штамм бактерии клебсиеллы: K. pneumoniae Он оказался устойчивым к очень многим антибиотикам. Профиль устойчивости показал, что это – почти все т.н. бета-лактамные антибиотики (пенициллины, цефалоспорины, карбапенемы и монобактамы)

24 Предположили, что устойчивость объясняется белоком из семейства металло-бета-лактамаз. Известно, что белки этого семейства разрушают некоторые бета-лактамные антибиотики Стали искать известные металло-бета- лактамазы и не нашли (праймеры, PCR) Сделали библиотеку клонов на плазмидах, трансфецировали в E.coli и выделили те колонии, которые сохранили устойчивость

25 Секвенировали плазмиды, транслировали вставленные фрагменты ДНК и нашли металло- бета-лактамазу в одном фрагменте, 270 остатков (BLAST, трансляция, аннотации белков) Проверили, что именно найденный ген отвечает за устойчивость Сравнили последовательности белка NDM-1 и родственных металло-бета-лактамаз и нашли существенные отличия, возможно, определяющие пагубные свойства NDM-1.

26 Как искать противоядие против NDM-1? Ингибиторы и лекарства 3D структура белка Подбор ингибиторов в компьютере

27 Структура белка VirB11 – АТФазы из четвёртой транспортной системы бактерии Brucella suis.

28 Рис. 3. Положение молекулы ингибитора MTFPT в комплексе с VirB11. Один мономер VirB11 изображён в шариковой модели зелёного цвета, другой в ленточной модели жёлтого цвета.

29 Другие бактерии, содержащие ген белка, похожего на NDM-1 Erythrobacter litoralis, изолирована с глубины 10м из Саргассова моря; не патоген (Identity 55% от 26 до 269) Haliangium ochraceum, изолирована с водорослей с пляжа в Японии; не патоген (49%, ) Откуда взялся ген?

30 Модильяни. Портреты Жанны Эбютерн Сходство – одно из основных понятий биоинформатики

31 Следующее занятие начнется с контрольной на 5 минут Задание контрольной: 1)В данной небольшой последовательности ДНК найти ген, если известно, что он кодирует три аминокислотных остатка (в природе таких коротких генов не бывает!) Помните, что ген может быть расположен на любой из двух цепочек ДНК! Узнайте как записать последовательность второй – комплементарной – цепочки! 2)Записать найденный ген (сколько букв?) в fasta-формате (в контрольной – на бумаге) На след. слайде отмечены все кодоны ATG и все стоп- кодоны в одной цепочке ДНК. Еще на следующем – гены на этом участке.

32 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

33 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

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

35 Все последовательности ДНК хранятся в банке EMBL (Европа), они же хранятся в банках GenBank (США) и DDBJ (Япония) Последовательности белков хранятся в банке Uniprot

36 На 2 сентября 2010 года в банке Uniprot было 12,155,553 последовательностей

37 Структура курса

38 Курсовые проекты 3 проекта (II-III, IV-V, VI-VII семестры) Курсовой проект не обязательно биоинформатический Темы проектов см. на сайте kodomo; новые будут объявлены в декабре Куратор проектов – А.В.Алексеевский

39 учебный сайт по биоинформатике: далее по ссылкам

40 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...) Темы Число занятий Форма Отчета Дата предъявления отчета Блок 1 FAR Manager1 Миниконтрольная на занятии Internet2 HTML2 Отчет (на персональной страничке в интернет) Блок 2 Excel3Отчет в формате *.xls Блок 3 ChemSketch1 RasMol5 1.Контрольное занятие по RasMol 2. Отчет в формате HTML 17/20 декабря получение зачета

41 Не стесняйтесь спрашивать! Мы здесь для того, чтобы вам помогать.

42 Операционная система (ОС) программа, управляющая запуском приложений и позволяющая человеку («пользователю») общаться с компьютером Мы будем иметь дело с двумя различными операционными системами: Windows XP (семейство Microsoft Windows) Linux (семейство UNIX) Первое время в основном с Windows.

43 УДАЧИ!

44 Внимание! 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.

45 Адреса Андрей Владимирович Юрий