1/6/2019
1
Tin sinh học
(Bioinformatics)
Mã học phần: SH3036
Số tín chỉ: 3 (2LT + 1TH)
Học phần tiên quyết:
+ Sinh học phân tử I, II (SH2003; SH2004),
+ Kỹ thuật di truyền -nguyên lý và ứng dụng
Thông tin về học phần
Giới thiệu khái quát cách tìm kiếm nguồn thông tin trên
Internet, phục vụ cho việc học tập, nghiên cứu, viết luận văn.
Trang bị kiến thức cơ bản và một số công cụ thông dụng của
tin sinh học để:
Khai thác và xử lý các thông tin sinh học
Ứng dụng trong lĩnh vực nghiên cứu, trong phòng
thí nghiệm và thực tiễn.
Mục tiêu của môn học:
Phần 1. Lý thuyết
Phần 2. Giới thiệu một số công cụ phân tích CSDL sinh học
Phần 3. Thực hành trên máy tính
Nội dung của môn học
Hình thức thi: Thi viết và thực hành trên máy tính
Thang điểm đánh giá: Thang điểm 10,0
Chuyên cần: dự lớp, thảo luận…: 10%
Kiểm tra giữa kỳ, báo cáo thực hành/tiểu luận…: 20%
Điểm thi cuối kỳ (lý thuyết + thực hành) 70%
Nhiệm vụ của sinh viên
Dự lớp, thảo luận
Thực hành, làm bài tập
Tóm tắt nội dung môn học
1. Giới thiệu đôi nét về Internet và phương pháp tìm kiếm thông tin cơ bản
2. Nền tảng sinh học của Bioinformatics
3. Sự ra đời và vai trò của Bioinformatics
4. Cơ sở dữ liệu sinh học (CSDL)
5. So sánh trình tự (sequence alignment)
6. Phân tích gene và promoter
Phần 1. Lý thuyết
Phần 1. Lý thuyết
7. Nghiên cứu mối quan hệ tiến hóa của sinh vật ở mức độ phân tử
(molecular phylogenetics)
8. Tin sinh học trong nghiên cứu cấu trúc phân tử
9. Nghiên cứu genomics và proteomics
10. Sinh học hệ thống (Systems Biology): Phân tích chức năng của các
genome
Tóm tắt nội dung môn học
Phần 2. Giới thiệu một số công cụ phân tích CSDL sinh học
1. Tìm kiếm thông tin về các gene, các bài báo và những thông
tin liên quan
2. Tìm kiếm các CSDL tương đồng
3. So sánh các trình tự sinh học
4. Phân tích các trình tự ADN
5. Phân tích trình tự protein
6. Phân tích gene và promoter
7. Làm quen với cấu trúc 3 chiều của phân tử protein
Tóm tắt nội dung môn học
1/6/2019
2
Phần 3. Thực hành
1. Các bài tập thực hành bao gồm những bài tập liên quan đến
việc ứng dụng các công cụ để phân tích CSDL sinh học.
2. Phần thực hành cần thao tác trực tiếp trên máy tính có kết nối
Internet. Trước mỗi buổi thực hành sẽ có phần bài tập và tài
liệu hướng dẫn thực hành.
3. Thực hành ở hội trường của Khoa, lớp chia thành 3 nhóm
Tóm tắt nội dung môn học
1. J.Xiong (2006). Essential bioinformatics, Cambridge University
Press.
2. Hui-Huang Hsu (2006). Advance in data mining technologies in
bioinformatics. Idea Group Inc.
3. J. M.Claverie, C. Notredame (2007). Bioinformatics For
Dummies®, 2nd Edition. Wiley Publishing, Inc.
4. S.Q.Ye (2008). Bioinformatics: A Practical Approach. Taylor &
Francis Group.
5. J.Pevsner (2009). Bioinformatics and functional genomics. A
John Wiley & Sons, Inc.
6. P.M.Selzer, R.J. Marhöfer, A. Rohwer (2009). Applied
bioinformatics: An introduction. Springer-Verlag Berlin
Heidelberg.
7. P. Kangueane (2009). Bioinformation Discovery. Data to
Knowledge in Biology. Springer Dordrecht Heidelberg London
New York.
8. Phan Trọng Nhật, Nguyễn Đức Bách. Bài giảng Tin sinh học, Đại
học Nông nghiệp Hà Nội.
