Bài giảng Tin sinh học: Chương 1 - ThS. Nguyễn Thành Luân

Chia sẻ: Zcsdf Zcsdf | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:33

Thêm vào BST

Báo xấu

380
lượt xem 63
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 1 Giới thiệu về tin sinh học nhằm mục tiêu môn học tin sinh học nhằm khám phá những lĩnh vực mới trong sinh học. Mở ra triển vọng có tính chất toàn cầu về nghiên cứu, thống nhất hóa các nguyên tắc, thành tựu của khoa học trong sinh học. Số hóa các cơ sở dữ liệu cũng như xây dựng cách quản lý công nghệ sinh học bằng tin học. Xây dựng và phát triển các chương trình ứng dụng trong công nghệ sinh học nhằm giải quyết vấn đề trong nghiên cứu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Tin sinh học: Chương 1 - ThS. Nguyễn Thành Luân

3/8/2013 TRƢỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM KHOA CNSH & KTMT HỆ ĐẠI HỌC Giới thiệu chung về Tin sinh học GV: ThS. Nguyễn Thành Luân Email: luannt@cntp.edu.vn Liên hệ: Khu A Lầu 3 Khoa CNSH & KTMT TIN SINH HỌC • Mã học phần : 08200018 • Số tín chỉ : 2 • Trình độ: Cho sinh viên năm thứ 3 đại học • Phân bố thời gian: 30 tiết ─ Lý thuyết: 12 tiết ─ Tiểu luận, bài kiểm tra tại lớp: 4 tiết ─ Thực hành, thí nghiệm: 14 tiết ─ Tự học : 60 tiết 1
3/8/2013 Nội dung học phần STT Tên chƣơng 1 Chương 1: Giới thiệu chung về tin sinh học 2 Chương 2: Cơ sở dữ liệu tin sinh học (Bioinformatic Databases) 3 Chương 3: Sắp xếp thẳng hàng trình tự (Sequence Alignment) 4 Chương 4. Phép phân tích hệ thống phát sinh loài (Phylogeny) 5 Chương 5.Giải mã trình tự toàn bộ bộ gen 6 Chương 6. Ứng dụng các tiện ích của tin sinh học trong nghiên cứu khoa học 7 Thực hành thao tác trong tin sinh học 8 Báo cáo tiểu luận Mục tiêu môn học tin sinh học • Mục tiêu chính: Khám phá những lĩnh vực mới trong sinh học. Mở ra triển vọng có tính chất toàn cầu về NC Thống nhất hóa các nguyên tắc, thành tựu của khoa học trong sinh học. Số hóa các cơ sở dữ liệu (database) cũng như xây dựng cách quản lý CNSH bằng tin học. Xây dựng và phát triển các chương trình ứng dụng trong CNSH nhằm giải quyết vấn đề trong nghiên cứu. VD: cây phát sinh loài, đột biến gen… 2
3/8/2013 Mục tiêu của môn học Sau khi học xong học phần này, sinh viên có khả năng: ─ Trình bày các nguyên tắc cơ bản trong phân tích DNA, phân tích Protein, thiết kế các mồi oligonucleotide,… ─ Tìm kiếm các bài báo, công trình nghiên cứu & tìm kiếm các trình tự DNA, Protein. ─ Xử lý và Phân tích DNA, Protein & thiết kế các oligomer lai phân tử, các primer để khuyếch đại DNA. ─ Tìm kiếm các bản đồ của các RE trên DNA. & đăng ký trình tự gene vào ngân hàng gene thế giới. Tiêu chí đánh giá môn học • Bài tập lớn (Tiểu luận): 30% Nhóm theo chủ đề lớn GV giao (10% báo cáo Seminar nhóm + báo cáo chủ đề dạng Report MS Word) Khác: 20% (chuyên cần, bài tập cá nhân…) • Thi kết thúc học phần: 70% Hình thức thi: vấn đáp (đề mở) 3
