Bioinformática Clásica

Transcripción

1 Bioinformática Clásica Dr. Oswaldo Trelles Universidad de Málaga Esta presentación contiene información sobre la organización del curso de Bioinformática Clásica. En ella se describe para cada tema su contenido, distribución en el tiempo y la evaluación Al final de la lectura se debe tener una visión completa aunque simplificada del curso.

2 Presentación de los Contenidos

3 La Bioinformática es una de las áreas más dinámicas y de mayor actualidad tanto en investigación como en desarrollo y fuente de trabajo. Aborda el tratamiento y análisis de información biológica mediante el desarrollo y uso de procedimientos y sistemas basados en las tecnologías de la información. El objetivo del curso es proporcionar una visión funcional de las áreas de trabajo de la Bioinformática indicando las herramientas de uso cotidiano y los conceptos biológicos que las sustentas, incluyendo una perspectiva genérica de las líneas de actuación futura en el campo

4 Contenidos 1. Introducción a la bioinformática. 2. Bases de datos moleculares. 3. Comparación de secuencias. Fundamentos y algoritmos. 4. Alineamiento múltiple de secuencias y Filogenias. 5. Estructura de proteínas. 6. Transcriptómica / DNA arrays. 7. Proteómica 8. Minería de datos en bases de datos moleculares He organizado la asignatura en 8 grandes temas con la idea de cubrir los diversos aspectos de la bioinformática actual. Sé que es un temario extenso y sería muy optimista intentar desarrollarlo en detalle. No es la intención. La idea es funcional: identifiquemos los grandes campos y descubramos que se hace en ellos, a fin de tener una visión global de las tecnologías disponibles.

5 1.- Introducción a la Bioinformática En este capítulo presentaré y motivaré el curso con una rápida visita a los conceptos básicos. El desarrollo lo haremos en tres grandes apartados: Primero revisaremos los fundamentos de la vida y de la información que rige su organización, su funcionamiento, su desarrollo, proliferación, identidad y evolución A continuación en el apartado computacional revisaremos los conceptos de hardware, software e información, para comprender sus aportes a la bioinformática. Finalmente presentamos la bioinformática como nueva rama de la ciencia, sus objetivos y campos de actuación, los tipos de datos con lo que se enfrenta, y las soluciones que ofrece.

6 2.- Bases de datos moleculares Bioinformática Clásica Uno de los descriptores más notables de la bioinformática es el gran volumen de datos disponibles como resultado de los avances tecnológicos de alta productividad. Por ello, uno de los aspectos cruciales de la Bioinformática es la organización, recuperación y procesamiento de estos datos y sus inter-relaciones. Este tema aborda los conceptos de bases de datos en general con especial énfasis en las bases de datos biológicas, su clasificación, el tipo de información que contienen, sus volúmenes, tasas de crecimiento, la forma de acceder a ellas y explotarlas

7 3.- Comparación de secuencias. La información primaria que gestiona la bioinformática son las secuencias biológicas. En este tema presentaré los procedimientos más usuales para compararlas y alinearlas; usando conceptos de identidades, semejanza entre residuos, interrupciones, alineamientos locales y globales y aspectos de complejidad computacional. Veremos los programas de comparación más usados: Blast, Fasta y Programación dinámica.

8 4.- Alineamiento múltiple y Filogenia Iremos del alineamiento de parejas de secuencias al alineamiento de varias secuencias. A partir de ellos revisaremos los motivos, perfiles y modelos de Markov, la forma de describirlos (expresiones regulares, matrices de peso, etc.) y presentaremos las principales bases de datos que almacenan este tipo de información y las herramientas para utilizarlas. El AM es el punto de partida para estudiar la filogenia que establece relaciones de parentesco entre los seres vivos y permite describir la divergencias entre las especies o grupos taxonómicos.

9 5.- Estructura de las Proteínas. La característica fundamental de cada proteína es su pliegue particular, ya que la forma o estructura 3D está asociada a la función que cumple. Presentaremos los métodos para la determinación experimental de la estructura e introduciremos los métodos para predecirla in-silico

10 6.- Transcriptómica: DNA arrays. Bioinformática Clásica Los experimentos de DNA-arrays permiten estudiar el comportamiento dinámico de miles de genes a la vez bajo determinadas condiciones experimentales. La utilización de muestras control y diana permite identificar genes involucrados en determinados procesos biológicos. Este gran salto tecnológico permite incrementar nuestro conocimiento sobre las relaciones entre los genes, la función de las proteínas y su relación con determinadas características deseadas de los organismos vivos (salud, calidad de fruto, resistencia a patógenos, etc).

