Традиционно в рамках школ серии SBB «Системная Биология и Биоинфомрацтика» проходят практические занятия, закрепляющие теоретические знания, полученные участниками на пленарных лекциях.
На школе SBB-2020 также будут проведены групповые практические занятия (продолжительность ~ 20 часов, по 10-15 человек в группе) по следующим темам:
- Поиск сайта интеграции трансгена при помощи технологии ONT
Фишман Вениамин Семенович, к.б.н., в.н.с., ИЦиГ СО РАН, Новосибирск, РФ - Анализ уровня экспрессии таргетных генов с помощью метода RT-PCR
Водясова Екатерина Александровна, м.н.с. ФИЦ ИнБЮМ, СевГУ, Севастополь, РФ - От генома к модели
Казанцев Федор Владимирович, м.н.с., ИЦиГ СО РАН, Новосибирск, РФ - Функциональная аннотация дифференциально экспрессируемых генов
Генаев Михаил Александрович, к.б.н., н.с., ИЦиГ СО РАН, Новосибирск, РФ - Компьютерное моделирование пространственных структур биомолекул
Иванисенко Никита Владимирович, н.с., ИЦиГ СО РАН, Новосибирск, РФ - Сборка и аннотация геномов прокариот
Корженков Алексей Александрович, НИЦ КИ, Москва, РФ - Популяционно-генетический анализ геномных данных
Расторгуев Сергей Михайлович, к.б.н., с.н.с НИЦ КИ, Москва, РФ
Для участия в практических занятиях необходимо иметь свои ноутбуки.
Перед началом школы:
— участники будут распределены по практикам;
— лекторами, ведущими практику, будет дан перечень обязательного программного обеспечения для работы на практике, которое нужно будет установить участникам на свои ноутбуки.
ОПИСАНИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ:
Поиск сайта интеграции трансгена при помощи технологии ONT
Фишман Вениамин Семенович, к.б.н., в.н.с., ИЦиГ СО РАН, Новосибирск, РФ
В рамках практического занятия, мы проведем секвенирование геномной ДНК генетически модифицированных мышей для поиска сайта интграции трансгена. «Мокрая» часть будет включать в себя приготовление библиотеки для секвенирования из высокомолекулярной геномной ДНК при помощи набора ONT и последующее секвенирование на ячейке. Биониформационная часть будет включать в себя анализ полученных ридов (анализ распределения длин ридов, выравнивание на геном, анализ геномных вариантов, вычисление среднего покрытия и т.д.), поиск сайта интеграции трансгена, определение внутренней структуры трансгена (поиск конкатемеров).
Анализ уровня экспрессии таргетных генов с помощью метода RT-PCR
Водясова Екатерина Александровна, м.н.с. ФИЦ ИнБЮМ, СевГУ, Севастополь, РФ
Целью практических занятий является освоение молекулярно-генетических методов, традиционно применяющихся в экспериментах по изучению влияния различных внешних или внутренних факторов на функционирование биологических систем путем анализа изучения отдельных генов или целых комплексов генов. На данных практических занятиях будет решаться реальная научная задача по изучению влияния глубокой гипоксии на жизнедеятельность устриц Crassostrea gigas. Программа практических занятий состоит из трех блоков:
— Выделение ДНК и РНК с последующей детекцией нуклеиновых кислот. Проверка праймеров.
— Синтез кДНК.
— Постановка RT-PCR с последующим анализом данных.
От генома к модели
Казанцев Федор Владимирович, м.н.с., ИЦиГ СО РАН, Новосибирск, РФ
В рамках этой практики мы пройдем путь от аннотированного генома бактерии, до модели ее метаболических путей. Для этого нам понадобится Язык программирования Python > 3 версии, среда программирования Spyder (или та в которой вы привыкли), библиотеки biopython и libsbml, Инструментарий Cytoscape и Copasi. На Нашем пути мы построим и раскрасим структурную модель (граф) в Cytoscape, взяв за основу информацию о генах и их продуктах из файлов GBK (NCBI). Опираясь на информацию из Базы Данных KEGG мы найдем и нарисуем метаболические пути представленные в выбранном геноме. После чего перейдем от структурной модели метаболического пути к математической, в виде системы обыкновенных дифференциальных уравнений. Проведем исследование этой модели в системе Copasi.
