| Název předmětu | Základy bioinformatiky |
|---|---|
| Kód předmětu | KBC/ZBINF |
| Organizační forma výuky | Přednáška + Seminář |
| Úroveň předmětu | Bakalářský |
| Rok studia | nespecifikován |
| Semestr | Letní |
| Počet ECTS kreditů | 5 |
| Vyučovací jazyk | Čeština, Angličtina |
| Statut předmětu | Povinný, Povinně-volitelný |
| Způsob výuky | Kontaktní |
| Studijní praxe | Nejedná se o pracovní stáž |
| Doporučené volitelné součásti programu | Není |
| Vyučující |
|---|
|
| Obsah předmětu |
|
1) Úvod do bioinformatiky a informačních zdrojů definice bioinformatiky; historické a vědecké souvislosti vývoje bioinformatiky; problematika studovaná a řešená pomocí nástrojů bioinformatiky; druhy databází (primární vs. sekundární; formáty databázových dat); vysvětlení vztahu mezi DNA, RNA a proteiny; vysvětlení významu strukturní podobnosti a homologie; získávání relevantních informací o genomech a proteomech; odborná literatura z oblasti bioinformatiky; zdroje informací v databázi PubMed 2) Práce se sekvencemi (nukleotidovými a aminokyselinovými) struktura genů a genomů; rozdíly mezi prokaryontními a eukaryontními geny; získání informací o daném genu; interpretace záznamu v GenBank; analýza celých genomů; nalezení chyb v sekvenci DNA; analýza DNA sekvencí (stanovení obsahu GC, hledání kodonů, vnitřní repetice); hledání ORF, exonů a intronů; sestavování fragmentů sekvencí; interpretace záznamu v databázi Swiss-Prot; popis primární struktury proteinu; databáze proteinových struktur a obsažené informace; predikce fyzikálně-chemických vlastnosti proteinu ze sekvence; analýza primární struktury proteinu; popis sekundární struktury proteinu; nalezení známých domén daného proteinu 3) Porovnávání sekvencí a vyhledávání na základě podobnosti ("similarity search") význam sekvenční homologie; interpretace výsledků vyhledávání BLAST; interpretace střední hodnoty (e, "expectation value"); použití aplikace BLASTP pro porovnávání proteinových sekvencí; použití BLASTn pro porovnávání sekvencí DNA; nastavení parametrů BLAST pro efektivnější porovnávání; použití PSI-BLAST k nalezení příbuzných proteinových sekvencí; konstrukce a interpretace "dot plots" pro porovnání sekvencí; algoritmy pro seřazování sekvencí; použití online nástrojů pro lokální alignment proteinových sekvencí; použití online nástrojů pro globální alignment proteinových sekvencí; získávání vhodných sekvencí pro vícenásobné seřazení sekvencí (MSA, "multiple sequence alignments"); použití online nástrojů pro MSA; interpretace výsledků MSA; praktické použití MSA 4) Proteinové struktury význam skládání ("folding") a trojrozměrné struktury proteinů; predikce sekundární struktury proteinů; nalezení strukturních analogů proteinové sekvence; získávání 3-D struktur z databáze PDB; instalace a konfigurování prohlížeče proteinových struktur; prohlížení a manipulace s proteinovými strukturami na počítači; popis strukturních elementů (alfa šroubovice, beta skládané listy, klubka); strukturní klasifikace proteinů pomocí online nástrojů 5) RNA struktury, SNP and haplotypy definice genomiky a popis bioinformatických aplikací, které využívá; definování jednonukleotidových polymorfismů (SNP, "single nucleotide polymorphism") a popis jejich obecného rozšíření v lidském genomu; definování haplotypů a jejich význam pro bioinformatickou analýzu; vysvětlení aplikací analýzy SNP a haplotypů; získání a interpretace dat o SNP a haplotypech z prohlížeče genomu; popis sekundární struktury RNA; použití online nástrojů pro získání RNA sekvencí a strukturní predikce RNA; popis rozdílných typů RNA včetně miRNA; použití online nástrojů k nalezení elementů popisujících sekundární strukturu RNA; použití online nástrojů pro hledání miRNA v RNA sekvencích 6) Fylogenetika a srovnávací