Bài giảng Tin sinh học: Chương 1 - ThS. Nguyễn Thành Luân

Bài giảng Tin sinh học: Chương 1 - ThS. Nguyễn Thành Luân

3/8/2013 1 Giới thiệu chung về Tin sinh học GV: ThS. Nguyễn Thành Luân Email: luannt@cntp.edu.vn Liên hệ: Khu A Lầu 3 Khoa CNSH & KTMT TRƢỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM KHOA CNSH & KTMT HỆ ĐẠI HỌC TIN SINH HỌC • M học phần : 08200018 • Số tín chỉ : 2 • Trnh đ: Cho sinh viên năm thứ 3 đại học • Phân bố thời gian: 30 tiết ─ Lý thuyết: 12 tiết ─ Tiểu luận, bài kiểm tra tại lớp: 4 tiết ─ Thực hành, thí nghiệm: 14 tiết ─ Tự học : 60 tiết 3/8/2013 2 Ni dung học phần STT Tên chƣơng 1 Ch ương 1: Giới thiệu chung về tin sinh học 2 Ch ương 2: Cơ sở dữ liệu tin sinh học (Bioinformatic Databases ) 3 Ch ương 3: Sắp xếp thẳng hàng trình tự (Sequence Alignment) 4 Ch ương 4. Phép phân tích hệ thống phát sinh loài (Phylogeny) 5 Ch ương 5.Giải mã trình tự toàn bộ bộ gen 6 Ch ương 6. Ứng dụng các tiện ích của tin sinh học trong nghiên cứu khoa học 7 Thực hành thao tác trong tin sinh học 8 Báo cáo tiểu luận Mục tiêu môn học tin sinh học • Mục tiêu chính: Khám phá những lĩnh vực mới trong sinh học. Mở ra triển vọng có tính chất toàn cầu về NC Thống nhất hóa các nguyên tắc, thành tựu của khoa học trong sinh học. Số hóa các cơ sở dữ liệu (database) cũng như xây dựng cách quản lý CNSH bằng tin học. Xây dựng và phát triển các chương trình ứng dụng trong CNSH nhằm giải quyết vấn đề trong nghiên cứu. VD: cây phát sinh loài, đột biến gen… 3/8/2013 3 Mục tiêu ca môn học Sau khi học xong học phần này, sinh viên có khả năng: ─ Trình bày các nguyên tắc cơ bản trong phân tích DNA, phân tích Protein, thiết kế các mồi oligonucleotide,… ─ Tìm kiếm các bài báo, công trình nghiên cứu & tìm kiếm các trình tự DNA, Protein. ─ Xử lý và Phân tích DNA, Protein & thiết kế các oligomer lai phân tử, các primer để khuyếch đại DNA. ─ Tìm kiếm các bản đồ của các RE trên DNA. & đăng ký trình tự gene vào ngân hàng gene thế giới. Tiêu chí đánh giá môn học • Bài tập lớn (Tiểu luận): 30% Nhóm theo chủ đề lớn GV giao (10% báo cáo Seminar nhóm + báo cáo chủ đề dạng Report MS Word) Khác: 20% (chuyên cần, bài tập cá nhân…) • Thi kết thúc học phần: 70% Hình thức thi: vấn đáp (đề mở) 3/8/2013 4 Tài liệu tham khảo • Tiếng Việt Nguyễn Thị Lang, Bùi Chí Bửu (2008). ‘Giáo trình Tin sinh học–Bioinformatics’, Nhà xuất bản nông nghiệp, TP. Hồ Chí Minh. Trần Linh Thƣớc và cng sự (2008). ‘Thực tập Bioinformatics –Lưu hành nội bộ’, Đại học Khoa học Tự nhiên TP.HCM. • Tiếng Anh Baxevanis, A.D. and Ouellette, B.F.F. (2005). Bioinformatics: A Practical Guide to the Analysis of Genes and Proteins, 3 rd edition. Wiley. New York. Waterman, M.S. (1995). Introduction to Computational Biology: Sequences, Maps and Genomes. CRC Press. Mount, D.W. (2002). Bioinformatics: Sequence and Genome, Cold Spring Harbour Press, New York Yêu cầu chung cho môn học Tự chia nhóm và nộp cho lớp trưởng tổng hợp (<=5 người/nhóm). Ai không có nhóm = không có điểm báo cáo tiểu luận. (Np DS vào tuần 2) Mỗi nhóm tự trang bị ít nhất 1 laptop + USB 3G kết nối mạng + 1 USB. Kiểm tra thông qua các bài báo cáo cá nhân sau mỗi buổi học (lý thuyết hoặc thực hành) 3/8/2013 5 GIỚI THIỆU CƠ BẢN VỀ TIN SINH HỌC CHƢƠNG I TỔNG QUAN CHƢƠNG I Lịch sử & khái