3/8/2013 Tài liệu tham khảo • Tiếng Việt Nguyễn Thị Lang, Bùi Chí Bửu (2008). ‘Giáo trình Tin sinh học–Bioinformatics’, Nhà xuất bản nông nghiệp, TP. Hồ Chí Minh. Trần Linh Thƣớc và cộng sự (2008). ‘Thực tập Bioinformatics –Lưu hành nội bộ’, Đại học Khoa học Tự nhiên TP.HCM. • Tiếng Anh Baxevanis, A.D. and Ouellette, B.F.F. (2005). Bioinformatics: A Practical Guide to the Analysis of Genes and Proteins, 3rd edition. Wiley. New York. Waterman, M.S. (1995). Introduction to Computational Biology: Sequences, Maps and Genomes. CRC Press. Mount, D.W. (2002). Bioinformatics: Sequence and Genome, Cold Spring Harbour Press, New York Yêu cầu chung cho môn học Tự chia nhóm và nộp cho lớp trưởng tổng hợp (
3/8/2013 CHƢƠNG I GIỚI THIỆU CƠ BẢN VỀ TIN SINH HỌC TỔNG QUAN CHƢƠNG I Lịch sử & khái niệm tin sinh học Vì sao phải cần nghiên cứu tin sinh học? Các lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng của tin sinh học Các công cụ, kỹ năng phục vụ cho tin sinh học Các thuật ngữ sử dụng trong các ứng dụng tin sinh học 5
3/8/2013 Lịch sử Tin sinh học • Khởi nguồn từ nhu cầu cơ bản trong việc tìm kiếm cũng như nâng cao các phương pháp tìm kiếm trong máy tính về di truyền học • Làm hữu ích hơn cho sự tiến bộ của di truyền học và các kỹ thuật di truyền cũng như sinh học phân tử Lịch sử Tin sinh học • Sau sự phát kiến cấu trúc phân tử DNA của Watson-Crick (1953)  ngày càng nhiều nhu cầu quản lý dữ liệu sinh học & CNSH ở các công ty & các nhà khoa học về SHPT. • Chuyển hướng nghiên cứu từ in vitro  in vivo  in situ  in silico  Hình thành ngành tin sinh học. 6
3/8/2013 Rất khó để xác định khái niệm khi nào thuật ngữ “Tin-sinh học” (Bioinformatics) được sử dụng theo một số nơi ghi nhận cách đây từ 1965. Năm 1968, Margaret Dayhoff (Mỹ) tập hợp các trình tự protein thành bản đồ cấu trúc trình tự protein Margaret Dayhoff (1925-1983) Lịch sử Tin sinh học Tin sinh học giống như ngành học được biết đến từ thập niên 1960 trước khi được công bố tên gọi. Năm 1965, được gọi tên là “sự tiến hóa phân tử” (molecular evolution). Ứng dụng đầu tiên là chương trình so sánh trình tự xác định trình tự gốc của virus cảm cúm. Thuật ngữ Tin sinh học lần đầu tiên được công nhận toàn thế giới vào năm 1991. 7
3/8/2013 Lịch sử phát triển Tin sinh học •1994-2004: Số lƣợng gia tăng đột biến do việc khám phá kỹ thuật PCR •2000-2008: gia tăng do việc khởi đầu dự án giải mã toàn bộ bộ gen các loài và ngƣời 8
3/8/2013 Lịch sử phát triển của Tin sinh học 9
3/8/2013 TIN SINH HỌC LÀ GÌ?? TIN SINH HỌC LÀ GÌ?? 10
3/8/2013 Khái niệm tin sinh học Tin sinh học (bioinformatics) là môn học được cơ bản hợp nhất hóa từ tổ hợp các môn sinh học, khoa học máy tính và các kỹ thuật trong công nghệ thông tin. Theo Frank Tekaia, “Tin sinh học là những phương pháp dựa trên các thuật toán, thống kê và máy tính để hướng đến việc giải quyết các vấn đề sinh học sử dụng các chuỗi DNA và amino acid cùng những thông tin liên quan đến sinh học”. Bioinformatics là gì? 22 11