genomika definice fylogeneze a hledání fylogenetických vztahů pomocí bioinformatických nástrojů; seřazení sekvencí s použitím programu ClustalW; odhad vzdálenosti mezi sekvencemi; rozdíl mezi orthology, paralogy a xenology; konstrukce fylogenetických stromů s použitím programu ClustalW; popis algoritmů pro konstrukci fylogenetických stromů (UPGMA, fitch, neighbor-joining); konstrukce stromů použitím programového balíku Phylip 7) Bioinformatika v glykobiologii struktury sacharidů; databáze glykoenzymů; glykosylace proteinů; bioinformatická analýza glykanových struktur; predikce proteinové glykosylace; program Glycoworkbench; experimentální metody analýzy glykosylace proteinů; 3-D struktura komplexních sacharidů; int
|
| Studijní aktivity a metody výuky |
Monologická (výklad, přednáška, instruktáž), Dialogická (diskuze, rozhovor, brainstorming)
|
| Výstupy z učení |
|
Předmět vysvětluje teoretické i praktické souvislosti bioinformatiky. Jsou zahrnuty biologické databáze, seřazování sekvencí ("alignment"), struktury genů a proteinů, predikce proteinové struktury, molekulární fylogenetika, genomika, proteomika a glykobiologie. Studenti získají praktické zkušenosti s nástroji bioinformatiky a budou rozvíjet dovednosti ve sběru a prezentaci bioinformatických dat, stejně jako základy programování ve skriptovacím jazyce.
Studenti získají základní znalosti o bioinformatice, tj. čím se zabývá, a budou seznámeni s bioinformatickými nástroji a jejich aplikováním. |
| Předpoklady |
|
úspěšné absolvování předmětů prvních tří semestrů studijního plánu bakalářského studijního oboru Bioinformatika, zejména pak předmětů KMI/UDI a KBC/UBCH.
KBC/BCH ----- nebo ----- KBC/UBC ----- nebo ----- KBC/UBCH |
| Hodnoticí metody a kritéria |
|
Písemná zkouška, Seminární práce
Přednáška je doplněna seminářem, kde se řeší úkoly pod dohledem vyučujícího, dále domácími úkoly a požadavkem na splnění samostatného bioinformatického projektu. Studenti musí na semináři úspěšně absolvovat i dva písemné zkušební testy (60% bodů). |
| Doporučená literatura |
|
| Studijní plány, ve kterých se předmět nachází |
| Fakulta | Studijní plán (Verze) | Kategorie studijního oboru/specializace | Doporučený semestr | |
|---|---|---|---|---|
| Fakulta: Přírodovědecká fakulta | Studijní plán (Verze): Bioinformatika (2021) | Kategorie: Informatické obory | 2 | Doporučený ročník:2, Doporučený semestr: Letní |
| Fakulta: Přírodovědecká fakulta | Studijní plán (Verze): Informatika - specializace Umělá inteligence (2020) | Kategorie: Informatické obory | 1 | Doporučený ročník:1, Doporučený semestr: Letní |
| Fakulta: Přírodovědecká fakulta | Studijní plán (Verze): Aplikovaná informatika - specializace Vývoj software (2024) | Kategorie: Informatické obory | 1 | Doporučený ročník:1, Doporučený semestr: Letní |
| Fakulta: Přírodovědecká fakulta | Studijní plán (Verze): Biochemie (2022) | Kategorie: Chemické obory | 2 | Doporučený ročník:2, Doporučený semestr: Letní |
| Fakulta: Přírodovědecká fakulta | Studijní plán (Verze): Analytický biochemik (2024) | Kategorie: Chemické obory | 1 | Doporučený ročník:1, Doporučený semestr: Letní |
| Fakulta: Přírodovědecká fakulta | Studijní plán (Verze): Informatika - specializace Obecná informatika (2020) | Kategorie: Informatické obory | 1 | Doporučený ročník:1, Doporučený semestr: Letní |
| Fakulta: Přírodovědecká fakulta | Studijní plán (Verze): Učitelství informatiky pro střední školy maior (2019) | Kategorie: Pedagogika, učitelství a sociální péče | 1 | Doporučený ročník:1, Doporučený semestr: Letní |
| Fakulta: Přírodovědecká fakulta | Studijní plán (Verze): Aplikovaná informatika - specializace Počítačové systémy a technologie (2024) | Kategorie: Informatické obory | 1 | Doporučený ročník:1, Doporučený semestr: Letní |