| 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) Definice bioinformatiky; historické a vědecké souvislosti vývoje disciplíny; cíle a postupy bioinformatiky; nukleotidové a aminokyselinové sekvence; genetický kód; chemické vlastnosti aminokyselin a nukleotidů; metody sekvenční analýzy DNA a proteinů. 2) Formáty zápisu sekvencí; výhody formátu FASTA oproti flatfile a prostému textu; veřejně dostupné databáze sekvencí; druhy databází (primární vs. sekundární); konsorcium DDBJ/EMBL/GenBank; přístupové kódy, taxonomické identifikátory; genomové a proteomové databáze; bioinformatické zdroje na internetu. 3) Čtení informací ze sekvencí; databáze sekvenčních motivů; buněčný transport proteinů; predikce buněčné lokalizace proteinů; posttranslační modifikace a jejich predikce; predikce sekundárních struktur proteinů; genová ontologie - význam a použití; prohlížeče genové ontologie; databáze STRING (protein-proteinové interakce). 4) Posuzování podobnosti sekvencí; pojem sekvenční homologie; párové a mnohočetné přiřazení sekvencí; bodový diagram; algoritmy pro přiřazení; substituční matice; formáty mnohočetného přiřazení; softwarové nástroje pro přiřazení; pojem weblogo. 5) Prohledávání databází podle podobnosti se známou sekvencí; algoritmy FASTA a BLAST; varianty programu BLAST pro aminokyselinové a nukleotidové sekvence; PSI-BLAST a MS-BLAST; prohledávání strukturních databází sekvenčním dotazem - navlékací algoritmy. 6) Definice fylogeneze a hledání fylogenetických vztahů pomocí bioinformatických nástrojů; vzdálenostní a znakové metody konstrukce fylogenetických stromů, přehled, výhody a nevýhody; hodnocení kvality stromu - bootstrapping; volně dostupné nástroje pro konstrukci fylogenetických stromů; vizualizace - pravoúhlá, hvězdicová. 7) Prokaryontní a eukaryontní geny; metody predikce genů; GENESCAN a NetGene2; typy RNA, úrovně struktury RNA; predikce RNA struktury; genetická diverzita; jednonukleotidové polymorfismy (SNPs), inzerce a delece; studium a diagnostika genetických variant; databáze SNPs; haplotypy a jejich analýza; predikce asociace genotypu na fenotyp, GWAS. 8) Úrovně struktury proteinů; metody stanovení struktury makromolekul, rentgenová krystalografie, nukleární magnetická rezonance, kryoelektronová mikroskopie; databáze Protein Data Bank (PDB); PDB formát; software pro molekulovou grafiku. 9) Strukturní klasifikace proteinů; databáze SCOP a CATH; databáze AlphaFold; predikce prostorové struktury proteinů; molekulové dokování - cíl, význam a princip; programy AutoDock, AutoDock Vina a SwissDock; geometrie molekul; dokování naslepo (Achilles server); predikce protein-proteinových interakcí; databáze PPI3D; programy LightDock a Frodock. 10) Bioinformatika v glykobiologii; struktury sacharidů; glykosylace proteinů; N-glykany a O-glykany; databáze GAG-DB; pojem sacharidový kód; informace získávané analýzou glykoproteinů; metody analýzy glykanů a glykoproteinů; enzymová deglykosylace; programy GlycoMod, GlycoWorkbench a SugarSketcher.
|
| 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.
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. Písemná zkouška potvrzující znalost vyučované látky je v délce 1 hodiny, 8 otázek, maximální počet bodů 24. A: 24-22 bodů B: 21-19 bodů C: 18-16 bodů D: 15-14 bodů E: 13-12 bodů F: méně než 12 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): Biochemie (2026) | 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): 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): Informatika - specializace Obecná informatika (2020) | Kategorie: Informatické obory | 1 | Doporučený ročník:1, 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 Počítačové systémy a technologie (2024) | 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 |