Tài liệu học tập
1
Giới thiệu
Bioinformatics
Chương 1
1.1. Lịch sử ra đời và phát triển
• Khái niệm
• Những mốc lịch sử quan trọng
Khi nim
Bioinformatics is the application of
computer science and information
technology to the field of biology and
medicine.
Khai niêm
Bioinformatics liên quan đn: Thut ton, CSDL, h thng thông
tin, công ngh Web, tr thông minh nhân to, phn mm, khai
thc CSDL, x l hnh nh, mô hnh, mô phng, x l thng
kê, to ra cc CSDL mi…
DNA computing
neural computing
evolutionary computing
immuno-computing
swarm-computing
cellular-computing
Requirements
Java, XML, Perl, C, C++, Python, R, SQL and Mat Lab
are the programming languages popularly used in this
field.
A bioinformatician needs to have a basic and general
sense of the ideas and approaches of science and
engineering.
2
Một vài mốc lịch sửquan trọng của sinh
học phân tử
1866: Gregor Mendel công bố các kết quả nghiên
cứu về tính di truyền của các “yếu tố di truyền” ở
đậu Hà Lan
1950's
Maurice Wilkins (1916- ),
Rosalind Franklin (1920-1958),
Francis H. C. Crick (1916- ) (U.K)
James D. Watson (1928- ) (U.S.)
Khám phá cấu trúc hóa
học của DNA, khởi đầu
một nhánh mới trong
khoa học: Sinh học phân
tử
Nhà nghiên cứu lý sinh học, vật lý học, hóa học, và
tinh thể học người Anh.
Đóng góp quan trọng trong việc hiểu rõ về cấu trúc
phân tử của DNA, RNA cấu trúc virus, than đá, than
chì.
Franklin được biết đến nhiều nhất từ kết quả
nghiên cứu về những bức ảnh nhiễu xạ tia X của
DNA.
Watson và Crick dựa trên kết quả quan trọng này
để đưa ra giả thuyết về mô hình cấu trúc của phân
tử DNA (1953)
Rosalind Franklin
Khám phá cấu trúc DNA
Book: The double helix
Cuộc chiến giữa Watson và Crick vs
Linus Carl Pauling
1957: Arthur Kornberg (1918-2007 ) (U.S) đã
tổng hợp được DNA trong ống nghiệm
Ông đã giành giải thưởng Nobel về
sinh lý năm 1959 cho đóng góp về:
“Các cơ chế trong tổng hợp sinh học
của DNA”
3
1955 F. Sanger (U.K) phát triển quy trình xác định amino
acid (insulin)
1975. F. Sanger phát triển phương pháp xác định trình tự
nucleotide.
Ông đã nhận 2 giải thưởng Nobel (1958, 1980) cho
những đóng góp của mình
Đến nay có 4 người đã nhận được 2 giải thưởng
Nobel trong đời
1. Marie Curie (Physics, 1903 and Chemistry, 1911),
2. Linus Pauling (Chemistry, 1954 and Peace, 1962)
3. Frederick Sanger (2 Chemistry, 1956 and 1972)
4. John Bardeen (2 Physics, 1956 and 1972)
Một số mốc trong lịch sử xác định trình tự amino acid
Năm 1966
mã di truyền đã được phát hiện. Kết
quảnày dẫn đến những đột phá quan
trọng trong kỹnghệdi truyền
(genetic engineering)
Mã di truyền (Genetic code)
Làm thếnào đểxác định được mã di truyền?
Khám phá mã di truyền
4 nucleotide trong phân tử DNA (RNA) và 20 amino acid trong chuỗi
polypeptide đã được biết
Năm 1953, cấu trúc DNA đã được xác định
George Gamow giả thiết rằng sẽ phải là 3 chữ cái để mã cho 20 aa bởi vì 3
là số tự nhiên nhỏ nhất (43= 64)
Giả thuyết này đã được Crick và Brenner cùng các tác giả khác chứng tỏ
bằng thực nghiệm (1961)
Sử dụng hệ thống dịch mã không cần tế bào:
Poly UUUU… tạo ra phenlyalanine
Poly AAAA... tạo thành polylysine
Poly CCCC... tạo thành polyproline
1972 Paul Berg (1926- ) (U.S) đã tạo ra phân tửDNA tái tổhợp
In 1980 ông đã cùng nhận giải thưởng Nobel cùng với
Walter Gilbert và Frederick Sanger.