logo-IBA logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
ÚVOD DO MATEMATICKÉ BIOLOGIE A BIOMEDICÍNY  I.
(setkání druhé)
prof. Ing. Jiří Holčík, CSc.
UKB, pav. A1, IBA LF, dv.č.613
holcik@iba.muni.cz

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
þCO JE MATEMATICKÁ BIOLOGIE?

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz


levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
KDO JE MATEMATICKÝ BIOLOG?
þodborník s komplexním vzděláním v oblasti matematiky, analýzy dat
https://encrypted-tbn3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTIxBYPWe__4kT71CgB9Fo9QaFgxOXAcxHgszOX_NdAdyy
32Qjz3w
þodborník s invenčním myšlením;
þčlověk schopný analýzy a syntézy poznatků z různých oborů.
http://akce.o106.com/files/einstein-222x300.jpg
Motto:
Analyticky myslet, pracovat a objevovat, a zároveň zůstat biologem
a informatiky, ale zároveň i biologie a (bio)medicínských oborů;

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
MATEMATICKÁ BIOLOGIE
þMatematická biologie je obor biologie používající matematické metody ke studiu živých organismů.
Jde o poměrně široký obor, který zahrnuje matematické přístupy ke zpracování biologických dat
(např. bioinformatika a biostatistika) a matematické a počítačové modelování biologických systémů
(např. biokybernetika, ekologie).
http://danq.nantoka.info/zangletritecky/uploads/pl-wikipedie640.png

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
MATEMATICKÁ BIOLOGIE
þ MATEMATIKA BIOLOGIE
þ
þ ? ?

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
BIOLOGIE
þ
þ
þ?

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
BIOLOGIE
þ
þřecky
þβιολογία
þ
þze slov
þβίος (život)
þa
þλόγος (slovo)
þ

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
BIOLOGIE
þobor zabývající se živými organismy a vším, co s nimi souvisí - od chemických dějů v organismech
probíhajících na úrovni atomů a molekul, až po celé ekosystémy – tedy společenstva mnoha populací
různých organismů a jejich vzájemné vztahy i vztahy k jejich životnímu prostředí

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
BIOLOGIE
þ
þ
þ? od kdy to slovo používáme ?
þ

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
MATEMATICKO – BIOLOGICKÝ TESTÍK
þKdy a kým bylo použito názvu biologie pro označení daného vědního oboru?
a) Plinius Starší
(23? – 79)
b) Michael Christoph Hanow
(1695 – 1773)
c) Carl Linnaeus
    (1707 – 1778)
d) Jean-Baptiste Pierre Antoine de Monet, rytíř de Lamarck
(1744 - 1829)
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a5/Jean-Baptiste_de_Lamarck.jpg/220px-Jean-Ba
ptiste_de_Lamarck.jpg Hanov

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
MATEMATIKA
þ
þ?

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
v antickém Řecku tři druhy poznání:
έπιστήμη (epistémé) - smyslové poznání, posun u Platóna - pravé a spolehlivé vědění, jehož
předmětem je bytí, které je stálé a nepomíjivé (svět idejí)
γνῶσις (gnósis) – vnuknutí, osvícení, vhled
MATEMATIKA

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
v antickém Řecku tři druhy poznání:
έπιστήμη (epistémé) - smyslové poznání, posun u Platóna - pravé a spolehlivé vědění, jehož
předmětem je bytí, které je stálé a nepomíjivé (svět idejí)
γνῶσις (gnósis) – vnuknutí, osvícení, vhled
μάθημα (máthema) – rozumové poznání
Pythagoras a jeho škola
μαθηματικός (mathematikós) =
= milující poznání
FILOSOFIE
řecky
φιλοσοφία
z φιλειν (filein) = mít rád, toužit po něčem
a σοφία (sofía) = moudrost, zdatnost
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a0/Gaffurio_Pythagoras.png/800px-Gaffurio_Py
thagoras.png
MATEMATIKA

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
MATEMATICKÁ BIOLOGIE
þMatematická biologie je obor biologie používající matematické metody ke studiu živých organismů.
Jde o poměrně široký obor, který zahrnuje matematické přístupy ke zpracování biologických dat
(např. bioinformatika a biostatistika) a matematické a počítačové modelování biologických systémů
(např. biokybernetika, ekologie, epidemiologie, …).
http://danq.nantoka.info/zangletritecky/uploads/pl-wikipedie640.png

