محاضرات من المدرسة حول المعلوماتية الحيوية من الألف إلى الياء

في صيف عام 2019 ، عقدت المدرسة الصيفية للمعلوماتية الحيوية للمرة السابعة - وهو برنامج تعليمي أسبوعي مكثف لمئات الطلاب والخريجين الجدد من مدن وبلدان مختلفة يتخذون خطواتهم الأولى في هذا المجال.

ينقسم علماء الأحياء ، والأطباء ، والمبرمجون ، والرياضيون ، والفيزيائيون ، والكيميائيون - الاختصاصات الأكثر شيوعًا للمشاركين في المدرسة - إلى تيارين من "علماء الأحياء" و "علماء الكمبيوتر". تم تخصيص المحاضرات والممارسات لمختلف طرق المعلوماتية الحيوية وتطبيقها في الطب والبيولوجيا: من التطور إلى تحليل بيانات تسلسل الخلية الواحدة والشيخوخة.

فيما يلي نشارك نظرة عامة ومقاطع فيديو وشرائح من 15 محاضرات سابقة. يمكن تمييزها بعلامة النجمة "*" بدون تحضير أو بالمعرفة الأساسية.

استمتع بالمشاهدة!



1. * مقدمة لتقنيات NGS | باربيتوف يوري ، معهد المعلوماتية الحيوية

فيديو | تحدث Slides

Yuri عن الطرق الأساسية لتسلسل الجيل التالي (NGS) والآليات التي يقوم عليها الحصول على البيانات. تشرح القصة آلية عمل تفاعل البلمرة المتسلسل (PCR) ، وتسلسل Senger ، والفرق بين تقنيات التسلسل المختلفة للجيل الثاني والثالث. بشكل منفصل ، يتم إعطاء المناهج التجريبية التي تسمح للمرء بالحصول على أنواع مختلفة من البيانات.



2. * الحيل المعلوماتية الحيوية لتحليل الحمض النووي القديم | تاتيانا Tatarinova، جامعة لافيرن

فيديو | شرائح

يجذب الحمض النووي القديم انتباه العلماء كمصدر للبيانات حول الأنواع والكائنات الحية التي لم تعد حية في الوقت الحاضر. ومع ذلك ، بسبب سوء الحفاظ على الحمض النووي ، تختلف طريقة معالجة البيانات المعلوماتية الحيوية وتتطلب عددًا كبيرًا من الحيل. تتحدث تاتيانا عن مثل هذه الأساليب باستخدام مثال الحمض النووي القديم من بقايا شعب الخزر.



3. تسلسل وتحليل جينومات السرطان | سيرجي اجانيزوف

فيديو جامعة جونز هوبكنز | شرائح

يمكن للطفرات الجسدية أثناء تطور السرطان أن تغير بشكل كبير النمط النووي للجينوم في الخلايا وتعطيها ميزة سكانية ، مما يؤدي إلى انتشار غير خاضع للرقابة للورم الخبيث. يلعب تحليل التغيرات الجينية الهيكلية في خلايا هذه الأورام دورًا مهمًا في دراسة أسباب وفهم تطور السرطان.

توضح المحاضرة كيف يمكن استخدام الأساليب والمعرفة من مجالات نظرية الرسم البياني ، التوافقية ، والبرمجة الخطية للحصول على صورة أكثر دقة وإفادة للتغيرات الهيكلية في جينوم الخلايا السرطانية.

تحدث سيرجي عن الأساليب الخوارزمية لاستعادة الأنماط الجينومية المعاد ترتيبها في مجموعات من الخلايا السرطانية في الأورام الخبيثة غير المتجانسة المتسلسلة. كما درس الصعوبات التي تصنعها الجينوم غير الصبغية للخلايا السليمة والخلايا السرطانية ، ووصف نماذج للعمل مع تسلسل السرطانات غير المتجانسة.



4. * جهود "غير أثيرية" للعقل: لماذا هناك حاجة إلى الرياضيات والبرمجة في biomed | Pyotr Vlasov ، معهد العلوم والتكنولوجيا

فيديو | الشرائح

في علم الأحياء الحديث والطب والصيدلة ، يتم إنشاء المهام البحثية والتطبيقية بشكل متزايد والتي تتطلب معرفة متعمقة بالفيزياء والرياضيات وتقنيات تكنولوجيا المعلومات.

