1) Практическое занятие: «Системная биология и компьютерное моделирование
в персонализированное медицине»
• Alexey Kolodkin, Swammerdam Institute for Life Sciences, University of Amsterdam, Amsterdam
• Olga Krebs, Heidelberg Institute for Theoretical Studies
Курс рассчитан как на абсолютных новичков, желающих понять принципы компьютерного моделирования биологических систем с помощью Обыкновенных Дифференциальных Уравнений, так и на опытных моделистов, для которых будут предложены уникальные упражнения для самостоятельного использования уже приготовленных моделей, используемых в настоящее время для разработки подходов в персонализированной медицине, в частности компьютерная модель разработанная в сотрудничестве между университетами Люксембурга и Амстердама, описывающая механизм оксидативного стресса при развитии болезни Паркинсона. Кроме того, студентами будут изучены возможности загрузки моделей в стандартном формате (SBML) в базу данных (FAIRDOMHub), позволяющей не только сохранение и сравнение различных версий модели, но и их визуализацию, симуляцию и сохранение результатов симуляции в форме архива.
2) Практическое занятие: «Топологический анализ стехиометрических моделей метаболических сетей»
• Zakhartsev Maksim, Norwegian University of Life Sciences, Ås
Цель практических занятий состоит в том, чтобы научится составлять стехиометрические модели биологических объектов. Мы будем проводить анализ метаболической активности объекта, его ростовой стехиометрии, основываясь на неструктурированной модели (элементарный баланс, баланс степени восстановленности, вычисление степени свободы, определение наблюдаемости модели и тд). Основываясь на известной информации о метаболизме биологического объекта, опубликованного в открытых базах данных (e.g. BioCyc, KEGG), мы будем строить структурированную модель, и проводить топологический анализ сети (элементарный баланс, вычисление степеней свободы, ввод естественных ограничений, i.e. irreversible steps, выявление замкнутых циклов и параллельных путей, анализ nullspace, определение и убирание subsets), с целью подготовить модель для FBA и далее для MFA. В ходе анализа мы проведём оценку оборота естественных conserved moiety (NAD+/NADH, ATP/ADP). Моделирование будет проводиться в среде MATLAB и специализированном пакете InSilico Discovery. Результатом упражнения будет короткая презентация (до 10 слайдов) рассказывающая об объекте исследования, целях и задачах и представляющая основные результаты моделирования.
3) Практическое занятие: «Коррекция на множественное тестирование» («Multiple Testing»)
- Grosse Ivo, Halle-Wittenberg University, Halle
The fundamental problem of multiple testing occurs in bioinformatics and computational biology when high-throughput data are being analyzed and multiple statistical tests are being performed simultaneously. For example, this occurs when identifying differentially expressed genes or alternatively spliced isoforms from RNA-seq data, where the statistical significance of gene expression changes or of alternative splicing events must be estimated for every gene or for every isoform simultaneously. Several approaches for quantifying the probability of making false positive predictions, i.e., type-I errors, such as the family-wise error rate (FWER) or the false discovery rate (FDR) have been proposed, and several correction procedures that control the FWER or the FDR have been developed in the last decades. In this course, the participants of the summer school will learn about these approaches and several correction procedures including one-step correction procedures such as the Sidak procedure or the Bonferroni procedure, step-down correction procedures such as the Holm-Sidak procedure or the Holm-Bonferroni procedure, and step-up correction procedures such as the Hochberg procedure, the Benjamini-Hochberg procedure, or the Benjamini-Yekutieli procedure.
4) Практическое занятие: «Применение ANDSystem для реконструкции и анализа молекулярно-генетических сетей, связанных с заболеваниями и фенотипическими признаками»
- Сайк Ольга Владимировна, ИЦиГ СО РАН, Новосибирск, Россия
В рамках практического занятия будет проведено:
1. Ознакомление с методами автоматического анализа текстов (text-mining);
2. Анализ сверхпредставленных Gene Ontology биологических процессов ресурсом DAVID;
3. Знакомство с системой ANDSystem,позволяющей проводить реконструкцию и анализ молекулярно-генетических сетей, связанных с заболеваниями и фенотипическими признаками;
4. Овладение методами реконструкции и анализа ассоциативных генных сетей с помощью системы ANDSystem;
5. Ознакомление с методами оценки центральностей вершин в графах и кластеризации генных сетей.