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
MATEMATICKÁ BIOLOGIE
þMatematická biologie (méně též biomatematika ?!) je obor biologie používající matematické metody
ke studiu živých organismů. Jde o poměrně široký obor, který zahrnuje matematické přístupy ke
zpracování biologických dat (např. bioinformatika a biostatistika) a matematické a počítačové
modelování biologických systémů (např. biokybernetika, ekologie).
þ
http://danq.nantoka.info/zangletritecky/uploads/pl-wikipedie640.png

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
þBIOMATEMATIKA
þBIOLOGICKÁ MATEMATIKA
þ
MATEMATICKÁ BIOLOGIE

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
þBIOMATEMATIKA
þBIOLOGICKÁ MATEMATIKA
þ
þMatematická biologie (méně též biomatematika ?!) je obor biologie používající matematické metody
ke studiu živých organismů.
MATEMATICKÁ BIOLOGIE

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
þBIOMATEMATIKA
þBIOLOGICKÁ MATEMATIKA
þ
þMatematická biologie (méně též biomatematika ?!) je obor biologie používající matematické metody
ke studiu živých organismů.
þ
þBiomatematika je obor …
MATEMATICKÁ BIOLOGIE

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
þBIOMATEMATIKA
þBIOLOGICKÁ MATEMATIKA
þ
þMatematická biologie (méně též biomatematika ?!) je obor biologie používající matematické metody
ke studiu živých organismů.
þ
þBiomatematika je obor matematiky používající …
MATEMATICKÁ BIOLOGIE

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
þBIOMATEMATIKA
þBIOLOGICKÁ MATEMATIKA
þ
þMatematická biologie (méně též biomatematika ?!) je obor biologie používající matematické metody
ke studiu živých organismů.
þ
þBiomatematika je obor matematiky používající biologické principy …
MATEMATICKÁ BIOLOGIE

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
þBIOMATEMATIKA
þBIOLOGICKÁ MATEMATIKA
þ
þMatematická biologie (méně též biomatematika ?!) je obor biologie používající matematické metody
ke studiu živých organismů.
þ
þBiomatematika je obor matematiky používající biologické principy pro vývoj a aplikaci
matematických metod, postupů, algoritmů.
MATEMATICKÁ BIOLOGIE

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
þBIOMATEMATIKA
þBIOLOGICKÁ MATEMATIKA
þ
þMatematická biologie (méně též biomatematika ?!) je obor biologie používající matematické metody
ke studiu živých organismů.
þ
þBiomatematika je obor matematiky používající biologické principy pro vývoj a aplikaci
matematických metod, postupů, algoritmů.
MATEMATICKÁ BIOLOGIE

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
þBIOMATEMATIKA
þBIOLOGICKÁ MATEMATIKA
þ
þMatematická biologie (méně též biomatematika ?!) je obor biologie používající matematické metody
ke studiu živých organismů.
þ
þBiomatematika je obor matematiky používající biologické principy pro vývoj a aplikaci
matematických metod, postupů, algoritmů.
þ
þ Umělé neuronové sítě
þ Genetické algoritmy, evoluční algoritmy, …
þ Umělý život – chování kolonií živých organismů, …
MATEMATICKÁ BIOLOGIE

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
MATEMATICKÁ BIOLOGIE
þMatematická biologie je obor biologie používající matematické metody ke studiu živých organismů.
Jde o poměrně široký obor, který zahrnuje matematické přístupy ke zpracování biologických dat
(např. bioinformatika a biostatistika) a matematické a počítačové modelování biologických systémů
(např. biokybernetika, ekologie).
http://danq.nantoka.info/zangletritecky/uploads/pl-wikipedie640.png

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
MATEMATICKÁ BIOLOGIE
þBioinformatika je vědní disciplína, která se zabývá metodami pro shromažďování, analýzu a
vizualizaci rozsáhlých souborů biologických dat, zejména dat molekulárně-biologických.
http://danq.nantoka.info/zangletritecky/uploads/pl-wikipedie640.png
Typická data
sekvence proteinů a nukleových kyselin (DNA, RNA)
struktura makromolekul (hlavně proteinů)
údaje o aktivitě a expresi genů
údaje o funkcích genů a jejich produktů
údaje o interakcích mezi proteiny a DNA
Práce bioinformatika
in silico, tj. práce či simulace na počítači, na rozdíl od práce na živých organismech v
přirozených (in vivo) či laboratorních (in vitro) podmínkách
práce s velkými objemy dat
vyhledávání subsekvencí v datech
srovnávání podobných sekvencí, analýza sekvencí
snaha předpovídat strukturu a funkci proteinů

