• Kategorie
  • Wprowadzenie do bioinformatyki.

Autor(zy) Lesk Arthur
Miejsce wydania Warszawa
Rok 2019
Wydanie I
Ilość stron 264
Format 205/285
Okładka miękka
Brak towaru
119.00 -11% 106.00
Wpisz swój e-mail
Wysyłka w ciągu 24 godziny
Cena przesyłki 10
Odbiór osobisty 0
PP Przesyłka biznesowa 10
Paczkomaty InPost 12
Dostępność 0 szt.
ISBN 978-83-01-20811-0.
EAN 9788301208110
Zostaw telefon

Wprowadzenie do bioinformatyki.

Autor(zy): Lesk Arthur.
ISBN: 978-83-01-20811-0.
Miejsce wydania: Warszawa
Rok wydania: 2019
Wydanie :I
Ilość stron: 264
Format: 205/285
Okładka: miękka

26 czerwca 2000 roku nastąpiły zmiany, które na zawsze zmieniły oblicze biologii i medycyny. Premier Wielkiej Brytanii Tony Blair oraz prezydent Stanów Zjednoczonych Bill Clinton wzięli udział w konferencji prasowej za pośrednictwem łączy satelitarnych, aby wspólnie ogłosić zakończenie projektu nad Genomem Człowieka. W dzienniku The New York Times pojawił się wówczas nagłówek: Ludzki kod genetyczny rozszyfrowany przez naukowców. Sekwencja 3 miliardów baz stanowiła punkt kulminacyjny prac trwających ponad dekadę, kiedy to cel był łatwo dostrzegalny, a jedynie pytania sprowadzały się do tempa postępu technologicznego oraz napływu funduszy na realizację badań. Genom ludzki zapewnia nam przede wszystkim in¬formacje. Komputery natomiast odegrały kluczową rolę przy określaniu sekwencji, jak również przy zastosowaniu ich w biologii czy też medycynie. Wykorzystanie komputerów przełożyło się nie tylko na samą wydajność przetwarzania i przechowywania danych, ale było również niezbędne przy stosowaniu wyszukanych metod matematycznych do osiągnięcia założonego celu. Związek biologii i nauk komputerowych przyczynił się do powstania nowego pola naukowego zwanego bioinformatyką. Obecnie bioinformatyką jest nauką stosowaną. Komputery od zawsze stanowiły kluczowy element projektów mających na celu określenie sekwencji, struktury czy innego rodzaju dane. Programy komputerowe są stosowane w celu generowania wniosków z archiwów danych biologii molekularnej i medycyny, aby móc wyodrębnić elementy wspólne, jak również aby opracować przydatne prognozy. Książka Wprowadzenie do bioinformatyki skierowana jest do studentów jak również praktykujących naukowców, którzy potrzebują zaznajomić się z dostępem do archiwów danych (i to nie tylko tych na temat genomów i białek), poznać jak wykorzystywać narzędzie służące do pracy z tymi archiwami oraz znaleźć odpowiedź na wszelkiego rodzaju pytania związane z tymi danymi i narzędziami. • Rozdział 1 stanowi wprowadzenie do tematu oraz nakreśla wszystkie kluczowe punkty: sekwencje DNA i białek, genomy i proteomy, bazy danych oraz wyszukiwanie informacji, sieć WWW oraz programowanie komputerowe. Przed rozwinięciem poszczególnych tematów w sposób szczegółowy niezbędne jest stworzenie podstaw do dalszych dyskusji. • Rozdział 2 przedstawia podstawy genetyki i genomów oraz rozwój sekwencjonowania DNA. • Rozdział 3 omawia wyniki badania oraz istotne przykłady sekwencjonowania genomu. • Rozdział 4 podejmuje kwestię analizy związków miedzy sekwencjami: dopasowania i drzewa filogenetyczne. Niniejsze metody stanowią podstawę dla współczesnych wyzwań stawianych bioinformatyce: wykrywanie dalekich pokrewieństw, rozumienie związków między genomami różnych organizmów czy śledzenie biegu rewolucji na poziomie gatunkowym oraz molekularnym. • Rozdział 5 porusza trzy kwestie, odnoszące się do struktury oraz fałdowania białek. Sekwencję oraz strukturę należy traktować jako pełnoprawnych partnerów, zaś bioinformatyka dostarcza metod umożliwiających w miarę możliwości swobodne poruszanie się między nimi. Całkowite zrozumienie struktur białek jest niezbędne do określenia ich funkcji oraz mechanizmów działania, jak również kluczowe ze względu na ich kliniczne i farmakologiczne zastosowania. • Rozdział 6 opisuje stan faktyczny dostępnej literatury naukowej z uwzględnieniem przejścia od formy papierowej do elektronicznej. Rzeczone przejścia niesie ze sobą szereg konsekwencji tak natury intelektualnej jak i praktycznej. Ponadto wywarło znaczny wpływ na badania w obrębie bioinformatyki. • Rozdział 7 podejmuje kwestię sztucznej inteligencji oraz uczenia maszynowego. Jedynie znikomej ilości działań, w tym nawet tych spoza świata nauki, udało się uniknąć zastosowania tych metod. W przypadku biologii molekularnej odgrywają one kluczową rolę. • Rozdział 8 stanowi wprowadzenie do biologii systemów. Głównym założeniem biologii systemów jest integracja: jak to jest, że wszystkie elementy pasują do siebie? Jak oddziałują na siebie? Jak to jest, że pojedyncze cząsteczki i procesy tworzą razem pewną całość, która przewyższa poszczególne elementy w samowystarczalności? • Rozdział 9 opisuje procesy metaboliczne. Aktywności poszczególnych enzymów stanowią przedmiot zainteresowań klasycznej biochemii. Jednakże zrozumienie sposobów sterowania nimi jest celem biologii molekularnej, ukazując szereg mechanizmów na poziomach transkrypcji, translacji, modyfikacji post-translacyjnych oraz interakcji inhibitorów oraz efektorów allosterycznych z samymi enzymami. Interakcja tych systemów sterowania stanowi podstawę rozwoju biologii systemów jako kontynuacja rozdziału 8. • Rozdział 10 podejmuje kwestię bardziej ogólnych mechanizmów kontroli, w tym ekspresję genów. Sterowanie ekspresją genów wpisuje się w odpowiedziach na bodźce i zmiany w środowisku komórki, oraz oddziałuje na krótko- i długoterminowe procesy rozwojowe.