niệm tin sinh học Vì sao phải cần nghiên cứu tin sinh học? Các lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng của tin sinh học Các công cụ, kỹ năng phục vụ cho tin sinh học Các thuật ngữ sử dụng trong các ứng dụng tin sinh học 3/8/2013 6 Lịch sử Tin sinh học • Khởi nguồn từ nhu cầu cơ bản trong việc tìm kiếm cũng như nâng cao các phương pháp tìm kiếm trong máy tính về di truyền học • Làm hữu ích hơn cho sự tiến bộ của di truyền học và các kỹ thuật di truyền cũng như sinh học phân tử Lịch sử Tin sinh học • Sau sự phát kiến cấu trúc phân tử DNA của Watson-Crick (1953)  ngày càng nhiều nhu cầu quản lý dữ liệu sinh học & CNSH ở các công ty & các nhà khoa học về SHPT. • Chuyển hướng nghiên cứu từ in vitro  in vivo  in situ  in silico  Hình thành ngành tin sinh học. 3/8/2013 7 Rất khó để xác định khái niệm khi nào thuật ngữ “Tin-sinh học” (Bioinformatics) được sử dụng theo một số nơi ghi nhận cách đây từ 1965. Năm 1968, Margaret Dayhoff (Mỹ) tập hợp các trình tự protein thành bản đồ cấu trúc trình tự protein Margaret Dayhoff (1925-1983) Lịch sử Tin sinh học Tin sinh học giống như ngành học được biết đến từ thập niên 1960 trước khi được công bố tên gọi. Năm 1965, được gọi tên là “sự tiến hóa phân tử” (molecular evolution). Ứng dụng đầu tiên là chương trình so sánh trình tự xác định trình tự gốc của virus cảm cúm. Thuật ngữ Tin sinh học lần đầu tiên được công nhận toàn thế giới vào năm 1991. 3/8/2013 8 Lịch sử phát triển Tin sinh học •1994-2004: Số lƣợng gia tăng đt biến do việc khám phá kỹ thuật PCR •2000-2008: gia tăng do việc khởi đầu dự án giải m toàn b b gen các loài và ngƣời 3/8/2013 9 Lịch sử phát triển ca Tin sinh học 3/8/2013 10 TIN SINH HỌC LÀ GÌ?? TIN SINH HỌC LÀ GÌ?? [...]... là gì? 22 11 3/8/2 013 What is Bioinformatics Tin sinh học là gì? Khái niệm tin sinh học Là phƣơng pháp xác định: Khả năng phân biệt giữa trình tự của gen này và trình tự của những gen khác So sánh các trình tự giữa các loài có quan hệ huyết thống nhờ các dữ liệu có sẵn Tìm kiếm các hợp phần của gen thông qua các cơ sở dữ liệu trên thế giới 12 3/8/2 013 Tin sinh học là 1 dạng bảng chữ cái sinh học phân... phân tử sinh học là polymer, được sắp xếp thứ tự từ những phân tử đơn giản hơn được gọi là monomer Tin sinh học là 1 dạng sắp xếp nhiều chữ cái thành 1 từ có nghĩa Monomer Polymer Nhu cầu tìm hiểu sự khác nhau giữa các loài có chung nguồn gốc 13 3/8/2 013 Sắp xếp các trình tự và giải mã trình tự cần biết thông qua các website và phần mềm tin học VÌ SAO PHẢI NGHIÊN CỨU TIN SINH HỌC? 14 3/8/2 013 VÌ SAO... và dễ hiểu hơn • Nhà sinh học cần học phần mềm, thấy hạn chế của chúng, và cách giải thích kết quả của chúng Con đƣờng tin sinh học “It’s not the strongest, nor the most intelligent, but the species most adaptable to change has the best chance of survival” - Darwin - 31 3/8/2 013 KIẾN THỨC CẦN NHỚ Các định nghĩa về tin sinh học, các ứng dụng tin sinh học trong CNSH Lịch sử tin sinh học bắt nguồn từ... thống nhất các số liệu về sinh học 16 3/8/2 013 TIN SINH HỌC CHỌN LỌC TỪ GEN MỤC TIÊU ĐẾN CHỌN TẠO GIỐNG CÓ GIÁ TRỊ MONG MUỐN Sự bùng nổ của các kỹ thuật di truyền: Giải mã trình tự 17 3/8/2 013 12 0 quốc gia Internet Cơ sở dữ liệu sinh học NCBI Chuyển trình tự Gene Anh đã giải mã 30% bản đồ gene