Ceramah tentang bioinformatika: dari statistik hingga konstruksi genetik

Untuk melibatkan diri dalam bidang ilmiah yang relatif baru, ada sejumlah besar acara dan proyek yang berbeda. Dalam beberapa tahun terakhir, jumlah dan format mereka telah berkembang secara signifikan: kuliah terbuka dan seluruh festival ilmiah, kursus online dan program online, magang musim panas dan sekolah, kuliah informal di bar, proyek sumber terbuka dan sebagainya.

Selama lima tahun sekarang, Institute of Bioinformatics telah mengumpulkan ilmuwan dan mahasiswa bioinformatika dari seluruh negeri dan telah mengirimkan ahli biologi, dokter, ilmuwan komputer, dan ahli matematika ke bioinformatika, yang masih merupakan bidang yang sangat dinamis, selama studi intensif selama seminggu di luar kota di sekolah musim panas. Sejak 2013, kami telah merekam ceramah video dan mengumpulkan pilihan bahan yang bermanfaat bagi mereka yang tidak terlibat dalam acara, tetapi ingin mengembangkan di bidang ini.

Kurikulum sekolah dirancang sedemikian rupa untuk menyatukan dunia biologi dan pemrograman dan merangsang tidak hanya pengembangan profesional, tetapi juga komunikasi interdisipliner.



Kami terus membagikan arsip video ceramah sekolah musim panas. Kuliah yang dapat ditonton tanpa persiapan tambahan ditandai dengan "*". Melihat sisa kuliah membutuhkan pengetahuan di bidang biologi dan pemrograman. Di bawah kucing adalah deskripsi isi ceramah, tautan ke slide dan video.

Statistik dalam bioinformatika

Analisis statistik data biomedis (Mikhail Pyatnitsky, Orekhovich Research Institute of Biomedical Chemistry)
Video | Slide

Kuliah ini berfokus pada aspek praktis dari analisis statistik data '-mix'. Secara khusus, metode analisis eksplorasi, pengenalan pola, analisis kluster dijelaskan.

Bagaimana cara bekerja dengan data dan tidak merasa tidak berdaya? (Nikita Alekseev, Universitas George Washington)
Video | Slide

Di satu sisi, ilmu-ilmu alam menyediakan sejumlah besar data dan mengajukan berbagai pertanyaan terkait data ini. Di sisi lain, statistik memiliki banyak metode untuk menyelesaikan masalah seperti itu. Kelimpahan seperti itu, tentu saja, membawa serta kesulitan - bagaimana memilih metode yang cocok untuk menyelesaikan masalah khusus Anda, bagaimana memperhitungkan semua nuansa dan tidak bingung dalam semua ini. Tidak ada resep universal. Kuliah membahas berbagai pendekatan untuk masalah ini.

Bagaimana cara mengajukan pertanyaan kepada ahli statistik yang familier (Nikita Alekseev, postdoc, George Washington University)
Video | Slide

Kuliah akan bermanfaat bagi semua orang yang menghadapi masalah pemrosesan data statistik. Solusi apa yang mungkin bagi mereka, kesulitan apa yang muncul, dan apa yang harus ditanyakan statistik dengan siapa mereka mulai bekerja sama untuk mendapatkan manfaat maksimal untuk proyek mereka.

Immunoinformatika

Analisis repertoar reseptor imun (Vadim Nazarov, Sekolah Tinggi Ekonomi, Institut Kimia Bioorganik RAS)
Video | Slide

Penggunaan teknologi NGS dalam imunologi memungkinkan pengurutan repertoar reseptor sel yang sangat dalam. Namun, sayangnya, orang tidak bisa hanya melihat dan menerima wawasan tentang data yang diperoleh - perlu mengembangkan berbagai metode untuk menganalisis repertoar. Tentang metode apa yang dikembangkan, seberapa memadai mereka, di mana dunia ini bergerak, dan di mana Anda dapat menerapkannya.

Immunoinformatika: pendekatan algoritmik untuk menyelesaikan masalah imunologi terapan (Yana Safonova, Pusat Bioteknologi Algoritma, Universitas Negeri St. Petersburg)
Video | Slide

Analisis sistem imun adaptif merupakan langkah penting dalam pengembangan obat, evaluasi efektivitas pengobatan, dan studi berbagai penyakit. Teknologi NGS modern telah memungkinkan untuk melakukan pemindaian mendalam repertoar antibodi dan reseptor sel-T, yang berkontribusi pada pengembangan bidang bioinformatika baru: imunoinformatika.

Immunoinformatika memecahkan masalah yang digunakan di berbagai bidang imunologi: memantau perkembangan respons imun, menganalisis perkembangan evolusioner repertoar, memahami keanekaragaman sistem imun adaptif. Dalam kerangka kuliah, tugas-tugas immuno-informatika modern dipertimbangkan dan prospek pengembangannya dibahas.