11 7.- Proteómica. El objetivo final de la genómica es la determinación del catálogo completo o lista detallada los genes de los organismos vivos. En la era post-genómica el interés se mueve hacia el entendimiento de la dinámica del genoma: el proteoma, o el conjunto de las proteínas expresadas en un organismo en un determinado momento bajo unas determinadas condiciones. En este tema estudiaremos la identificación de proteínas a partir de los datos de espectrometría de masas: estrategias, algoritmos o motores de búsqueda, bases de datos, predicción de funciones proteicas, etc.

12 8.- Minería de datos moleculares. El explosivo crecimiento del ritmo de producción de datos biológicos produce una brecha difícil de salvar entre la capacidad de recoger y almacenar los datos, y las limitaciones para analizar y comprender estas grandes colecciones. Las técnicas de extracción automática de conocimiento en bases de datos (KDD: Knowledge Discovery in Databases) busca dar< respuesta a este problema. El KDD es el proceso no trivial de identificar patrones desconocidos, válidos, potencialmente útiles y comprensibles por el usuario. Revisaremos los conceptos y aplicaciones de la minería de datos y la forma de expresar el conocimiento a través de las reglas de asociación.

13 Evaluación En el sistema de formación no-presencial el proceso de asimilación de conocimientos se basa en: El acceso a la información El estudio de esa información La tele-consulta de dudas La demostración de haber adquirido los conocimientos (aprendizaje) Realizaré la evaluación en base a los siguientes criterios: Criterios 1.- Participación y aportaciones en los foros de discusión (consideraré la participación activa en los foros como requisito para ser evaluado). 2.- Solución a los ejercicios propuestos 3.- La calidad de las aportaciones 4.- Aportes particulares del alumno en temas relacionados al curso. En este aspecto os recomiendo un cierto atrevimiento e iniciativa para plantear cuestiones abiertas, que podamos extender, o al menos comentar.

14 Programación Contenidos del curso 0.- Presentación del curso. 1.- Introducción a la bioinformática 2.- Bases de Datos moleculares. 3.- Comparación de secuencias. Fundamentos y algoritmos. 4.- Alineamiento múltiple de secuencias y Filogenias. 5.- Estructura de proteínas. 6.- Transcriptómica / DNA arrays. 7.- Proteómica 8.- Minería de datos en bases de datos moleculares 9.- Evaluación T O T A L Horas Se indica la secuencia temporal de cada tema (el profesor comunicará cualquier cambio que sea necesario para ajustar los tiempos de estudio y presentación) El alumno debe estimar que el número de horas de estudio que debe dedicar es al menos el doble del material de lectura

15 Nota del Profesor Esta es la primera versión de este curso en su formato no-presencial. Mi experiencia previa en este campo es positiva en cuanto a la consecución de los objetivos siempre que se pongan los recursos necesarios. Por ello os animo a participar activamente en el curso lo que además es parte de la evaluación- con vuestras discusiones. Para mi es importante pedir vuestra colaboración en forma de comentarios, críticas, erratas, falta de detalles, exceso de generalidad, necesidades de tiempo, etc, etc. para poder corregir errores y mejorar este servicio. Os estaré muy agradecido. O.Trelles

16 Tareas iniciales Verificar acceso a los recursos Leer los documentos de la presentación (ver carta de ajuste) Participación en el Foro: Definición (inicial) de bioinformática Lectura inicial (LeroyHood_interview.pdf: systems biology ) FAQs En la Web del Campus Virtual Andaluz he abierto un Foro llamado FAQs para las preguntas frecuentes (Frequent Asked Questions) en el que podéis plantear de forma abierta todas aquellas cuestiones que en general- no están relacionadas con los contenidos del curso sino con la dinámica de mismo, o con los recursos disponibles, su modo de empleo, etc. e incluso podemos discutir recomendaciones sobre el desarrollo del mismo.

17 La versión detallada de cada uno de los temas de la asignatura están disponibles en la Web del Campus Virtual Andaluz. Además disponemos de diversos medios de comunicación e intercambio de ideas: foros, chat, correo electrónico. Puesto que la comunicación alumno / profesor es fundamental incluso en la educación presencial, os sugiero que uséis todas las herramientas disponibles para mantener un contacto mínimo, que planteéis las dudas que surjan y que busquéis las respuestas y detalles necesarios para un completo entendimiento de los contenidos. Consulta los materiales para completar tus conocimientos

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