Przedmowa do piątego wydania XIII

Schemat książki XIX

Wprowadzenie do bioinformatyki w sieci XX

Podziękowania XXI

1. Wprowadzenie 1

Życie w czasie i przestrzeni 4

Fenotyp = genotyp + środowisko + historia życia + epigenetyka 5

Ewolucja jako zmiana na przestrzeni czasu w świecie istot żywych 5

Klasyfikacja biologiczna i nazewnictwo 7

Dogmaty: główne i poboczne 10

Struktura DNA 10

Transkrypcja i translacja 13

Struktury białek 14

Statyka i dynamika 19

Biologia systemowa 19

Genom człowieka 21

Zmiany w sekwencjach genomu człowieka 22

Genom człowieka a medycyna 23

Bazy danych w biologii molekularnej 31

Archiwa rzeczy zauważalnych i danych 32

Baza danych bez skutecznych sposobów dostępu jako bezużyteczne narzędzie 33

Przepływ informacji w bioinformatyce 34

Organizacja, adnotacja i kontrola jakości 36

Baza danych WWW 37

Publikacje elektroniczne 38

Komputery i informatyka 38

Programowanie 39

Après moi, le déluge? Przepraszam, już za późno! 43

Jaka jest moc sekwencjonowania na świecie? 46

Jaki jest stosunek ilości danych w bioinformatyce do innych naukowych archiwów informacji? 46

