Методы биологического исследования: анализ метагеномных данных

Курс читает:	к.б.н. Антонец Д.В., к.б.н. Клименко А.И.
Аннотация рабочей программы дисциплины	Скачать
Рабочая программа	Скачать
Фонд оценочных средств	Скачать
Трудоемкость дисциплины	3 З.Е. (108 ч.)
Форма промежуточной аттестации	Экзамен

Основной целью курса является ознакомление студентов с современными методами метагеномного анализа, базирующегося на картировании и сборке геномных или транскриптомных прочтений материала микроорганизмов, полученных из среды.
Задачи курса: обзор предметной области и основных направлений исследований, практических задач; обзор экспериментальных методов, подходов к выделению материалов для исследования и пробоподготовки; обзор современных платформ высокопроизводительного секвенирования и их особенностей; обзор современных методов метагеномного анализа, методов оценки таксономического состава и разнообразия сообществ, их ограничений и особенности интерпретации результатов.

1. Введение в метагеномику/метатранскриптомику.
2. Обзор экспериментальных подходов. Обзор современных платформ высокопроизводительного секвенирования и их особенностей.
3. Таргетное секвенирование. Подходы к оценке сообщества по представленности бактериальных родов и видов.
4. Использование референсных геномов. Картирование прочтений. Безреференсные подходы – сборка фрагментов de novo. Алгоритмы сборки.
5. Оценка разнообразия с помощью анализа k-меров. Биннинг. Алгоритмы биннинга. Контролируемый и неконтролируемый биннинг. Кластеризация.
6. Аннотация генов. Алгоритмы аннотации. Функциональный метагеномный анализ. Сравнительный анализ.
7. Статистический анализ данных метагеномного картирования. Многомерная статистика и специфические метрики для экспериментов сравнения влияния факторов на бактериальные сообщества.
8. Филогенетические деревья. Методы построения, обработки и сравнения деревьев.
9. Эволюционное расстояние. Модели нуклеотидных и аминокислотных замен. Проверка эволюционных гипотез. Гомология последовательностей. Ортологи и паралоги. Филогенетический анализ на основе подходов без выравниваний. Анализ частот встречаемости k-меров.

1. Введение в информационную биологию и биоинформатику: учеб. пособие: в 5 т. / Отв. ред. Н.А. Колчанов, О.В. Вишневский, Д.П. Фурман; Новосиб. гос. ун-т.—Новосибирск: РИЦ НГУ, 2012.
2. Хаубольд, Бернхард. Введение в вычислительную биологию: эволюционный подход. Ижевск. 2011 г.

1. Курс «Введение в биоинформатику. Метагеномика» [Электронный ресурс]
2. Введение в биоинформатику: метагеномика [Электронный ресурс]

Вопрос 1. Оценка разнообразия. Оценка разнообразия с помощью анализа k-меров. Биннинг. Алгоритмы биннинга. Контролируемый и неконтролируемый биннинг. Кластеризация.
Вопрос 2. Статистический анализ данных метагеномного картирования. Многомерная статистика и специфические метрики для экспериментов сравнения влияния факторов на бактериальные сообщества.
Вопрос 3. Аналитические подходы. Анализ состава микробиома с использованием секвенирования маркерных генов (16S рРНК). OTU picking: кластеризация по гомологии. Подходы к оценке сообщества по представленности бактериальных родов и видов.
Вопрос 4. Использование референсных геномов. Картирование прочтений. Безреференсные подходы – сборка фрагментов de novo. Алгоритмы сборки. Контиги. Сборка отдельных генов.
Вопрос 5. Эволюционное расстояние. Модели нуклеотидных и аминокислотных замен. Проверка эволюционных гипотез. Гомология последовательностей. Ортологи и паралоги.
Филогенетический анализ на основе подходов без выравниваний. Анализ частот встречаемости k-меров.
Вопрос 6. Метагеномика, метатранскриптомика. Задачи метагеномики. Обзор важнейших исследований. Веб-сайты ряда крупных проектов, базы данных.
Вопрос 7. Экспериментальные подходы. Обзор современных платформ секвенирования и их особенностей. Таргетное секвенирование. Анализ состава микробиома с использованием секвенирования маркерных генов (16S рРНК).
Вопрос 8. Использование референсных геномов. Картирование прочтений. Безреференсные подходы – сборка фрагментов de novo. Алгоритмы сборки. Контиги. Сборка отдельных генов.
Вопрос 9. Алгоритмы аннотации метагеномов. Функциональный метагеномный анализ. Сравнительный анализ метагеномов.
Вопрос 10. Понятие о филогении и филогенетике. Филогенетические деревья. Методы построения, обработки и сравнения деревьев.