مقدمه‌ای بر بیوانفورماتیک

Introduction to Bioinformatics

شماره درس: ۴۰۴۹۴ تعداد واحد: ۳
مقطع: کارشناسی نوع درس: نظری
پیش‌نیاز: ساختمان داده‌ها و الگوریتم‌ها، آمار و احتمال مهندسی هم‌نیاز: –

اهداف درس

هدف از این درس، آشنایی دانشجویان با ضروریات تحلیل داده‌های بیوانفورماتیک است. این ضروریات شامل مروری از کلیدی‌ترین مباحث زیست‌شناسی سلولی و مولکولی، الگوریتم‌های پایه‌ای بیوانفورماتیک، روش‌های آماری و یادگیری ماشین مورد استفاده در تحلیل‌ داده‌های زیست-پزشکی، داده‌پایگاه‌های بیوانفورماتیک، و تحلیل عملی داده‌ها بر روی سیستم عامل لینوکس و در محیط برنامه‌نویسی R است. انتظار می‌رود دانشجویان پس از گذراندن این درس، دانش پایه‌ای لازم را برای مطالعه‌ی پژوهش‌های جدید و گذراندن سایر درس‌های این حوزه‌ کسب کنند.

ریز مواد

  • مقدمه
    • ضرورت یادگیری بیوانفورماتیک
    • کاربردهای بیوانفورماتیک در پژوهش‌های زیست‌شناسی و پزشکی
  • ضروریات زیست‌شناسی سلولی و مولکولی
    • اجزای سلول
    • ساختار DNA و تکثیر آن
    • ساختار RNA و رونویسی
    • ساختار پروتئین و ترجمه‌
    • تنظیم بیان ژن‌ها
    • تمایز سلولی
  • ‌ آشنایی با داده‌های بیوانفورماتیک
    • فن‌آوری‌های تولید داده‌های زیستی شامل Microarray و Next Generation Sequencing
    • داده‌پایگاه‌های مهم داده‌های زیست‌پزشکی
    • ادغام داده‌های داده‌پایگاه‌های مختلف
  • مقدمه‌ای بر روش‌های آماری
    • تحلیل تفاوت بیان ژن
    • آزمون‌های آماری
    • مقدار پی
    • روش‌های اصلاح مقدار پی
    • کاهش ابعاد داده‌های زیستی
  • تحلیل مقدماتی داده‌های زیستی با استفاده از زبان برنامه‌نویسی R
    • مقدمه‌ای بر برنامه‌نویسی در R
    • نمایش داده‌ها در R
    • کتابخانه‌های R/Bioconductor
    • تحلیل داده‌های بیان ژنی Microarray
    • تحلیل داده‌های RNASeq
    • تحلیل GO و Pathway
    • تحلیل GSEA
    • متاآنالیز داده‌ها
  • آشنایی با تحلیل داده‌ها روی سرور Linux
    • ارتباط با سرور لینوکس از طریق SSH و انتقال امن فایل
    • برنامه‌نویسی Bash در محیط لینوکس
    • نصب و به کارگیری نرم‌افزارهای بیوانفورماتیک به صورت مستقیم
    • آشنایی با BioConda
    • اجرای هم‌روند نرم‌افزارها
  • مقدمه‌ای بر الگوریتم‌های بیوانفورماتیک
    • هم‌ردیفی توالی‌های زیستی
    • درخت‌های تبار (Phylogenetic Trees)
    • اسمبلی ژنوم
    • تطابق خوانده‌ها با ژنوم (Alignment)
    • پیداکردن موتیف‌ها (Motifs)
  • تحلیل‌های زیست‌شناسی سیستمی
    • کاربرد معادلات دیفرانسیل
    • تحلیل تمایز
  • تحلیل داده‌های ساختاری
    • آشنایی با مساله‌های تاخوردگی RNA و پروتئین
    • اتصال پروتئین‌ها

ارزیابی

  • کارگاه (۲ نمره)
  • تمرین (۵ نمره)
  • پروژه (۳ نمره)
  • آزمون میان‌ترم (۵ نمره)
  • آزمون پایان‌ترم (۵ نمره)

مراجع

  1. Bruce Alberts et al. Essential Cell Biology. Garland Science, 2013.
  2. Neil C. Jones and Pavel A. Pevzner. An Introduction to Bioinformatics Algorithms. The MIT Press, 2004.