Polecana literatura 47

Ćwiczenia i zagadnienia problematyczne 48

2. Od genetyki do genomów 53

Klasyczne tło genetyki 54

DNA reprezentuje geny 55

Mapy i przewodniki 56

Mapy połączeń genetycznych 56

Sprzężenia 56

Prążkowanie chromosomów 58

Mapy wysokiej rozdzielczości bazujące bezpośrednio na sekwencjach DNA 60

Mapy restrykcyjne 62

Sekwencjonowanie DNA 63

Frederick Sanger i rozwój sekwencjonowania DNA 63

Sekwencjonowanie DNA poprzez przerywanie replikacji łańcucha 64

Automatyzacja sekwencjonowania DNA 65

Sekwencjonowanie następnej generacji 66

Odczyty sparowane 72

Życie w pędzie 73

Zestawianie - aspekty obliczeniowe 74

Dopasowywanie wzorców 74

Drzewa sufiksowe 74

Łączenie fragmentów 76

Genomika w identyfikacji tożsamości 79

Genetyczne odciski palców 80

Identyfikacja tożsamości poprzez amplifikację określonych regionów w miejsce analizy polimorfizmu długości fragmentów restrykcyjnych (RFLP) 81

DNA mitochondrialne 83

Analiza sekwencji DNA nienależących do ludzi 84

Badania na ustalenie ojcostwa 85

Aspekty etyczne, prawne i społeczne 87

Bazy danych zawierające informacje o sekwencji DNA u ludzi 87

Wykorzystanie sekwencjonowania DNA w badaniach na organizmach ludzkich 90

Polecana literatura 90

Ćwiczenia i zagadnienia problematyczne 91

3. Panorama życia 95

Genomy, transkryptomy i proteomy 96

Geny 96

Proteomika i transkryptomika 99

Podsłuchiwanie na transmisji informacji genetycznej 100

Projekty sekwencjonowania genomu 101

Genomy prokariontów 102

Genom bakterii Escherichia coli 103

Genom archeonu Methanocaldococcus jannaschii 105

Genom jednego z najprostszych organizmów: Mycoplasma genitalium 106

Metagenomika: pobranie genomów z próbek środowiskowych 107

Ludzki mikrobiom 109

Genomy eukariontów 110

Rodziny genów 111

Genom Saccharomyces cerevisiae (drożdży piekarniczych) 111

Genom Caenorhabditis elegans 113

Genom Drosophila melanogaster 115

Genom Arabidopsis thaliana 115

Genom Homo sapiens (genom człowieka) 117

Geny kodujące białka 118

Sekwencje powtarzalne 118

RNA 119

Polimorfizmy pojedynczego nukleotydu i haplotypy 119

Systematyczne pomiary i zbiory polimorfizmów pojedynczego nukleotydu 122

Różnorodność genetyczna w antropologii 123

Sekwencje DNA a języki 125

Ewolucja genomów 125

Proszę przekaż geny: poziomy transfer genów 128

Genomika porównawcza u eukariontów 129

Polecana literatura 130

Ćwiczenia i zagadnienia problematyczne 131

4. Dopasowania i drzewa filogenetyczne 133

Wprowadzenie do dopasowania sekwencji 134

Macierz punktowa a dopasowanie sekwencji 140

Miary podobieństwa sekwencji 142

Systemy punktacji 143

Pochodne od macierzy substytucji: macierze PAM 144

Obliczanie dopasowywania dwóch sekwencji 146

Odmiany i uogólnienia 146

Metody aproksymacji dla szybkiej identyfikacji baz danych 146

Algorytm programowania dynamicznego dla optymalnego dopasowania dwóch sekwencji 148

Znaczenie dopasowań 153

Dopasowanie wielu sekwencji 155

Zastosowanie dopasowania wielu sekwencji do przeszukiwania baz danych 156

Profile 158

PSI-BLAST 160

Całkowite dopasowanie par sekwencji dla ludzkiego białka PAX-6 i Drosophila melanogastere yeless 164