Функциональная аннотация дифференциально экспрессируемых генов
Генаев Михаил Александрович, к.б.н., н.с., ИЦиГ СО РАН, Новосибирск, РФ
Практикум предназначен для начинающих биоинформатиков и биологов, планирующих заниматься анализом первичных данных высокопроизводительного РНК-секвенирования.Эксперименты с использованием полногеномных методов анализа, в том числе эксперименты по секвенированию транскриптома, постепенно становятся рутинной лабораторной практикой. Для интерпретации результатов таких экспериментов требуется их биоинформатическая обработка. В рамках практикума студенты освоят современные методы анализа данных RNA-seq (Kallisto, DESeq и др.) с целью выявления дифференциально экспрессирующихся генов. Анализ первичных данных секвенирования транскриптома модельного растения Arabidopsis thaliana, кластеризация и функциональная аннотация. Результатом будет короткая презентация с описанием результатов проведенного анализа.
Компьютерное моделирование пространственных структур биомолекул
Иванисенко Никита Владимирович, н.с., ИЦиГ СО РАН, Новосибирск, РФ
Биоинформатические подходы, основанные на анализе трехмерных структур белков, широко применяются для решения целого ряда задач в области геномных, биомедицинских и биотехнологических исследований, включая предсказание того какие мутации в гене могут повлиять на структурные или функциональные свойства белка, трёхмерную упаковку, изменить структуру активного сайта, либо повлиять на стабильность или способность взаимодействовать с другими макромолекулами. Более того, методы молекулярного моделирования оказались чрезвычайно полезными для рационального дизайна фармацевтических соединений, способных связываться со специфическими сайтами в структурах белков, а также для дизайна белков с заданным типом укладки и новыми биологически-активными свойствами. В рамках курса практических занятий будут рассмотрены биоинформатические подходы, которые используются для решения данного спектра задач. В ходе решения предложенных научных задач, участники смогут освоить основные методы структурного моделирования, включая методы предсказания третичной структуры белков по первичной последовательности, функциональной аннотации белков, а также молекулярному моделированию структур белковых комплексов и комплексов с низкомолекулярными химическими соединениями.
Сборка и аннотация геномов прокариот
Корженков Алексей Александрович, НИЦ КИ, Москва, РФ
Практический курс предназначен для исследователей, желающих ознакомиться с современными биоинформатическими инструментами для сборки и анализа геномов прокариот. Геномное секвенирование стало рутинной операцией в современной науке, однако само по себе получение данных секвенирования недостаточно без надлежащего анализа. В ходе занятий вы познакомитесь с основными этапами обработки данных геномного секвенирования, проведёте сборку и аннотацию генома, познакомитесь с инструментами оценки качества генома. На примере публично доступных данных мы рассмотрим особенности различных технологий секвенирования и специфичные инструменты для работы с ними. Работа будет проводиться как с оффлайн инструментами, так и с онлайн-серверами и базами данных.
Популяционно-генетический анализ геномных данных
Расторгуев Сергей Михайлович, к.б.н., с.н.с НИЦ КИ, Москва, РФ
В процессе практикума студенты научатся получать данные из открытых источников (биоинформатических баз GeneBank, SequenceReadArchive и других), получат представление о типах генетических данных и структуре компьютерных файлов, которые описывают разные данные. Первичная обработка, фильтрация «зашумленного» и ошибочного материала, идентификация «выпадающих» (outliers) образцов/локусов. Далее, студенты получат представление о среде статистических вычислений R, научатся разным способам визуализации генетических данных (дендрограммы, PCA, MDS, DAPC), кластерному и дискриминантному анализу. В процессе практикума будут даны теоретические основы популяционной генетики.