Barcode molekul, analisis repertoar reseptor sel-T dan antibodi (Dmitry Chudakov, Kepala Laboratorium Genomik Kekebalan Adaptif di Institut Kimia Bioorganik dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, Kepala Kelompok Imunitas Adaptif di CEITEC MU, Universitas Masaryk)
Video | Slide

Sequencing kinerja tinggi dari fragmen genom kepentingan (resequencing yang ditargetkan) berpotensi memungkinkan analisis mendalam untuk mengidentifikasi keberadaan subvarian urutan langka dalam sampel, serta memberikan gambaran lengkap tentang struktur keragaman urutan dalam sampel.

Namun, “bottlenecks” pada tahap persiapan dan persiapan sampel untuk sekuens besar-besaran, distorsi kuantitatif yang terkait dengan sifat stokastik PCR, amplifikasi yang tidak sama dan sekuensing dari urutan yang berbeda, serta akumulasi kesalahan PCR dan sekuensing yang tepat, secara signifikan membatasi kemungkinan analisis tersebut.

Barcode molekul unik (bacrodes molekul unik, pengidentifikasi molekul unik, UMI) memungkinkan Anda untuk secara radikal meningkatkan kualitas sequencing, termasuk sequencing diperpanjang, efektif memperbaiki kesalahan akumulasi tanpa kehilangan berbagai pilihan nyata, menghilangkan distorsi kuantitatif, dan juga secara praktis menormalisasi sampel untuk analisis komparatif.

Ceramah ini menjelaskan bagaimana pendekatan barcode barcode bekerja dengan contoh-contoh dari pengalaman pribadi yang bekerja dengan repertoar reseptor sel imun - reseptor sel T dan antibodi.

Biologi sistem

Pengantar Biologi Sistem (Ilya Serebriisky, Pusat Kanker Fox Chase, AS)
Video | Slide

Kuliah ini memberikan gambaran umum tentang sifat sistem benda biologis. Penjelasan singkat tentang komponen utama biologi sistem. Interactomics, pembangunan model. Beberapa kemajuan dalam biologi sistem (selektif, terutama di bidang onkologi) dan sumber daya publik terkait (TCGA / cBioPortal, CCLE)



Biologi sistem komputasi untuk studi dan pengobatan kanker (Andrey Zinoviev, Institut Curie)
Video | Slide

Biologi sistemik komputasi kanker adalah penerapan pendekatan sistem biologi umum yang berkaitan dengan pengumpulan sistematis data genome-lebar dan pemodelan matematika mereka untuk studi karsinogenesis, prediksi dan pengembangan metode pengobatan kanker baru. Pendekatan data dikaitkan dengan sejumlah fitur seperti mempertimbangkan evolusi cepat dari sistem biologis dalam kondisi ketidakstabilan genomik dan epigenomik, interaksi dengan sel stroma normal dan paparan berbagai faktor lingkungan interseluler, keanekaragaman dan kualitas bahan klinis. Kuliah singkat menjelaskan beberapa pendekatan karakteristik untuk analisis dan pemodelan data dalam biologi kanker. Secara khusus, prinsip-prinsip formalisasi dan penggunaan dalam pemodelan pengetahuan biokimia kanker ( Atlas Jaringan Sinyal dalam Kanker ), pendekatan untuk dekonvolusi profil molekul-lebar genom dalam kanker, pembangunan model matematika diskrit untuk memprediksi evolusi tumor kanker.

Masalah reproduksibilitas hasil dalam biologi sistemik dan tidak hanya (Ilya Serebriisky, Pusat Kanker Fox Chase, AS)
Video | Slide

Masalah reproduktifitas hasil adalah kunci untuk biologi modern, terutama untuk biologi sistem. Kuliah ini dikhususkan untuk meninjau keadaan saat ini, masalah utama reproduksibilitas, penyebabnya. Tanggung jawab organisasi, jurnal ilmiah, peneliti. Fitur masalah dalam sistem biologi. Arah utama pemecahan masalah reproduktifitas.

Lain-lain

"Motif" - pola dalam urutan genomik (Ivan Kulakovsky, IMB RAS; IOGEN RAS)
Video | Slide

Dari sudut pandang biologi molekuler, kuliah membahas regulasi aktivitas transkripsi gen pada eukariota yang lebih tinggi dan peran faktor transkripsi protein pengatur. Dari sudut pandang bioinformatika, dosen memberi tahu bagaimana representasi motif yang terkomputerisasi - pola karakteristik dalam teks genom - membantu mengenali sinyal pengaturan yang dikenali oleh faktor transkripsi dalam DNA. Dari sudut pandang ilmu komputer, ia menganggap masalah membangun model 'motif' sebagai tugas menemukan kesamaan lokal dari banyak sekuens.



Abstrak urutan promotor (Tatyana Tatarinova, University of Southern California)
Video | Slide

Kuliah ini membahas pola dan sifat dari urutan promotor. Motif dan metilasi dari promotor. Algoritma untuk memprediksi dan menganalisis urutan promotor. Aplikasi dalam bioteknologi.

