Bioinformatika

Opis predmeta

Bioinformatika je grana znanosti koja usko povezuje biologiju i računarstvo, a ubrzano se razvijala zadnja dva desetljeća. Pojeftinjenje i sve veća dostupnost tehnologije sekvenciranja rezultirale su stvaranjem velikih skupova bioloških podataka. Veličina i posebnosti tih podataka motivirale su razvoj novih računalnih metoda koje bi omogućile njihovu pohranu, obradu, analizu i prikaz. U ovom predmetu naglasak će biti na računalnom pristupu analizi bioloških slijedova. Bit će izloženi algoritmi i alati za: poravnavanje bioloških slijedova, slaganje genoma i transkriptoma, pronalaženje gena te postupci za rekonstrukciju filogenetskog stabla.

Opće kompetencije

Temeljna znanja o prikazu i načinu pohrane bioloških slijedova. Upiti nad biološkim bazama podataka. Primjena i klasifikacija algoritama i alata za: poravnavanje nukleotidnih i proteinskih slijedova, sastavljanje genoma i transkriptoma, pronalaženje gena u genomima i transkriptomima. Razumijevanje i primjena postupaka za određivanje evolucijskih udaljenosti između bioloških slijedova te određivanje filogenetskog stabla.

Ishodi učenja

  1. Objasniti neke od otvorenih problema i izazova u modernoj Bioinformatici
  2. Ocijeniti mogućnost primjene pojedinih bioinformatičkih algoritama
  3. Dizajnirati algortime koji rješavaju probleme u sastavljanju sekvenci
  4. usporediti i evaluirati metode za poravnanje sekvenci
  5. Dizajnirati algoritme za izradu filogenetskih stabala
  6. Analizirati podatatke iz bioloških baza

Oblici nastave

Predavanja

Nastava će se izvoditi kroz interaktivna predavanja, koja će uključivati rad na računalu i raspravu.

Provjere znanja

Međuispit će se održati u 8-om tjednu nastave, a završni u 15-om.

Ostali oblici skupnog ili samostalnog učenja

Projektni ili seminarski rad u grupama do 6 studenata

Način ocjenjivanja

Kontinuirana nastava Ispitni rok
Vrsta provjere Prag Udio u ocjeni Prag Udio u ocjeni
Seminar/Projekt 0 % 40 % 0 % 40 %
Međuispit: Pismeni 0 % 25 % 0 %
Završni ispit: Pismeni 0 % 35 %
Ispit: Pismeni 0 % 60 %

Tjedni plan nastave

  1. Što je bioinformatika? Uvod u molekularnu biologiju: DNA, RNA, genomi, proteinski slijedovi. Biološke baze podataka. Podatkovni formati bioloških slijedova.
  2. Uvod u sekvenciranje genoma i transkriptoma. Projekt sekvenciranja ljudskog i drugih genoma. Visoko protočno sekvenciranje i sastavljanje genoma i transkriptoma. Evaluacija sastavljenog genoma i transkriptoma.
  3. Homologija i sličnost između slijedova. Poravnavanje slijedova: lokalno, globalno. Dinamičko programiranje poravnavanja slijedova.
  4. Poravnavanje temeljeno na indeksiranju. BLAST i njegove varijante.
  5. Sufiksno i prefiksno stablo. Sufiksno polje.
  6. Metode raspršenog adresiranja primijenjene na podatke dobivene visoko protočnim sekvenciranjem. Poravnavanje parova slijedova. Poravnavanje više slijedova odjednom.
  7. Burrows-Wheelerova transformacija. Samostojeći indeksi. Usporedba metodi raspršenog adresiranja i metoda temeljenih na BWT.
  8. Međuispit
  9. Filogenija. Evolucijski modeli. Izgradnja filogenetskog stabla.
  10. Pronalaženje gena u genomu i transkriptomu.
  11. Strukture za pohranu podataka. Sažimanje podataka kod visoko protočnog sekvenciranja.
  12. Sastavljanje slijeda.Mapiranje i de novo sastavljanje. Algoritmi za mapiranje. Ponavljanja i maskiranje.
  13. De novo sastavljanje. Hamiltonov i Eulerov put u grafu.
  14. Metode za de novo sastavljanje. Problemi kod izrade grafova.
  15. Završni ispit

Studijski programi

Sveučilišni diplomski
Automatika (profil)
preporučeni izborni predmeti (3. semestar)
Elektroničko i računalno inženjerstvo (profil)
preporučeni izborni predmeti (3. semestar)
Obradba informacija (profil)
Predmeti specijalizacije profila (1. semestar) (3. semestar)
Programsko inženjerstvo i informacijski sustavi (profil)
Predmeti specijalizacije profila (1. semestar) (3. semestar)
Računalno inženjerstvo (profil)
Predmeti specijalizacije profila (1. semestar) (3. semestar)
Računarska znanost (profil)
preporučeni izborni predmeti (3. semestar)
Telekomunikacije i informatika (profil)
preporučeni izborni predmet (3. semestar)

Literatura

D. Gusfield (1997.), Algorithms on Strings, Trees and Sequences: Computer Science and Computational Biology, Cambridge University Press
N.C. Jones, P. J. Pevzner (2004.), An Introduction to Bioinformatics Algorithms, MIT Press
R. C. Deonier, S. Tavaré, M. S. Waterman (2010.), Computational Genome Analysis: An Introduction, Springer
M. Zvelebil, J. O. Baum (2007.), Understanding Bioinformatics, Garland Science
J. Pevsner (2009.), Bioinformatics and Functional Genomics, 2nd Edition, Wiley-Blackwell

Izvedba

ID 103777
  Zimski semestar
4 ECTS
R1 Engleski jezik
R1 E-učenje
30 Predavanja
0 Auditorne vježbe
0 Laboratorijske vježbe

Ocjenjivanje

90 izvrstan
75 vrlo dobar
60 dobar
50 dovoljan