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
MATEMATICKÁ BIOLOGIE
þBiomedicínská informatika je obor na rozhraní informatiky, medicíny a zdravotnictví.
þZabývá se
Ø(bio)medicínskými informacemi;
Øzískáváním medicínských dat, jejich přenosem, zpracováním, uchováváním, vizualizací pro účely
rozhodování;
Ønávrhem, implementací a provozní podporou klinických, nemocničních a regionálních zdravotnických
informačních systémů.

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
MATEMATICKÁ BIOLOGIE
þMatematická biologie (méně též biomatematika ?!) je obor biologie používající matematické metody
ke studiu živých organismů. Jde o poměrně široký obor, který zahrnuje matematické přístupy ke
zpracování biologických dat (např. bioinformatika a biostatistika) a matematické a počítačové
modelování biologických systémů (např. biokybernetika, ekologie).
þ
http://danq.nantoka.info/zangletritecky/uploads/pl-wikipedie640.png

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
MATEMATICKÁ BIOLOGIE
þZahrnuje:
Ønávrh experimentů v biologii, medicíně, farmacii, zemědělství;
Øsběr, sumarizaci a statistickou analýzu dat získaných z těchto experimentů;
Øinterpretaci a vyvozování závěrů z výše získaných výsledků;
þJejí významnou částí je medicínská (bio)statistika, zabývající se výhradně problémy medicíny a
zdravotnictví.
http://danq.nantoka.info/zangletritecky/uploads/pl-wikipedie640.png
Biostatistika je obor zabývající se použitím statistiky v biologii.

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
Sir RONALD AYLMER FISHER, F.R.S.
(* 1890   + 1962)
þanglický statistik, evoluční biolog, matematik, genetik a eugenik þ„genius, který téměř sám
vytvořil základy moderní statistiky“ þRichard Dawkins: „největší biolog od dob Darwina“
Geoffrey Miller:
„pro biology – architekt moderní syntézy, který použil matematické modely pro integraci Mendlovy
genetiky a Darwinovy teorie vývoje“
„pro psychology – vynálezce různých dosud používaných statistických testů“
„pro zemědělce – zakladatel experimentálního výzkumu, který zachránil milióny lidí před hladem
zavedením racionálních programů křížení obilí“
Image result for ronald fisher

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
MATEMATICKO – BIOLOGICKÝ TESTÍK
þKdo poprvé v českých zemích použil matematického (statistického) postupu pro vyhodnocení
biologické-ho experimentu?
þ
þa) Tadeáš Hájek
þz Hájku                 (1525 – 1600)
a)
þb) Jan Evangelista Purkyně
þ (1787 – 1869)
þ
THajek.jpg
c) Johan Gregor
Mendel
(1822 – 1884)
d) Jan Janský
(1873 – 1921)

Jan Marek Marci z Kronlandu – lékař, fyzik, matematik, 1662 rektor UK

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
JAN MAREK MARCI Z KRONLANDU
þlat. Ioannes Marcus Marci
þlékař, fyzik a matematik
þ
þ1625 doktorát medicíny na Univerzitě (Karlově)
þ1626 fysikus (lékař) království českého
þ1630 řádný profesor na UK
þ1658 osobní lékař císaře Leopolda I
þ1662 rektor UK
þ
þlom světla, ráz pružných těles,
þkvadratura kruhu
¯13. června 1595, Lanškroun
U 10. dubna 1667, Praha

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
GEROLAMO CARDANO
þněkdy též Girolamo Cardano, Geronimo Cardano nebo latinsky Hieronymus Cardanus
þitalský matematik, filosof, astronom, astrolog a šachista (hráč)
þArs magna (1545) postupy na řešení rovnic 3. a 4. stupně (Cardanovy vzorce)
þ(Niccolò Fontana Tartaglia, Scipio del Ferro, Lodovico Ferrari)
þ
þLiber de ludo aleae (1663)
þzáklady pravděpodobnosti
þ
¯24. září 1501 Pavia
U20. září 1576 Řím