Ukryte modele Markowa (Hidden Markov Models, HMM) 165

Filogeneza 167

Określanie powiązań taksonomicznych na podstawie właściwości molekularnych 169

Wykorzystanie sekwencji przy określaniu związków filogenetycznych 172

Zastosowanie SINE oraz LINE do określania związków filogenetycznych 175

Drzewa filogenetyczne 177

Metody oparte na grupowaniu 179

Metoda największej wiarygodności 180

Rekonstrukcja sekwencji ancestralnych 180

Dekarboksylaza pirogronianu: synteza, aktywność i struktura krystaliczna przewidywanego przodka 181

Problem zmiennego tempa ewolucji 183

Metoda Bayesa 184

Czy drzewa są właściwym sposobem przedstawiania związków filogenetycznych? 184

Kwestie obliczeniowe 185

Podsumowanie 186

Polecana literatura 187

Ćwiczenia i problemy 187

5. Bioinformatyka strukturalna a opracowywanie leków 193

Wprowadzenie 194

Stabilność a fałdowanie białek 196

Wykres Ramachandrana jako opis dopuszczalnych konformacji łańcucha głównego 196

Łańcuchy boczne 198

Stabilność i denaturacja białek 198

Proces zwijania białek 202

Zastosowania hydrofobowości 204

Białka superhelikalne (coiled-coil) 204

Opis zróżnicowania struktur białek 208

Superpozycja struktur a dopasowanie strukturalne 209

Ewolucja struktur białek 214

Klasyfikacja struktur białek 216

SCOP 217

Przewidywanie i modelowanie struktur białek 219

Ocena krytyczna przewidywania struktur 221

Prognozowanie struktur drugorzędowych 222

Modelowanie homologiczne 223

Rozpoznawanie fałdu 223

Obliczanie energii konformacji i dynamiki molekularnej 226

ROSETTA 228

Przewidywanie struktury białek na podstawie map kontaktów pochodzących od skorelowanych mutacji w dopasowaniach wielu sekwencji 229

Tworzenie nowych białek 232

Opracowywanie i doskonalenie leków 235

Związek wiodący 236

Doskonalenie związku wiodącego: ilościowe modele zależności struktura-aktywność 237

