przewodnik po przedmiocie - Wydział Podstawowych Problemów

Zał. nr 4 do ZW 33/2012
WYDZIAŁ PODSTAWOWYCH PROBLEMÓW TECHNIKI
KARTA PRZEDMIOTU
Nazwa w języku polskim BIOINFORMATYKA I BIOLOGIA OBLICZENIOWA
Nazwa w języku angielskim BIOINFORMATICS AND COMPUTATIONAL BIOLOGY
Kierunek studiów (jeśli dotyczy): INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA
Specjalność (jeśli dotyczy): ELEKTRONIKA MEDYCZNA, OPTYKA BIOMEDYCZNA
Stopień studiów i forma:
I / II stopień*, stacjonarna / niestacjonarna*
Rodzaj przedmiotu:
obowiązkowy / wybieralny / ogólnouczelniany *
Kod przedmiotu
ETP00 2915 W+L
Grupa kursów
TAK / NIE*
Liczba godzin zajęć
zorganizowanych w Uczelni
(ZZU)
Liczba godzin całkowitego
nakładu pracy studenta
(CNPS)
Forma zaliczenia
Dla grupy kursów zaznaczyć
kurs końcowy (X)
Liczba punktów ECTS
w tym liczba punktów
odpowiadająca zajęciom
o charakterze praktycznym
(P)
w tym liczba punktów ECTS
odpowiadająca zajęciom
wymagającym
bezpośredniego kontaktu
(BK)
Wykład
30
Ćwiczenia
90
Egzamin /
zaliczenie
na ocenę*
Laboratorium Projekt
30
Seminarium
60
Egzamin /
zaliczenie
na ocenę*
Egzamin /
zaliczenie na
ocenę*
2
2
2
1,2
1,2
Egzamin /
zaliczenie
na ocenę*
Egzamin /
zaliczenie
na ocenę*
*niepotrzebne skreślić
WYMAGANIA WSTĘPNE W ZAKRESIE WIEDZY, UMIEJĘTNOŚCI I INNYCH
CELE PRZEDMIOTU
C1 Uzyskanie podstawowej wiedzy z zakresu metod obliczeniowych stosowanych w genetyce,
biologii struktur molekularnych oraz modelowania systemów subkomórkowych
C2 Nabycie podstawowych umiejętności z zakresu wykorzystania istniejących baz danych, metod
oraz gotowych narzędzi obliczeniowych
1
PRZEDMIOTOWE EFEKTY KSZTAŁCENIA
Z zakresu wiedzy:
PEK_W01 ma uporządkowaną, podbudowaną teoretycznie wiedzę ogólną obejmującą zastosowanie
metod obliczeniowych oraz baz danych z zakresu struktur i procesów biologicznych na
poziomie subkomórkowym
PEK_W02 ma podstawową wiedzę o trendach rozwojowych z zakresu dziedzin nauki i dyscyplin
naukowych właściwych dla inżynierii biomedycznej
Z zakresu umiejętności:
PEK_U01 potrafi poprawnie i efektywnie wykorzystać istniejące bazy danych molekularnych i
dostępne narzędzia obliczeniowe oraz wizualizacyjne z dziedziny biologii molekularnej i
biologii systemów
Z zakresu kompetencji społecznych:
PEK_K01 potrafi formułować opinie na temat podstawowych zagadnień z zakresu bioinżynierii i
innych dyscyplin związanych z bioinżynierią
PEK_K02 rozumie potrzebę popularnego przedstawiania laikom zagadnień biomedycznych
TREŚCI PROGRAMOWE
Wy1
Wy2
Wy3
Wy4
Wy5-6
Wy7
Wy8
Wy9
Wy10
Wy11
Wy12
Wy13
Forma zajęć - wykład
Liczba godzin
Wstęp do bioinformatyki. Związki pomiędzy informatyką, bioinformatyką i
biotechnologią. Podstawy molekularne bioinformatyki: komórka, genetyka,
proteomika, metabolomika. Sieci sygnałowe i biochemiczne – aspekty
2
bioinformatyczne. Główne odkrycia z dziedziny bioinformatyki. Przykłady
projektów wirtualnego człowieka. Narzędzia do wizualizacji struktur i
procesów.
Zarządzanie danymi biologicznymi: oprogramowanie, metody i narzędzia,
2
przetwarzanie danych (pozyskiwanie, organizacja, archiwizacja, analiza).
Metody efektywnego przeszukiwania danych – algorytmy drążenia danych.
Największe bazy danych struktur molekularnych.
Analiza sekwencji kwasów nukleinowych i białek. Globalne i lokalne
2
metody dopasowywania sekwencji.
Macierze substytucji. Równoczesne dopasowywanie wielu sekwencji (MSA).
2
Ukryte modele Markowa w bioinformatyce.
4
Modele ewolucyjne i drzewa filogenetyczne.
2
Lokalizacja genów.
2
Aktualne wielkie projekty genetyczne.
2
Od sekwencji do struktury białka. Format i baza danych eksperymentalnych
2
struktur białkowych (pdb). Metody modelowania struktury drugorzędowej.
Modelowanie struktury trzecio- i czwartorzędowej. Konkurs CASP. Metody
2
oceny modeli strukturalnych białek.
Struktura a funkcja białka. Rodziny strukturalne i funkcjonalne białek.
2
Specyfika białek transmembranowych. Modelowanie struktury i funkcji
2
białek transmembranowych. Baza danych białek transmembranowych.
2
Wy14 Białka amyloidowe - zastosowanie metod obliczeniowych.