5) Практическое занятие: «Генетика заболеваний человека и Rational Drug Design»
- Власов Пётр Константинович, Institute of Science and Technology, Австрия
Главная цель проекта – дать участникам представление о современной молекулярной биологии генетике в контексте их «проекции» на разработку лекарственных препаратов и на персонализированную биомедицину. В проекте объединяются теоретические методы геномики, рационального дизайна лекарств и системной биологии. Проект включает (1) теоретический курс: обсуждение разнообразных разделов и технологий молекулярной и клеточной биологии, переносимых в медицину, практику системного подхода в поиске терапевтических мишеней, самостоятельный поиск и анализ соответствующей информации и пр… и (2) научную работу: изучение и использование современных методов моделирования белковых структур и белок-лигандных взаимодействий с применением актуальных биологических и медицинских ресурсов и баз данных (по генам и геномам, белкам, метаболитам, низкомолекулярным соединениям и лекарственным препаратам).
Проект рассчитан на нескольких участников — студентов/аспирантов/молодых учёных — которые в процессе проектной деятельности (прослушав вышеупомянутый курс и освоив соответствующие методы) используют полученные знания для анализа полиморфизмов (Single Nucleotide Polymorphisms, SNPs), встречающихся в геноме человека и связанных с различными фенотипами, в т.ч. болезненными. Предполагается сделать акцент на моделирование SNPs, ассоциируемых с нарушениями, возникающими и развивающимися в позднем возрасте (в т.ч. такими «громкими», как Альцгеймер, Паркинсонизм и пр.). Задачей участников станет оценка эффектов влияния упомянутых SNPs на структуры и функции конкретных белков и на ход биохимических каскадов, в которых эти белки задействованы – в надежде обнаружить новые интересные «мишени» для (потенциального) терапевтического воздействия.
6) Практическое занятие: «Моделирование контроля клеточного цикла»
- Barberis Matteo, Swammerdam Institute for Life Sciences, University of Amsterdam, Amsterdam
7) Практическое занятие: «Гомологическое моделирование белков»
- Бакулина Анастасия Юрьевна, Новосибирский государственный университет, Новосибирск, Россия
Тема лекции: «Моделирование белков по гомологии» На лекции будет рассказано о методе построения пространственной структуры белков по гомологии, то есть с использованием известной пространственной структурой других белков в качестве шаблона. Также будут описаны ограничения метода, способы оценки качества моделей, и будет дан краткий обзор возможным вариантам использования моделей для решения практических задач молекулярной биологии.
Тема занятий:
1. Знакомство с базой белковых структур PDB и классификациями белковых структур SCOP и CATH. Знакомство с серверами, помогающими построить модели белков (Genesilico metaserver, Swiss-Model, I-tasser). Запуск последовательностей будущих моделей на различных серверах.
2. Работа с программами просмотра пространственных структур белков в формате PDB (Accelrys Visualizer, PyMOL) — основные возможности. Изучение формата PDB.
3. Структурное выравнивание. Сравнение моделей, полученных разными способами, и реальных структур.
8) Практическое занятие: «Введение в молекулярную эволюцию»
- Афонников Дмитрий Аркадьевич, ИЦиГ СО РАН, НГУ, Новосибирск, Россия
Курс рассчитан для начинающих биоинформатиков и биологов, для которых необходимо решать базовые задачи по реконструкции филогении. Практическое занятие будет посвящено методам решения основных задач филогении: поиск гомологов в базах данных аминокислотных последовательностей, выравнивание последовательностей, реконструкция филогении и ее анализ. Работа с данными будет продемонстрирована на примере пакета SAMEM (http://pixie.bionet.nsc.ru/samem/) и плагина Orthoscape http://apps.cytoscape.org/apps/orthoscape) для пакета Cytoscape
