IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii Týden 1 Katedra informačních technologií Masarykova Univerzita Brno Informace o kurzu Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Jaro 2016 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. EVROPSKÁ UNIE INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Outline IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu Předmět zájmu bioinformatiky Informace o kurzu Predmet zajmu systémové biologie Okruhy se zajímavým Predmet ZeUľTIU biOÍnfOrmatikV matematickým/informatickým * * základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace I I ■ f r i i 1 I ^ /" ŕ i 1 I ^ ' I I I Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Kontaktní údaje IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu ► Dr. Matěj Lexa, C506 (lexa@fi.muni.cz) ► Kurz: Út 16:00-17:50 (A219) ► Konzultace: Út 14:00-15:00 (C506) ► http://www.fi.muni.cz/~lexa/teaching.html ► Dr. David Šafránek, A408 (safranek@fi.muni.cz) ► http ://www. f i. m u n i. cz/~xsaf ran 1 Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Klasifikace IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu Hodnotí se ► Prezentace v semináři 60 (3x20) bodů ► Úkoly z cvičení 16 (2x8) bodů ► Písemná zkouška 24 bodů Klasifikační stupnice ► A 91 - 100 90 80 70 60 Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace ► ► B 81 C 71 D 61 E 51 F méně než 51 ► Kolokvium 50 bodů Obsah IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 ► Bioinformatika ► Systémová biologie Informace o kurzu Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Osnova ► Úvod do bioinformatiky a systémové biologie ► Diskrétní dynamické modely a jejich analýza ► Spojité dynamické modely a jejich analýza Feb kvalitativní modely Mar kvanitativní modely ► (Regulační, metabolické a signální sítě) ► Podobnostní metriky a vyhledávání ► Práce se sekvencemi z NGS (next-gen sequencing) -skládání a mapování ► 3D geometrie, CSG (geometrie těles na počítači) ► Závěrečná přednáška a diskuse IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Outline IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu Předmět zájmu bioinformatiky } y y ruhy se zajímavým matematickým/info Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Definice bioinformatiky IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu Bioinformatika Studuje metody shromažďování, sprístupňovaní a analýzy rozsáhlých souborů biologických dat, zejména molekulárně - biologických. Další disciplíny ► Výpočetní nebo matematická biologie matematické přístupy k reprezentaci a zkoumání biologických procesů, často simulace ► Lékařská informatika práce s medicínskými daty, převážně záznamy pacientů Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Předmětem zájmu nebo používanými metodami se bioinformatika prolíná s IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu Předmět zájmu bioinformatiky 1. molekulární biologií Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace 2. genomikou a proteomikou 5. matematickou či teoretickou 6. systémovou biologií 7. biomedicínskou informatikou 8. biomedicínským inženýrstvím 9. výpočetní chemií 10. informatikou 11. počítačovou lingvistikou 3. genetikou 4. výpočetní biologií Převzato z http://cz.wikipedia.org/wiki/Bioinformatics 16.2.2008 Typické okruhy problémů IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 ► Analýza sekvencí ► Anotace genomů ► Evoluční bioinformatika ► Studium biodiverzity ► Analýza exprese genů ► Analýza genové regulace ► Analýza proteomu ► Odhad struktury proteinů ► Srovnávací genomika ► Modelování biologických systémů ► Analýza obrazu ► Studium strukturních interakcí proteinů Informace o kurzu Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Převzato z http://en.wikipedia.org/wiki/Bioinformatics 16.2.2008 Sprístupnení dat uživatelům - NCBI Genome Viewer Ideogran+|X| Contig4jXj HsUniG±|X| Xp22.33 • Xp22.32 • >:p22.::;i . Kp22.2 - Xp22.13 Kp22.12 . Kp22.11 Xp21.3 . Xp21.2 . KP21.1 Kpll.4 . Kpll.3 . Kpll.23 . Kpll.22 . Wl : Kqll.l . Xqll.2 . Kql2 . X=il3.1 -Xql3.2 . Xql3.3 . KsSl.l • Xq21.2 . Xq21.31 . Kl21.32 . K-121.33 • K=|22.1 • Xq22.2 . Xq22.3 - Xi23 -Ki24 • Xq25 . Xq26.1 . Xq26.2 • Xq26.3 . X=|27.1 • Xq27.2 -X=|27.3 • ;-;-q2;. _J 150 NT_ (186925. NT_078115. NT_028413. NT_ (186929. NT_086931. NT_086933. NT_033330. NT_025302. NT_011757. NT_ll7'3S7:i. NT_086939. NT_011638. NT_011669. -i I |J --NT_ (111736. I NT_(i 11726. _025965. NT_025307. NT. ÍJis.350927 Hs.283477 Hs.75963 Hs.406073 Hs.380774 Hs.406693 Hs.1715 01 Iltis. 446641 Hs.301404 Hs.77422 Hs.5258 Hs.407756 Hs.376719 .170325 Hs.355861 Hs.446623 Hs.83623 Hs.78771 /Hs. 454495 K;Hs.381039 tis. 41135S I Hs.1787 I Hs.79172 I Hs.300141 ]'tis.232432 Ltis.421383 Hs.380118 Hs.821 Hs.381232 Hs.409223 Hs.182018 F-Hs.401929 iHs. 195464 Genes_seqX| Symbol q ASB11 IrPHKA2 MAGEB1 PHF8 Ir LOC169981 NLGN3 ■ I SLC16A2 - ZKF6 CAPZA1P //rMXF2 ZBTB33 - jJrMCTSl ELF4 i LOC3405S1 jjr LOC266694 SPANXC Ir MIMR1 CETN2 ATP2B3 IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Zobrazení informací o genech na chromozomu IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu KLASICKÝ směs biologie, chemie, fyziky atd. MECHANICKÝ živé buňky jsou stroje, které chceme pochopit a ovládat HRA sekvence jsou definiční soubory hráčů SEMIOTIKA život je signalizace a interpretace signálů JAZYK sekvence se skládají z modulů (slov) s určitou funkcí vykazujících gramatické uspořádání Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Analogie biosekvence - jazyk 1. Mam z toho velkou radost. 2. Mam toho kocoura dost. Mamztohovelk ouradost. IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Mam toho kocouradost. Historie bioinformatiky do sformovaní disciplíny 1967 Fitch and Margoliash: sestrojení prvních fylogenetických stromů z bilogocké sekvence 1970 Needleman and Wunsh: zarovnání dvou sekvencí 1974 Chou and Fasman: predikce sekundární struktury proteinů 1978 Dayhoff: první sbírka sekvencí proteinů 1981 Kabsch and Sander: modelování struktury proteinů 1987 Feng and Doolitle: mnohonásobné zarovnání sekvencí 1990 Altschul et al.: efektivní hledání lokálních podobností 1998 The Journal Comp Appl Biosci se přejmenovává na Bioinformatics Rozmach HT-Seq v posledním desetiletí ► lllumina (Solexa pyrosequencing ) ► 454 (Roche) (delší sekvence) ► SOUD (Life Technologies) ► lonTorrent (Life Technologies) ► Zero-mode waveguide sequencing - SMRT (Pacific Biosciences) ► Nanopore sequencing (Oxford Nanopore) ► Heliscope (Helicos) ► Polonator (Danaher Motion) ► Nanoball sequencing (CompleteGenomics) ► FRET sequencing (Visigen) Outline IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu Ě M f Předmět zájmu systémové biologie ruhy se zajímavým matematickým/info Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Pokus o definici IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu ► Systém - množina interagujících prvků, ale k pochopení funkce nestačí pouhý výčet součástí ► Vlastnosti komponentů - poloha v prostoru a čase, interakce, funkce celku, které nejsou funkcemi žádné z částí ► jinak i integrativní biologie ► Systémová biologie studuje interakce mezi komponenty biologických systémů a následně funkci systému jako celku a výsledku těchto interakcí ► Je protipólem molekulární biologie a různých "-omik" ► mol.biologie = redukcionisticky ► syst. biologie = integrativně Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Od redukcionismu k integrativnímu přístupu IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 komponentová biologie high-througput tenchologie genomika proteomika systémová biologie integrativní analýza bionformatika modely (in silico) simulace Informace o kurzu Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Redukcionizmus a integrace IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu ► atom Předmět zájmu bioinformatiky ► molekula Předmět zájmu systémové biologie ► ► makromolekula gen Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky ► protein Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy ► komplex Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely ► organela Numerické metody a simulace ► buňka ► tkáně ► orgán ► organismus ► populace ► ekosystém "Emergent properties"- vlastnosti, které není možné přiřknout komponentům, nýbrž systému IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Metody a nástroje systémové biologie IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 ► Jazyky pro popis systémů ► Grafy a sítě ► Modelování a simulace Informace o kurzu Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 did log i c a l sol dfj e U (l n g ¥ CH ft L l í M C- é S ...... INNOVATIVE v.^aoňCHí U.S. □ S ffl R Im E H T OF ENERGY □HA IEQUEUCE DATA PROM (IHÍMf projects Genes ami oihsr DNA jBqjances j,-'* contain inslrucliom on how and when ľa build protein; F T p r o t e i n machines i'iŕ.:'-i:'f. ňílíŕonM ttor.y oí lile'í (Mi! rsS'Vi ::l ÍUilClicin! To COffJ QUI thůir jpoeifc falcí, rh*jl ofleri^flílHOjjetricr ift the pilot ptolciíl niactiiíici, and public Clean up the ŕnvifenweni i f íly knowledge of niicrůbiíil EuacjíoaciI cap-nbililÍBi functio^* — in microfcl/ffu »^<1 communities* V ' lop COMPUTATIONAL Cit PA BĚLIT IES TO UN&EflSTAND COM PLI X Ell Q LOGICAL SYSTEMj ĚSíi lb act e r he šime he e u L atorT networks Many protein machine; interact through complex, inlerconsieclid pflthwojii. Analysing iřicse dyíiomie pfoeeiiM will loxJ !e niodcfj *t lift proMjjcs. Informace o kurzu Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Proces modelování a simulace IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu ► Biologická realita ► Návrh modelu ► Matematický model ► Simulace ► Verifikace/validace ► Model Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Rozpoznávání - Předpovědi - Vysvětlení Modelovací cyklus IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Modelovací cyklus IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Results Observation Model Design Analysis Informace o kurzu Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Enzymatické reakce FRUCTOSE Ů-P uccote MP. >SE«6-P 3-K £ 6LUCC HEXOÍE- j© DIPMOS- (■ 1 H,0E° v- li MANNOSÍ-*-PISO-MERASE -0-MAN-OSE 6-P CH,OP 'h h\i oh O/l -ADP 6 PHOSPHO 1 KINASE ADP ITDPI ATP. CITRATE. wPHOSPHOENOL-^PYRUVATE '^ADP fRUCTOSE^ U BISPHOS-PHATASE (A-O.S-MP). AMP. ADP. t-PHOSPHO FRUOO-1 KINASE (Not* H} D-FRUCTOSE HO-H ADP M9-V FRUCTO-KINA3E HEXO-KINASE IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Metabolické dráhy IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu i-OH \ ~ h'U FF:UCTOtl-l.