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
CARDANOVA HŘÍDEL A ZÁVĚS
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/2f/Universal_joint.png/220px-Universal_joint
.png
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d5/Gyroscope_operation.gif/220px-Gyroscope_o
peration.gif
https://cs.m.wikipedia.org/wiki/Kardan%C5%AFv_z%C3%A1v%C4%9Bs
Filón Byzantský

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
MATEMATICKO – BIOLOGICKÝ TESTÍK
þKdo poprvé v českých zemích použil matematického (statistického) postupu pro vyhodnocení
biologické-ho experimentu?
þ
þa) Tadeáš Hájek
þz Hájku                 (1525 – 1600)
a)
þb) Jan Evangelista Purkyně
þ (1787 – 1869)
þ
THajek.jpg
c) Johan Gregor
Mendel
(1822 – 1884)
d) Jan Janský
(1873 – 1921)

Jan Marek Marci z Kronlandu – lékař, fyzik, matematik, 1662 rektor UK

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
MATEMATICKÁ BIOLOGIE
þMatematická biologie (méně též biomatematika ?!) je obor biologie používající matematické metody
ke studiu živých organismů. Jde o poměrně široký obor, který zahrnuje matematické přístupy ke
zpracování biologických dat (např. bioinformatika a biostatistika) a matematické a počítačové
modelování biologických systémů (např. biokybernetika, ekologie).
þ
http://danq.nantoka.info/zangletritecky/uploads/pl-wikipedie640.png

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
MATEMATICKÁ BIOLOGIE
þBIOKYBERNETIKA
þ
þ

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
MATEMATICKÁ BIOLOGIE
þ(BIO)KYBERNETIKA
þ?
Norbert Wiener
(1894 –1964)
americký matematik, považován za zakladatele kybernetiky
Cybernetics or the Control and Communication in the Animal and the Machine (Kybernetika aneb Řízení
a sdělování u živých organismů a strojů), 1948
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4d/Norbert_wiener.jpg
Autor: Konrad Jacobs
Zdroj: http://owpdb.mfo.de/detail?photo_id=4520

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
MATEMATICKÁ BIOLOGIE
směry studia specializace Epidemiologie a modelování (EPIDM)
þzpracování, analýza a modelování klinických, fyziologických a epidemiologických dat;
http://www.svod.cz/graph/?sessid=flsa0vrumuivfbk0o6an2lnph1&typ=incmor&diag=C50&pohl=z&kraj=&vek_od
=1&vek_do=18&zobrazeni=graph&incidence=1&mortalita=1&mi=0&vypocet=w&obdobi_od=1977&obdobi_do=2011&s
tadium=&t=&n=&m=&pt=&pn=&pm=&t=&n=&zije=&umrti=&lecba=##
þzpracování, analýza a modelování environmentálních dat.
https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTW00IaL2xyvvt4MTXo7rIlv9cIEnrzkrEvYtwVckP-xIH
qnfxO

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
þKAM SE VZDĚLÁNÍM
þV MATEMATICKÉ BIOLOGII ?

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
UPLATNĚNÍ MATEMATICKÝCH (TEORETICKÝCH) BIOLOGŮ
þ(podle údajů americké Society for Mathematical Biology)
oblast
%
vysoké školy a výzkumné instituce
biologické vědy a výzkum
51
medicína
22
technika
8
zemědělství
3
tělesná výchova a sport
1
umění
1
státní a privátní laboratoře
6
nemocnice
4
privátní business
3
musea
1

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
UPLATNĚNÍ MATEMATICKÝCH (TEORETICKÝCH) BIOLOGŮ
þ(absolventi oboru Matematická biologie PřF MU)
oblast
vysoké školy a výzkumné instituce
IBA MU, RECETOX PřF, AV ČR (Biofyzikální ústav, CzechGlobe – Ústav výzkumu globální změny AV ČR,…),
LF MU, …
nemocnice
privátní business (farmaceutické firmy, analytické firmy – např. ADDS s.r.o. Brno, …)
státní správa (např. ÚZIS ČR, odbory ochrany životního prostředí, …)
střední školy
(musea J)
finanční instituce (Kiwi?)

levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU
© Institut biostatistiky a analýz
þZA DVA TÝDNY NA SHLEDANOU S EVOU BUDINSKOU