Ontologie molekularne. Algorytmy wykorzystania ontologii. Modelowanie
Wy15 szlaków metabolicznych i sygnałowych wewnątrz komórki. Narzędzia
biologii systemów.
Suma godzin
2
2
30
Forma zajęć - ćwiczenia
Liczba
godzin
Forma zajęć - laboratorium
Liczba
godzin
2
2
2
Ćw1
Ćw2
Ćw3
Ćw4
..
Suma godzin
La1
La2
La3
La4
La5
La6
La7
La8
La9
La10
La11
La12
La13
La14
La15
NCBI jako zbiór baz danych bioinformatycznych i biomedycznych
EMBL-EBI - bazy danych i narzędzia
Dopasowywanie sekwencji - jakościowe i ilościowe. Algorytmy
dopasowania globalnego (Needleman-Wunsch) i lokalnego (SmithWaterman) - wykorzystanie dostępnych narzędzi (x-BLAST, FASTA).
Dopasowanie wielu sekwencji, wyznaczanie profili (Clustal, Cobalt, inne)
Macierze PSSM - generacja, wizualizacja
Ocena homologii i stopnia pokrewieństwa wewnątrz i między
gatunkowego, za pomocą dopasowywania sekwencji genomu lub
odpowiednich produktów białkowych.
Ocena homologii i stopnia pokrewieństwa wewnątrz i między
gatunkowego, za pomocą drzew filogenetycznych zastosowanych do
genomu lub odpowiednich produktów białkowych.
Praca w środowisku PyMol - wprowadzenie.
Praca w środowisku PyMol - analiza struktur białkowych.
Wyznaczanie profili za pomocą ukrytych modeli Markowa
Narzędzia do modelowania drugorzędowej struktury białek.
FoldIt - modelowanie struktur białkowych za pomocą interaktywnej gry
komuterowej.
Ontologia GO i modelowanie sieci metabolicznych.
Rozmaite narzędzia do modelowania struktury trzecio- i czwartorzędowej
białek oraz ich interakcji. Modelowanie obszarów transmembranowych.
Zaliczenie laboratorium
Suma godzin
Forma zajęć - projekt
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Liczba godzin
Pr1
Pr2
Pr3
Pr4
…
3
Suma godzin
Forma zajęć - seminarium
Liczba
godzin
Se1
Se2
Se3
…
Suma godzin
STOSOWANE NARZĘDZIA DYDAKTYCZNE
N1. Komputer i rzutnik – wykład prowadzony metodą multimedialną
N2. Komputer i oprogramowanie
N3. Krótkie prace pisemne- testy sprawdzające – stosowane na laboratoriach
N4. Krótkie zadania do samodzielnej realizacji
OCENA OSIĄGNIĘCIA PRZEDMIOTOWYCH EFEKTÓW KSZTAŁCENIA
Oceny (F – formująca (w
trakcie semestru), P –
podsumowująca (na
koniec semestru)
F1
Numer efektu
kształcenia
Sposób oceny osiągnięcia efektu kształcenia
PEK_W01
PEK_W02
PEK_U01
PEK_K01
PEK_K02
Ocena z egzaminu
1. Krótkie prace pisemne - testy
sprawdzające
2. Zadania do wykonania na ćwiczeniach
P - wykład - ocena z egzaminu
P - laboratorium – średnia z ocen z testów sprawdzających oraz wykonanych zadań
LITERATURA PODSTAWOWA I UZUPEŁNIAJĄCA
LITERATURA PODSTAWOWA:
[1] Bioinformatyka, [wyd.] A. D. Baxevanis, B. F. F. Quellette, PWN 2004.
LITERATURA UZUPEŁNIAJĄCA:
[1] M. Zvelebil, J.O. Baum, Understanding Bioinformatics, Garland Science 2008
[2] H. Rangwala, G. Karypis, Introduction to protein Structure Prediction: Methods and
Algorithms, Wiley, 2010.
OPIEKUN PRZEDMIOTU (IMIĘ, NAZWISKO, ADRES E-MAIL)
Dr hab. inż. Małgorzata Kotulska, prof. ndzw. PWr
e-mail:
[email protected]
4
MACIERZ POWIĄZANIA EFEKTÓW KSZTAŁCENIA DLA PRZEDMIOTU
BIOINFORMATYKA I BIOLOGIA OBLICZENIOWA
Z EFEKTAMI KSZTAŁCENIA NA KIERUNKU INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA
I SPECJALNOŚCI ELEKTRONIKA MEDYCZNA, OPTYKA BIOMEDYCZNA
Przedmioto
wy efekt
kształcenia
PEK_W01
(wiedza)
PEK_W02
PEK_U01
(umiejętności)
PEK_K01
(kompetencje
)
PEK_K02
Odniesienie przedmiotowego efektu
Cele
Treści
Numer
do efektów kształcenia
przedmiotu*** programowe**
narzędzia
zdefiniowanych dla kierunku
*
dydaktycznego**
studiów i specjalności (o ile
*
dotyczy)**
K2IBM_W03
C1, C2
K2IBM _W05
C1, C2
K2IBM _U07
C1, C2
K2IBM _K02
C1, C2
K2IBM _K07
C1, C2
Jak w tabeli
powyżej
Jak w tabeli
powyżej
Jak w tabeli
powyżej
Jak w tabeli
powyżej
1-6
Jak w tabeli
powyżej
1-6
** - wpisać symbole kierunkowych/specjalnościowych efektów kształcenia
*** - z tabeli powyżej
1-6
1-6
1-6