*ta. > *í liLUCOSEJP WADfPlH H- NA&PJ-CONO \ | / crOf*«—* '- ^ . ii //n ncjvrinri Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu ( ^ Pulldown Menu 'File New Inteiface Windows [def*jLt] SerijrJrtí [t&st] cis: [tt] et [o] o.oooodoc stait Timer ir: I H-sr Stop ButLoňj | Btsp Butronj Fiŕft Nana AľŤ-ŕi r;""[jÍji:'Hi:ř Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace CelIWare: nástroj pro modelování buněčných procesů LdcZ.CHfn - C:' Document* and SrUimjniiani,tnt Orwururril f I ac7,twni - CcMWorc LOtirta -I" * Fie Add Ed* Vww Smybücn He* Ěl CaMfe» Modal ^ —I ■,. ľ , «WH Q Pramober Q Ptoteŕi Q PNAP Qpjnw Q TrRNAP Qe*nap LacZ Operon Gene Expression Model 'The. Effert of Tr ansa ipton and Translation IrttHfoon Ft*qu*noet Hi ttt* SocnMtK liKtuahMW *t Pfí*jŕyotic Gene íierí**Hr Vm» ZMwijewiq? P. Gillespie ľ ľ i in H ľ 1? tl M II h ' i « 4th Order Runge Kuria 5waHer ^variable name =11V11 public_interf ace = M in" units = »millivolt11 /> alpha_d d_infinity < c i> t au_d Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Petriho site - stavy a transakce IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Petri ho site - stavy a transakce IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Petriho sítě - příklad modelu enzymatické reakce Jt* SSL J>A ■ol 1^1 1^1 Enzyme Substrate Complex Product IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Buňka jako síť IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Biologické systémy jsou živé sítě Informace o kurzu Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Genotyp —> Fenotyp Hierarchie interakcí PROTEINY, P ROTH NOVE PRODUKTY IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Historický vývoj IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu vývoj molekulárni biologie 1960-70 regulace metabolismu 1957 lac operon (1961) \ analogové simulace 1960-65 HT sekvěncováni nukleotidu HT génom u zisk rozsáhlých dat 1980-90 1990-1998 experimentálni biologie in silico metody J simulátory in silico modely i metabolických síti pro viry a krvinky - velmi hrubá 1970-60 1960-90 analýza génom u rozvoj bionformatiky 1990-2000 SYSTÉMOVÁ BIOLOGIE modely dle genomu in silico simulace 1995-2000 Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Outline IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu Ě M f y y Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu ŘETĚZEC: accgtg GRAMATIKA: aS cS S^gS S^tS S DERIVACE: S aS acS accgtS -r accgtgS accgtg "VZORECDNA: (a, c, g, t)„ accS ->• accgS Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu ŘETĚZEC: acc-gtg-ugg GRAMATIKA: S^aS cS gs uS aSu cSg gSc uSa S S S S S S S S DERIVACE: S -> aSu -> acSgu -> accSggu accgSggu accgtSggu accgtgSggu -> accgtgggu "VZOREC-RNA: (a, c, g, ř)[1](a, c, g, ř)n([1 ])"1 Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Co mají společné tyto dvě sekvence? IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 SHE WATCHED A MAN WITH A TELESCOPE Informace o kurzu Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace CCAUGGUCCUAGG Nejednoznačnost IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 SHE WATCHED A MAN WITH A TELESCOPE CCAUGGUCCUAGG ccaugg-u