Prediksi Asal Berdasarkan GPS Pencocokan dan Algoritma Readmix (Tatyana Tatarinova, University of Southern California)
Video | Slide

Kuliah ini dikhususkan untuk genotipe dan pemilihan posisi informatif pada genom, tinjauan teknologi modern, prediksi asal bio-geografis manusia dan organisme lain sesuai dengan analisis genom. Serta analisis dan perbandingan algoritma yang ada untuk biogeografi.

Algoritma dalam bioinformatika (Anton Bankevich, Pusat Bioteknologi Algoritma, Universitas Negeri St. Petersburg)
Video | Slide

Kuliah pengantar tentang algoritma dalam bioinformatika, yang membahas pendekatan utama dan contoh penggunaannya.

Hubungan antara otak dan Pembelajaran Jauh (Dmitry Fishman, Quretec, University of Tartu, Estonia)
Video | Slide

Ceramah ini terdiri dari empat bagian: yang pertama berurusan dengan otak yang memproses berbagai sinyal dari dunia luar, dan pembentukan pengambilan keputusan berdasarkan sinyal yang diterima. Yang kedua adalah evolusi metode pembelajaran mesin, yang menyebabkan munculnya teknologi Deep Learning, yang merevolusi banyak bidang ilmu pengetahuan. Bagian ketiga akan membahas persamaan dan perbedaan antara prinsip-prinsip dasar Deep Learning. Kesimpulannya, dosen memberikan beberapa contoh keberhasilan penerapan Deep Learning dalam bioinformatika, dan apa yang dapat dicapai dalam bidang pencitraan medis menggunakan Deep Neural Networks.

Kuliah ini dibuat oleh perwakilan dari Kelompok Penelitian Ilmu Komputer Komputasi Universitas Tartu . Secara khusus, ide dan slide milik Raul Vincente dan Ilya Kuzovkin. Presentasi asli dalam bahasa Inggris .



Prospek untuk modifikasi buatan genotipe manusia (Alexey Kondrashov, Moscow State University, MSU)
Video

Tidak ada hukum alam yang melarang sintesis molekul DNA panjang dengan urutan tertentu. Apa yang akan menjadi fenotipe seseorang yang genotipenya tidak membawa alel turunan muda? Itu tergantung pada seberapa umum tanda dan epistasis yang menyempit itu. Kuliah membahas pendekatan untuk mempelajari masalah ini.

Bioinformatika dalam sintesis konstruksi genetik (Pavel Yakovlev, BIOCAD)
Video | Slide

Pengembangan metode desain molekuler in silico memungkinkan Anda untuk membangun konstruksi protein dengan sifat yang diinginkan. Urutan asam amino yang diperoleh paling mungkin membentuk protein dengan fungsi yang diinginkan. Tetapi muncul tantangan baru: membangun garis sel yang akan mensintesis protein semacam itu. Ceramah ini membahas masalah-masalah yang muncul ketika memecahkan masalah ini: mengapa Anda tidak dapat mengambil transkrip terbalik, bagaimana mengumpulkan gen yang diperlukan, bagaimana memasukkannya ke dalam vektor, dan, tentu saja, dari mana bioinformatika berasal?



Tinjauan pengukuran genomik modern sel-sel individu (Petr Harchenko, Universitas Harvard)
Video | Slide

Studi tentang jaringan kompleks dan klasifikasi jenis sel secara tradisional didasarkan pada sifat morfologis dan sitologi. Beberapa jenis teknologi eksperimental baru sekarang memungkinkan kita untuk mempelajari karakteristik genom sel individu dan secara bersamaan mengukur ratusan atau ribuan sel individu. Kuliah ini memberikan ikhtisar tentang teknologi dan metode bioinformatika yang digunakan untuk mengklasifikasikan jenis sel, kondisi, dan garis genetik dari data yang serupa.

Penggunaan data omixic dalam studi evolusi manusia (Filip Khaitovich, Institut Shanghai untuk Ilmu Biologi, SkolTech)
Video | Slide

Konsentrasi metabolit dan lipid dapat digunakan untuk menilai keadaan fisiologis jaringan. Kuliah ini menyajikan beberapa studi komprehensif tentang tingkat konsentrasi metabolit dan lipid dalam jaringan manusia dan hewan, yang memberikan pengetahuan baru tentang mekanisme molekuler yang mendasari fitur fisiologis yang unik bagi manusia.

Kata penutup

Pada tahun 2016, sekolah musim panas tentang bioinformatika didukung oleh JetBrains , RVC , BIOCAD , Sistem EPAM , Parseq Lab , yang banyak terima kasih untuk mereka.

Pada 2017, sekolah bioinformatika musim panas akan diadakan mulai 31 Juli hingga 5 Agustus di Dolgoprudny di Institut Fisika dan Teknologi Moskow . Fokus sekolah tahun ini adalah pada penambangan data dalam bioinformatika. Batas waktu pengiriman aplikasi - 10 Juni . Terburu-buru untuk mendaftar.