3/8/2013 What is Bioinformatics Tin sinh học là gì? Khái niệm tin sinh học Là phƣơng pháp xác định: Khả năng phân biệt giữa trình tự của gen này và trình tự của những gen khác So sánh các trình tự giữa các loài có quan hệ huyết thống nhờ các dữ liệu có sẵn Tìm kiếm các hợp phần của gen thông qua các cơ sở dữ liệu trên thế giới. 12
3/8/2013 Tin sinh học là 1 dạng bảng chữ cái sinh học phân tử (molecular alphabet) Hầu hết các đại phân tử sinh học là polymer, được sắp xếp thứ tự từ những phân tử đơn giản hơn được gọi là monomer Tin sinh học là 1 dạng sắp xếp nhiều chữ cái thành 1 từ có nghĩa Monomer Polymer Nhu cầu tìm hiểu sự khác nhau giữa các loài có chung nguồn gốc 13
3/8/2013 Sắp xếp các trình tự và giải mã trình tự cần biết thông qua các website và phần mềm tin học VÌ SAO PHẢI NGHIÊN CỨU TIN SINH HỌC? 14
3/8/2013 VÌ SAO PHẢI NGHIÊN CỨU TIN SINH HỌC? “Tôi mơ ước rằng một ngày nào đó trên mỗi bàn giấy ở mọi nơi trên thế giới đều có một máy vi tính cá nhân (PC)” Tin sinh học là xu hƣớng tất yếu của sự phát triển CNSH “The two technologies that will shape the next century are biotechnology and information technology” – Bill Gates – “The two technologies that will have the greatest impact on each other in the new millennium are biotechnology and information technology” – Martina McGloughlin - 15
3/8/2013 Vai trò ngày càng lớn của CNTT Nguồn: ABC News, Australia. 2010 Tầm quan trọng của tin sinh học trong nghiên cứu khoa học Khởi đầu sự nghiên cứu tiến hóa hay nghiên cứu trong hệ genome. Duy trì và lưu giữ các dữ kiện và số liệu thông tin trong công nghệ genome bao gồm thông tin về trình tự DNA, protein của tất cả sinh vật trên thế giới. Là công cụ giúp cho phân tích và tập hợp thống nhất các số liệu về sinh học. 16
3/8/2013 TIN SINH HỌC CHỌN LỌC TỪ GEN MỤC TIÊU ĐẾN CHỌN TẠO GIỐNG CÓ GIÁ TRỊ MONG MUỐN Sự bùng nổ của các kỹ thuật di truyền: Giải mã trình tự 17
3/8/2013 Cơ sở dữ Internet liệu sinh 120 quốc gia học NCBI Chuyển trình tự Gene Anh đã giải mã 30% bản đồ gene Mỹ, Pháp, Đức, Nhật Bản, Trung Quốc Các vi sinh vật khác: vi khuẩn, Virus… Tin sinh học xây dựng, bổ sung, tổ chức quản lý khai khác cơ sở dữ liệu (database - cơ sở dữ liệu) đa dạng, toàn diện trên quy mô toàn cầu về công nghệ sinh học. Primary public domain bioinformatics servers 18
3/8/2013 Các lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng Tin sinh học Các lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng của tin sinh học Nghiên cứu chuỗi trình tự DNA và protein Bộ gene người, động vật, thực vật, côn trùng, VSV.. Sự tiến hóa sinh học Đa dạng sinh học di truyền Chức năng của gene & protein So sánh các gene & protein Dự đoán cấu trúc protein Phân tích kết quả thí nghiệm Bệnh di truyền Định danh loài 19
3/8/2013 Các ứng dụng của Tin sinh học BẮT ĐẦU THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH LẠI TIẾN HÀNH TỐI ƢU HÓA PHẦN MỀM THÍ NGHIỆM TỪ CÁC THÔNG SỐ NÀY THÔNG SỐ MÁY TÍNH Quy trình thực hiện chung của các phần mềm Tin sinh học 39 TEA-BREAK 20