gguacc Informace o kurzu Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace cca- ggu u ccu- gga Automat IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu Start Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu JAZYK AUTOMAT GRAMATIKA DETEKCE Rekurzivně vyčíslitelný Tu ringů v stroj (TS) Auv -> B nerozhodnutelná Kontextový Lineárně ohraničený TS uA -> Av exponenciální Bezkontextový Zásobníkový automat A->uAv polynomiální Regulární Konečný automat A -> uA lineární Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Brane Calculus IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 © En do Mi POJ* Mate 0© Informace o kurzu Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Figure 1 Examples of Bitonal Reactions From: Cardelli L (2004). Brane Calculi. Brane Calculus IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu (3© Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace P Q Figure 5 M i to/M ate by 3 Endo/Exo (hask tbĽhniquĽj From: Cardelli L (2004). Brane Calculi. Brane Calculus IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Bud b\iáívg = vívg bud-,,(p)/c 4 ©(aVp).Vt bud-^pXxMbud^GlMPD * Q D —►* p(ÍGlG{)(!PDD * tMQD budVpXxMbud^GlMPD ů Q D = a-„ ^M^pGalMPDDD ° QD pflalMPD *tMQD Informace o kurzu Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace From: Cardelli L (2004). Brane Calculi. Brane Calculus Virus IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace From: Cardelli L (2004). Brane Calculi. IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu ÚflMt Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Objŕct IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Bi<2EBF.org Informace o kurzu Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Semantic Bioinformatics IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace BWT - Burrows-Wheeler transform Transformation Input All Rotations Sorting All Rows in Alphabetical Order by their first letters Taking Last Column Output Last Column _--------------i Í ^BANANA@ j ■ (T BANANA ; A^BANAN I i NA(TBANA j i ANAÍTBAN Í Í NANAť^BA : ; ANANAÍ^B ; BANANA^ j i_______________i ! AN AN ACT B ■ ANA(TBAN I A^ BAN AN i BANANA^ | ; NANA^BA i ; NA^BANA ; : ABANANA@ : J @ABANANA I i_______________________________________i _--------------1 Í ANANAS B i ■ ANAíTBAN ; j A(T BANÁN I Í BANANAťT j Í NANAť^BA Í ■ NAÍ^BANA : I ^BANANAS ■ j ÍTBANANA j i_______________i j ^BANANA@ j ■"--------------i j BNN^AA^A ; IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace BWT IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu Inverse Transformation Input BNN^AA^A AhIhI 1 Sort 1 B N N A A @ A A A A B N N Add 2 BA NA NA ^B AN AN Tc Ms MS-lľ MS-/ MS-t-DHZK Dsyi Duys 1 Vi ■ - Days 2 5 12 2 5 L2 2 5 L2 5 L2 / Jul i\: 94 14-5 11-9 403 2L4 152 8-3 9-2 LO-3 i 10Ä; H Oj 115 0: 121) (5-3; 23 7) (57; LS-lj (435; 370) (219; 20B) (L47; 157) (K-L; 8-5) (7-5; Ifít) (H-8; L L U) nd 5-2(73; 3L) 6-2 (6-9: 55) 89 (LO-L: 7 7) 731 (9- L; 6-5) 7-2(7 7; 6 7) 7-7 (6-4; 9«) 70 («7: 53) 7-2 (9-8: 4-6) 5-3(6-5; 41) 6-5 (S3; 471 7-2 (H-8; i-5) Iľ 0Ľ 0-2* 1-3 971 446 2E6 2-2 2-2 L-3 0-L* 1-2 L-2 í 1-5; 11) (HH3; L058) (373; 519) (190: 242) (L-2; 3-2) (2-4; 20) (1-L; L-5) (0-6; L-8) (0-9: 14) DHZ 07 (li 01) 1-6 (OS: 2 41 nd 11 1L 4; 04) 0* (L-5; 0-L) 1-6* L-L 10-7; L-5) L-5 (2-3; 07) 04' 820 (Hi- J; 7B6) L9-9 ( 16-8; 23 O) L9-9 (26-3; L3-51 Zft 04* 0-5 0-5* 15 nd 07 6-7 0 i L-í 0-8 nd 0-8 (0 4: 0-5) (16; 14) (12; 