لماذا جعلت الزيادة الحادة في حجم البيانات التجريبية والنظرية المجال الحيوي / الطبي أقرب إلى مجال الرياضيات وتكنولوجيا المعلومات؟ ما مدى دقة التآزر بين النهج الرياضية / البرامجية والفهم العميق لعلم الأحياء "المتوقع" في التطور الحديث للأدوية والطب الحيوي الشخصي؟ في السنوات الأخيرة ، تمكنا من فهم ما هو جديد في العلاقة بين النمط الجيني والنمط الظاهري للطب الحيوي ، بما في ذلك في سياق مجموعة متنوعة من الأمراض؟ كيف يكشف هذا الفهم عن "أهداف" جديدة للعلاج؟ ولماذا في مثل هذه الدراسات أن المعرفة الجيدة بالرياضيات والبرمجة مطلوبة؟

ناقش بيتر في محاضرته هذه القضايا وغيرها باستخدام موارد وأدوات محددة لتحليل البيانات الطبية الحيوية ، بالإضافة إلى بعض مشاكل البحث الأساسية.



5. * تحرير الجينوم البشري على مستوى الجنين | دينيس ريبريكوف ، الجامعة الطبية الوطنية للبحوث الروسية سميت Pirogov

Video | الشرائح

نظام تحرير الجينوم CRISPR يسمح بتغييرات مستهدفة في تسلسل الحمض النووي DNA. تحدث المحاضر عن كيفية استخدام هذه التقنية التي يمكن أن تجعل التحرير المحتمل للأجنة البشرية في المرحلة الملقحة ، وما هي المخاطر والمخاطر ، وكيف تقيم سلامة النهج. قدم دينيس أيضًا نظرة عامة على تقنيات الاستنساخ والأساليب العلمية التي تكمن وراء هذه العمليات.



6. لماذا تختلف الخلايا البائية؟ | ايلاريا تاراسوفا، والتر وإليزا هول معهد للبحوث الطبية

فيديو | شرائح

كيفية نسخ الخلايا اللمفاوية المنشطة مع نسخة لفهم التعبير عن الجينات التي تعتمد على الوقت وأيها على عدد الأقسام؟ ما هي الاختلافات بين الخلايا البائية ولماذا العديد من الأنواع الوظيفية في الجسم؟ تم تقديم الإجابات على هذه الأسئلة وغيرها من قبل Ilaria في محاضرته.



7. * دورات القص والخياطة: كيف يتم استخدام البروتينات المصممة في الطب والتكنولوجيا الحيوية | انطون شوجونوف ، IBCh RAS ،

فيديو الجزيئات الحيوية | أخبر Slides

Anton ما هي الأساليب الموجودة للتعديل الموجه وحتى تصميم "من الصفر" للبروتينات مع الخصائص المطلوبة. لكن هذه أدوية جديدة وجزيئات للتكنولوجيا الحيوية وحتى فرص جديدة في قطاع الطاقة.



8. التنظيم الجيني والشيخوخة | أوليغ شبينوف ، فيديو أبحاث JetBrains

| شيخوخة الشرائح

هي العملية المعقدة التي تخضع لها الكائنات الحية. في المحاضرة ، فحص أوليغ المبادئ الأساسية للتنظيم اللاجيني ، والأساليب التجريبية والحاسوبية لمعالجة البيانات ، بما في ذلك حل تحليل بيانات ChIP-Seq الشامل - JBR Genome Browser و SPAN Semisupervised Peak ANalyzer .

تذكر المحاضرة أيضًا ساعات المثيلة ، وهي طريقة للتنبؤ بالعمر البيولوجي بمستوى التعديلات الكيميائية لجزيء DNA. يختتم الجمهور بقصة حول دراسة المستضد البشري في التنمية والشيخوخة ، والتي تجريها جامعة واشنطن في سانت لويس ومختبر أبحاث JetBrains.



9. * مقدمة لتعلم الآلة | غريغوري سابونوف ، فيديو Intento

| الشرائح

تواصل آلة التعلم باعتباره مجال الذكاء الاصطناعي لجذب انتباه الباحثين. يمكننا القول أن هذا بديل للبرمجة ، والذي يمكن أن يساعد في الكشف عن أنماط في البيانات غير مرئية للعين العادية. يخبر المحاضر بالتفصيل عن كل مرحلة من مراحل تدريب النموذج وأهمية جودة البيانات المقدمة للمدخلات.



10. تحليل بيانات RNA-seq | أليكسي سيرجوشيف ،

فيديو جامعة ITMO | تسمح لك بيانات تسلسل شرائح

RNA (RNA-seq) بتقييم التغيير في تعبير تجمع الجينات في الأنسجة أو الكائنات الحية بأكملها. تحدث أليكسي عن البروتوكولات وتسلسل الحمض النووي الريبي بشكل عام ، الكمية والنهج لتحليل التعبير الجيني التفاضلي.



11. * خوارزميات تجميع الجينوم | Andrey Przhibelsky ،

فيديو SPbSU TsAB | تجميع شرائح العرض

هو عملية حسابية معقدة خوارزمية. تحدث أندريه عن خوارزميات التجميع استنادًا إلى الرسم البياني de Bruyne والمقاييس ، والتي من المهم الانتباه إليها أثناء التجميع.



