Llicenciatura en Biologia (3361)

Bioinformàtica(12306) 

Identificació de l'assignatura

L'assignatura Bioinformàtica consta de 25 crèdits teòrics i de 60 crèdits pràctics. Coordinació i professoratCoordinació: Roderic Guigó i Serra. Professorat: Roderic Guigó i Serra, Mar Albà i Robert Castelo.

Objectius generals

- Educar els estudiants de biologia en la comprensió i la utilització dels mètodes d’anàlisi computacional de les seqüències biològiques.
- Es emfasitzar, particularment, emfasi en els problemes de l'alineament de seqüències, recerca de similitud en les bases de dades i identificació de dominis funcionals en seqüències de DNA i proteïnes, i en l’anàlisi comparativa de genomes.
- Introduir els estudiants en el camp dels algoritmes i de la computació.
- Introduir els estudiants en el sistema operatiu UNIX/LINUX i en la programació en el llenguatge PERL.

Avaluació dels aprenentatges

El 30% de la qualificació final s’obtindrà a partir d’una prova teòrica. El 70% restant, a partir de l’elaboració d’un treball pràctic, el qual consistirà fonamentalment en la resolució d’un problema nou d’anàlisi de seqüències genòmiques. La resolució del problema comportarà la implementació d’un petit programa en el llenguatge PERL. En qualsevol cas, per obtenir l’avaluació positiva de l’assignatura serà necessari assistir a un mínim del 80% de les classes pràctiques.
Qualsevol tipus de còpia en qualsevol dels apartats d’avaluació implica la no superació de l’assignatura.

Requeriments per als estudiants

Cal tenir coneixements de genètica i de biologia molecular, així com de bioestadística. És convenient estar familiaritzat amb eines informàtiques.  

Temari de teoria

El temari, el calendari actualitzat i els enllaços al material docent i als guions de pràctiques els podeu trobar a http://www1.imim.es/~rguigo/Bioinformatica/  

Tema 1

La necessitat de la computació en biologia.

Tema 2

Introducció als algoritmes

Tema 3

Algoritmes: estructures de dades

Tema 4

Algoritmes. Ordenacions

Tema 5

Algoritmes. Reconeixement de patrons

Tema 6

Algoritmes. Programacio dinamica

Tema 7

Bases de dades

Tema 8

Alineament de seqüències. Algoritme Smith-Waterman

Tema 9

Alineament de seqüències. Matrius de substitució. Alineament local. Alineament múltiple.

Tema 10

Recerques de similitud. El problema

Tema 11

Fasta i Blast

Tema 12

Problemes associats a les recerques de similitud

Del 7 al 11 de gener

Distribució de tre Tema 1. La necessitat de la computació en biologia
Tema 2. Introducció als algoritmes
Tema 3. Algoritmes: estructures de dades Pràctica 1. UNIX basic. Editor Emacs
Pràctica 2. UNIX, comandes bàsiques: grep, sed, comm, diff, sort, join, awk, cat ...
Pràctica 3. PERL basic 1 Del 14 al 18 de gener Tema 4. Algoritmes. Ordenacions
Tema 5. Algoritmes. Reconeixement de patrons
Tema 6. Algoritmes. Programació dinàmica Pràctica 4. PERL basic 2
Pràctica 5. PERL reconeixement de patrons, expressions regulars
Pràctica 6. PERL: input i output. Manipulació de fitxersballs.

Del 21 al 25 de gener

Tema 7. Bases de dades
Tema 8. Alineament de seqüències. Algoritme Smith-Waterman
Tema 9. Alineament de seqüències. Matrius de substitució. Alineament local. Alineament múltiple. Pràctica 7. Extracció d’ informació de les bases de dades: SRS
Pràctica 8. Alineament de seqüències
Pràctica 9. PERL: alineament de seqüències

Del 28 de gener a l’1 de febrer

Tema 10. Recerques de similitud. El problema
Tema 11. Fasta i Blast
Tema 12. Problemes associats a les recerques de similitud
Pràctica 10. Recerques de similitud I
Pràctica 11. Recerques de similitud II
Pràctica 12. PERL: mètodes hash per la recerca de similitud entre seqüències I
No presencial 1. Exercicis de programaci

Del 4 al 8 de febrer

Tema 13. Recerques de similitud avançades: Psi-Blast, Phi-Blast, GeneWise...
Tema 14. Reconeixement de patrons en seqüències. Una jerarquia de patrons
Tema 15. Reconeixement de patrons en seqüències. Aplicacions
Pràctica 13. PERL: mètodes hash per a la recerca de similitud entre seqüències II
Pràctica 14.1. Cerca de perfils
Pràctica 14.2. Cerca de dominis
Pràctica 14.3. Reconeixement de patrons en seqüències. Prosite, PFAM, Transfac
Pràctica 15. Gestió de projectes en UNIX
No presencial 3 Exercicis de programació
No presencial 2 Exercicis de programació

De l’11 al 15 de Febrer

Tema 16. Predicció de gens: el problema. Determinació de llocs de splicing
Tema 17. Predicció de gens: model de Markovs ocult
Tema 18. Predicció de gens mitjançant l'anàlisi comparativa de genomes Pràctica 16. PERL: matrius de pesos i models de Markovs.
Pràctica 17. Predicció de gens: Geneid, Genscan, Metagene
Pràctica 18. Discussió i distribució de projectes
No presencial 4 Exercicis de programació
No presencial 5 Projectes

Del 18 al 22 de febrer

Tema 19. Matrius d'expressió
Tema 20. Matrius cel.lulars
Tema 21. Anàlisi de genomes I
Pràctica 19. Matrius d'expressió
No presencial 6 Projectes
No presencial 7 Projectes

Del 25 de febrer a l’1 de març

Tema 22. Anàlisi de genomes II

Temari de pràctiques

El temari de pràctiques encara s’ha d’elaborar. Inclourà, però, els següents apartats, que més endavant especificarem amb més detall.
- Introducció a la computació
Algoritmes
Estructures de dades: matrius, llistes i arbres
Complexitat dels algoritmes
Algoritmes d’ordenació
Pattern Matching
Programació dinàmica

- Introducció al sistema operatiu UNIX/LINUX
Sistema d’arxius
Comandes més usuals
Editor Emacs
Instruccions per a la manipulació de strings

- Introducció a la programació en PERL

- Problemes d’anàlisi de seqüències

Bibliografia

Els estudiants que sursin aquesta assignatura necessitaran llibres tant per a la part estrictament de bioinformàtica, com per a la part d’ introducció a la programació, al sistema operatiu UNIX i a la programació en llenguatge PERL. Pel que fa a la part estrictament de bioinformàtica, estic considerant el següent llibre com a llibre de text:
MOUNT, David W. Bioinformatics, Sequence and Genome Analysis. Nova York: Cold Spring Harbour Laboratory Press, 2001.
D’altra banda, hi ha molt material docent i de molta qualitat a Internet. Un índex d’aquests recursos el podeu trobar a:
FUELLEN George. Biocomputing course resource list.