Научно-исследовательский семинар «Структурная биоинформатика и молекулярная динамика»

2024/2025

Учебный год

RUS

Обучение ведется на русском языке

6

Кредиты

Кто читает:

Департамент информатики

Статус:

Курс обязательный

Когда читается:

2-й курс, 1, 2 модуль

Преподаватель

Головин Андрей Викторович

Программа дисциплины

Аннотация

Курс знакомит студентов с понятиями структурной биологии белка, связей структуры и функции белка, а также алгоритмами, необходимыми для восстановления и сравнения структур белка.

Цель освоения дисциплины

• Целью освоения дисциплины «Структурная биоинформатика» является усвоение теоретических, методических и технологических основ работы со структурами биологических молекул in silico, приобретение навыков визуализации биологических молекул и усвоение основных алгоритмов, необходимых для корректного восстановления и сравнения структур.

Планируемые результаты обучения

• В результате обучения по дисциплине студент знает принципы работы основных алгоритмов для предсказания структуры белка: гомологичного фолдинга и ПО Modeller, Rosetta, trRosetta, AlphaFold2.
• Владеет знаниями о нюансах экспериментального получения структур белков и обладает навыками выбора необходимой структуры для работы, исходя из задачи.
• Владеет знаниями о структуре антител, способами их аннотации и владеет подходами для оценки их потенциала: расчетом гуманизации и расчетом аффинности.
• Владеет навыками работы с основными пакетами для визуализации структур биологических молекул.
• Владеет общими знаниями о методах белкового дизайна in silico, основных подходах к нему и примерах успешного применения.
• Знает алгоритм Качальского-Кацира, владеет протоколами создания статистических потенциалов и способами улучшения алгоритмов докинга.
• Знает базовые молекулярные механизмы основных молекулярно-биологических процессов.
• Знает молекулярные механизмы формирования структуры белков, свойства аминокислот и виды взаимодействия между атомами.
• Знает основные форматы файлов для описания структур белков.
• Способен реализовать алгоритмы восстановления атомов водорода, боковых цепей и пропущенных участков в белковых структурах.
• Способен реализовать алгоритмы для структурного выравнивания и сравнения структур белков для оценки их схожести.

Содержание учебной дисциплины

• Молекулярная биология
• Понятие структуры белковых молекул
• Восстановление структур молекул
• Выравнивание последовательностей и структур молекул
• Задача фолдинга белков и методы ее решения
• Задача докинга белков и методы ее решения
• Белковый дизайн
• Структура антител и их дизайн in silico

Элементы контроля

• Экзамен №1
  Устный экзамен проводится в форме ответов на вопросы экзаменационного билета. Экзаменационный билет содержит 2 вопроса из перечня вопросов к экзамену. На подготовку ответа выделяется 1 час.
• Домашнее задание №2
  Домашнее задание №2 состоит из одной задачи по реализации алгоритма структурного выравнивания двух белков с разной последовательностью. Срок выполнения — 1 неделя. Форма представления — файл со скриптом на языке Python v3.8, выложенный на GitHub студента. После дедлайна за задание выставляется 0 баллов.
• Домашнее задание №1
  Домашнее задание №1 состоит из одной задачи по реализации алгоритма для восстановления гэпов в структуре. Срок выполнения — 1 неделя. Форма представления — файл со скриптом на языке Python v3.8, выложенный на GitHub студента. После дедлайна за задание выставляется 0 баллов.
• Экзамен №2
  Устный экзамен проводится в форме ответов на вопросы экзаменационного билета. Экзаменационный билет содержит 2 вопроса из перечня вопросов к экзамену. На подготовку ответа выделяется 1 час.

Промежуточная аттестация

• 2024/2025 2nd module
  0.15 * Домашнее задание №1 + 0.15 * Домашнее задание №2 + 0.35 * Экзамен №1 + 0.35 * Экзамен №2

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

• Стефанов, В. Е.  Биоинформатика : учебник для вузов / В. Е. Стефанов, А. А. Тулуб, Г. Р. Мавропуло-Столяренко. — Москва : Издательство Юрайт, 2020. — 252 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-534-00860-9. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/450856 (дата обращения: 27.08.2024).

Рекомендуемая дополнительная литература

• Lesk, A. M. (2012). Introduction to bioinformatics ; Bioinformatics.

Авторы

• Тимофеева Мария Александровна
• Юдаева Оксана Юрьевна
• Кузнецов Антон Михайлович