12. البحث عن الأليلات المرضية النادرة ذات التأثير الكبير في السكان الفنلنديين فاسيلي رامينسكي ، مؤسسة ميزانية الدولة الاتحادية المركز القومي للبحوث الطبية للطب الوقائي التابع لوزارة الصحة الروسية

فيديو | شرائح

يعتقد أن المتغيرات الجينومية النادرة تؤثر بشدة على مخاطر الإصابة بأمراض شائعة وأهمية السمات المظهرية الكمية. على الرغم من تطور التكنولوجيا ، لا تزال البحوث الحديثة تفتقر إلى عدد كاف من العينات لتحديد هذه الخيارات بشكل موثوق.

في السكان المعزولين الذين مروا بمرحلة من انخفاض عدد السكان القوي ، على سبيل المثال ، في الفنلندية ، يمكن ملاحظة الأليلات الضارة بترددات أعلى بكثير من السكان العاديين. أظهر تسلسل 78 جينًا في 6000 فنلندي أهمية وجود مجموعات كبيرة وموصوفة جيدًا للبحث الناجح عن المتغيرات النادرة.

كشف تسلسل exoms من 20000 نسمة من شمال وشرق فنلندا عن 43 ارتباطًا جديدًا للمتغيرات الضارة مع 25 حرفًا. تم العثور على معظم الأليلات الضارة الجديدة المكتشفة في الفنلنديين مع ترددات أكبر 10-100 مرة من السكان الأوروبيين الآخرين. لتحديد مثل هذه الخيارات في سكان أوروبيين آخرين يتطلب عينات من مئات الآلاف أو حتى ملايين الأفراد.

تحدث فاسيلي عن الإمكانية الأساسية للكشف عن متغيرات نادرة إكلينيكية نادرة عن طريق تسلسل مجموعات كبيرة بما فيه الكفاية وفعالية استخدام مجموعات معزولة لحل هذه المشكلة.



13. * البحث عن المؤشرات الحيوية من البروتينات وبيانات التعبير الأخرى باستخدام طرق التعلم الآلي | إيلينا تشوكلينا ،

فيديو ETH Zürich |

تحدثت Slides Elena عن مفهوم المؤشرات الحيوية وكيف يعمل التعلم الآلي بشكل جيد في بحثهم. تشير المحاضرة إلى أنواع مختلفة من التعلم الآلي وتوفر خوارزمية تنفيذ خطوة بخطوة - تُظهر إيلينا مع أمثلة كيف يمكن استخدامها في الطب على البيانات البروتينية الحقيقية ونتائج تحليل التعبير الجيني التفاضلي.



14. * في عالم البروتيوميات بافل Sinitsyn، ماكس بلانك للكيمياء الحيوية

فيديو | يتحدث Slides

Pavel عن مبادئ ونهج مختلفة للحصول على البيانات في علم البروتينات. يشرح المحاضر بالتفصيل كل خطوة من خطوات الحصول على البيانات ، وميزات اختيار الببتيد ويظهر الفرق في مناهج الأساليب من أسفل إلى أعلى ومن أعلى إلى أسفل.



15. دراسة نمو المخ على مستوى الخلايا المفردة | كونستانتين أوكونيكنيكوف ،

فيديو المركز الألماني لأبحاث السرطان | يقدم Slides

Konstantin في محاضرته نظرة عامة تفصيلية عن تقنيات التسلسل أحادي الخلية ويوضح كيف يمكن استخدام بيانات الخلية الواحدة في أبحاث الدماغ. بشكل منفصل ، يناقش المحاضر أساليب معالجة بيانات الخلية الواحدة.

فى النهاية

تُعقد المدارس الصيفية سنويًا منذ عام 2013 ، وتراكم العديد من مقاطع الفيديو لسنوات مختلفة على قناة YouTube في المجال العام مع تغطية واسعة للمواضيع.

وحتى 1 مايو ، ستفتح طلبات الالتحاق بالمدرسة الصيفية 2020 ، التي ستقام في سان بطرسبرج من 27 يوليو إلى 1 أغسطس. بالنسبة لأولئك الذين يريدون معرفة أعمق - حتى 22 فبراير ، يمكنك التقاط برنامج إعادة تدريب في المعلوماتية الحيوية في سانت بطرسبرغ وموسكو أو في ندوة في الموقع حول بيولوجيا الأنظمة .

عقدت مدرسة 2019 بفضل دعم من JetBrains ، BIOCAD و EPAM ، التي هم في غاية الامتنان.

المعلوماتية الحيوية للجميع ونراكم قريبا!

ملاحظة - المنشورات السابقة على حبري مع لمحة عامة عن المحاضرات حول المعلوماتية الحيوية: 2018 و 2017 و 2016 .