Mỹ, Pháp, Đức, Nhật Bản, Trung Quốc Các vi sinh vật khác: vi khuẩn, Virus… Tin sinh học xây dựng, bổ sung,...3/8/2 013 Khái niệm tin sinh học Tin sinh học (bioinformatics) là môn học được cơ bản hợp nhất hóa từ tổ hợp các môn sinh học, khoa học máy tính và các kỹ thuật trong công nghệ thông tin Theo Frank Tekaia, Tin sinh học là những phương pháp dựa trên các thuật toán, thống kê và máy tính để hướng đến việc giải quyết các vấn đề sinh học sử dụng các chuỗi DNA và amino acid cùng những thông tin liên quan đến sinh. .. và nguyên lý sinh họchơn là cấp độ tế bào và sinh học phân tử  Thuật ngữ có thể dùng thay thế cho thuật ngữ Tin sinh học PHÂN TÍCH CƠ SỞ DỮ 1 Sản phẩm LIỆU nghiên cứu từ nông nghiệp Phần mềm sinh học 2 Sản phẩm nghiên cứu từ thực phẩm Các kỹ thuật sinh học khi làm thí nghiệm 3 Sản phẩm từ môi trƣờng vv… 42 21 3/8/2 013 Tin y học (Medical Informatics) Ngành học và ứng dụng của các kỹ thuật tin học để... 3/8/2 013 Các công cụ, kỹ năng cần thiết cho tin sinh học Là một lĩnh vực khá đặc biệt trong công nghệ sinh học và sinh học hiện đại, Tin- Sinh học cũng cần có những công cụ riêng phục vụ cho nhu cầu và sự phát triển của nó Những công cụ cơ bản có thể bao gồm: Máy tính (Computer) và hệ thống máy tính Các thuật toán (Algorithms) Các công cụ (tools) và phần mềm (software) Internet Thông tin Tin sinh học... nghiệm Bệnh di truyền Định danh loài 19 3/8/2 013 Các ứng dụng của Tin sinh học BẮT ĐẦU THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH LẠI TỐI ƢU HÓA TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM TỪ CÁC THÔNG SỐ NÀY PHẦN MỀM THÔNG SỐ MÁY TÍNH Quy trình thực hiện chung của các phần mềm Tin sinh học 39 TEA-BREAK 20 3/8/2 013 Sinh học máy tính (Computational Biology) Ngành học của việc ứng dụng các kỹ thuật tin học cho sinh học cổ điển Chủ yếu tập trung... information technology” – Martina McGloughlin - 15 3/8/2 013 Vai trò ngày càng lớn của CNTT Nguồn: ABC News, Australia 2 010 Tầm quan trọng của tin sinh học trong nghiên cứu khoa học Khởi đầu sự nghiên cứu tiến hóa hay nghiên cứu trong hệ genome Duy trì và lưu giữ các dữ kiện và số liệu thông tin trong công nghệ genome bao gồm thông tin về trình tự DNA, protein của tất cả sinh vật trên thế giới Là công... cơ sở dữ liệu (database - cơ sở dữ liệu) đa dạng, toàn diện trên quy mô toàn cầu về công nghệ sinh học Primary public domain bioinformatics servers 18 3/8/2 013 Các lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng Tin sinh học Các lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng của tin sinh học Nghiên cứu chuỗi trình tự DNA và protein Bộ gene người, động vật, thực vật, côn trùng, VSV Sự tiến hóa sinh học Đa dạng sinh học di truyền Chức . PCR •200 0-2 008: gia tăng do việc khởi đầu dự án giải m toàn b b gen các loài và ngƣời 3/8/2 013 9 Lịch sử phát triển ca Tin sinh học 3/8/2 013 10 TIN SINH HỌC LÀ GÌ?? TIN SINH HỌC LÀ. gốc của virus cảm cúm. Thuật ngữ Tin sinh học lần đầu tiên được công nhận toàn thế giới vào năm 19 91. 3/8/2 013 8 Lịch sử phát triển Tin sinh học 19 9 4-2 004: Số lƣợng gia tăng đt biến do. từ 19 65. Năm 19 68, Margaret Dayhoff (Mỹ) tập hợp các trình tự protein thành bản đồ cấu trúc trình tự protein Margaret Dayhoff (19 25 -1 9 83) Lịch sử Tin sinh học Tin sinh học giống như