0-2) (44; 90) i 0-8: 0-2) (21; L-5) (L-L: Oi) 10-5; L-L) cZEt L-H (L-2: 2-J) I-1 (L-5; 0 7) 2-2 f L 6; 2 7) Hi (19; 13) 04 02; 0«) 07(0-6; 0-i) [-7 (Ľ0;24) nd 07 (0-8: 0-6) 1-7(2-3; l-Ll nd 1-5(1-2: Lfl) IPR nd 0-1* 0.3* 30 (29; 3-L) 0-5' 0-4- 0-2 (D- L; 0-3) 0-2* 0-2* 0-1* 04* 11| i m 12 2-7 L-6 01* 0 2* 2-2 40 20 504 291 1H4 {L.0: 14) (2-1: 3-1) (22: L0) 1 L-2: 3-2) (4-9; 3-D (2-2: 1 -8) 'í-,H: l'-.i (200: 382) 1:1. J"li zrp nd nd 10 Hi 13* L-5 6 L-H 16-5 8« nd nd 2-L* {14: LR) i7-*:9-4l (0-9; 21) (52-4; 7 L-2) ( L3-2: 19-m (6-7: 9-3) cZRP L L-2 = ■ l 0-8 4« 01* 3-5* 2-3* nd L-l 22-3 0-i 20* (6-0: L64) (21; 4«) (01; 1-5) í 2-B: 5-2) (0-6: L*) (252: L9-4) (0-3; 0-7) LPflP 34 1-9 0-5* 264 63 6-4 0-7* 0-3* 07 2-9 nd 0-1* (2-B; 40) (2-6; L 2) |2H0; 243) (5 7: 6-9) (ň-8; 60) (0-4: L O) ■' ?: 50 l DHZEIP 15-5 166 40 27 24 45-3 6-2 5-2 19-5 665 Í3-6 230 (104; 201) (124; 20-3) (3-[; 4-9) (2.0; 3-4) (2-6; 2-2) (42-2; 4S-4) (4-2: 8-2) (3-i: 6-9) (L3-2: 25-8) (629; 70 L) (45-H; 6L-4) (18-5: 27-5) ZOG L-S Síl M! nd 24-2 L2-9 nd 54 21 0 0-9 24 3í (SO: 13-2) (51; 146) (26 7; 217) (100; 157) (8-6; 3-2) (L8-0; 240) 10-8; 1-0) (L-8: 2-3) Í6D L-L) zrog 0-L* nd nd 06* 1 6* L-li* nd nd nd nd nd nd DHZEMXj 0-5 0-3* nd 06* id* 0'4* nd 0-3* 5L4 30-9 320 m-.v 07) (410: 61-8) (28-8: 3301 (27-2: 36-8) Z7G 20 i:-.: im 22-7 »7 552 630 L0L9 L L -1 nd 200 (20: 201 . l-li: -/-'i .TJ: I3bl (290: 1641 (51-5: 87-9) í|f.,: í<>|, (641: 7L9) (904: 113«) (6-8: Li-4) (L60: 240) LP7G 66 56 L64 i: =M lín 21'.' L5 341 33-5 3-ti 04 52-7 3fl* 3-L (8-5:4-7) (8-8: 24) (20-8: 12-9) (20 IL4; 12 306) (20 701: 9981) (29-3: 37-7) (6'3; 1-3) (0-7: L-L) 1-17-9: y- 1) (4-6; Ľ6) DHZ7G-I L 2 o-e* L-0* L 27 2* nd 167 594 L97 2738 4471 8S22 (L-0: L 4) (94J: 15-6) (5-5: 01) (LL-2: 22-2) (45-2: 7 36) (26-4: 124) í L 968: 3508) (29 L8: 6023) (5L45: L2 4991 DLHZ7G-2 36 0-7* lú 194 304 344i L L 7 9 2 10-3 2709 254L 4294 (4-3; 2 4) ( L4-2: 196) (309; 309) (34-3;3i-3) (74: 15-5) (L4-9; 3-5) 05-': i!) (2985: 2432) (3399: L683) í:" -i Z9G nd 0-3 04i 2-5 25' 2-í 2-5 2-5* 2i 2-5 04 2-S (0-5: 0-1 ) (09; 07) (1-9; 31) 121: 2-9) (2-1:2-7) (24: 2í) (L4: 3D (0-3: (J-5) (L-2: 3-7) IP9G 07 04* 0-7 L 24 15-3 L9-3 0-7 04 04* 0-8 (W.* 0-2* (0-4: 0*r) v, U4-9: 9-i) (11-9: L 67) (L2B: 254i) (04: 1 Oj (OJ: 0-5) (0-7: 04) dhz9g m' 0-1* 0.7* 31* 0-3* 0-6(0-3: 09) 0-1* 0-2* 3-7Í4-6: 24i) 94 (89: 9-91 44* IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Cytokinin model IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 IndlXI .....il Informace o kurzu Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace luxu mu n-i II I fn i LiMHi lir um inin model IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu LextitL íil.—Moitet of Endogenous Cytokinin Aíeftibolisni 591 is KťLutiK puriiinctor vnluť í" .«■ - 2Í - kmi.luN k.m.iuN KriLlH 2y _lín>f KroNi KmAH* *\ KmRod . ^ knrtiluOÍs ' Kl ir. J_l—l_J_L J_L M M 0404 fl-7 I 15 KťUlivť piUUIWlfl value Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace Cytokinin model IV121 Vybrané aplikace informatiky v biologii - Týden 1 Informace o kurzu Lexa e L id,—Model of Endogenous Cyiokinin Metabolism ampL in j f iprp J • tu 7RP ZROti dm/hp Předmět zájmu bioinformatiky Předmět zájmu systémové biologie Okruhy se zajímavým matematickým/informatickým základem Jazyky a gramatiky Algebry a dotazování Vyhledávací algoritmy Teorie informace a kódování Diskrétní a stochastické modely Numerické metody a simulace