Wykorzystanie bioinformatyki przy opracowywaniu i doskonaleniu leków 238

Modelowanie molekularne przy opracowywaniu leków 239

Polecana literatura 245

Ćwiczenia i problemy 247

6. Publikacje naukowe i archiwa: media, treść, dostęp i prezentacja 253

Literatura naukowa 254

Dostęp do publikacji naukowych 255

Otwarty dostęp 257

Public Library of Science 258

Biblioteki tradycyjne i cyfrowe 258

Jak zapełnić bibliotekę cyfrową 259

Eksplozja informacyjna 260

Sieć: wyższy wymiar 260

Nowe media: wideo, dźwięk 260

Przeszukiwanie literatury naukowej 261

Zarządzanie bibliografią 261

Bazy danych 263

Zawartość bazy danych 263

Kontrola jakości baz danych 264

Literatura jako baza danych 265

Organizacja bazy danych 265

Adnotacja 268

Języki znaczników 269

Dostęp do baz danych 271

Linki 271

Interoperacyjność baz danych 272

Eksploracja danych 276

Języki programowania i narzędzia do budowania i dostępu do baz danych 277

Tradycyjne języki programowania 277

Języki skryptowe 278

Biblioteki programów przeznaczone dla biologii molekularnej 278

Java - obliczenia w sieci 278

Przetwarzanie języka naturalnego 279

Przetwarzanie języka naturalnego przy przeszukiwaniu literatury biomedycznej 280

Zastosowania biomedyczne eksploracji tekstu 281

Tworzenie hipotez 286

Sieć związana z jaskrą uzyskana przez eksplorację danych 287

Polecana literatura 290

Ćwiczenia i problemy 291

7. Sztuczna inteligencja i uczenie maszynowe 293

Czym jest sztuczna inteligencja i uczenie maszynowe? 294

Klasyfikacja i grupowanie 295

Klasyfikator binarny 298

Krzywe ROC (Receiver Operating Characteristic) 300

Sztuczne sieci neuronowe 301

Mapy samoorganizujące 303

Drzewa decyzyjne 304

Maszyny wektorów nośnych (SVM) 308

Metody jądra 308

Grupowanie 310

Grupowanie za pomocą spektralnej teorii grafów 313

Polecana literatura 316

Ćwiczenia i problemy 316

8. Wprowadzenie do biologii systemów 319

Wprowadzenie 320

Sieci i grafy 321

Spójność w sieciach 322

Dynamika, stabilność i odporność na awarie 324

Niektóre źródła inspiracji dla biologii systemów 325

Złożoność sekwencji 325

Definicja entropii Shannona 326

Złożoność sekwencji 327

Zależność między złożonością, losowością i zdolnością do kompresji 328

Transformata Burrowsa-Wheelera 329

Odwracanie transformaty Burrowsa-Wheelera 329

Transformata Burrowsa-Wheelera grupuje powtórzenia, ułatwiając kompresję 330

Zastosowanie transformaty Burrowsa-Wheelera do poszukiwania wzorców w łańcuchach 330

Złożoność w innych typach danych biologicznych 331

Złożoność statyczna i dynamiczna 332

Przewidywalność i chaos 333

Analiza i porównywanie sieci 334

Analiza grafów za pomocą algebry macierzy 335

Izomorfizm grafów 335

Polecana literatura 338

Ćwiczenia i problemy 338

9. Szlaki metaboliczne 341

Wprowadzenie 342

Klasyfikacja funkcji białek 344

Komisja Enzymowa 344

Klasyfikacja funkcji białek przez Gene OntologyTM Consortium 344

Przewidywanie funkcji białka 345

Kataliza enzymatyczna 348

Miejsca aktywne 349

Kofaktory 349

Równowagi wiązania białko-ligand 350

Kinetyka reakcji enzymatycznych 351

Miary wydajności enzymów 353

Jak ewoluują nowe funkcje enzymów? 353

Kontrola aktywności enzymu 354

Mechanizmy strukturalne ewolucji zmienionych albo nowych funkcji białek 355

Szlaki i granice dywergencji sekwencji, struktury i funkcji 359

Ewolucja drogą duplikacji genów 359

Bazy szlaków metabolicznych 362

Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) 364

Ewolucja i filogeneza szlaków metabolicznych 366

Porównanie szlaków 366

Dopasowanie szlaków metabolicznych 368

Porównywanie liniowych szlaków metabolicznych 369

Porównywanie nieliniowych szlaków metabolicznych: szlak pentozofosforanowy i cykl Calvina-Bensona 371

Dynamika sieci metabolicznych 372

Odporność sieci metabolicznych 372

Modelowanie dynamiczne metabolizmu 373

Symulacja szlaków metabolicznych u Plasmodium falciparum 376

Human Metabolome Database wspiera zastosowania kliniczne w badaniach wrodzonych wad metabolicznych i raka 377

Polecana literatura 379

Ćwiczenia i problemy 379

10. Kontrola organizacji i organizacja kontroli 381

Transkryptomika 382

Projekt ENCODE 384

Wyznaczanie sekwencji RNA 385

Sekwencjonowanie RNA kontra mikromacierze 385

Mikromacierze DNA 385

Sekwencjonowanie RNA (RNAseq) 391

Projekt Genotype-Tissue Expression (GTEx) 392

Wzorce ekspresji w różnych stanach fizjologicznych 394

Zmiany wzorców ekspresji w cyklu życiowym Drosophila melanogaster 394

Różne stadia życiowe mają różne wymagania w stosunku do różnych genów 396

1. Zmiany we wzorcach ekspresji genów 398

2. Mutacje, które dają oporność na izoniazyd 399

3. Krystalografia 399

Kompleksy i agregaty białek 399

Właściwości kompleksów białko-białko 400

Sieci oddziaływań białek 402

Składniki kompleksu prymosomu u Bacillus subtilis 405

Sieci regulatorowe 406

Przekazywanie sygnału i kontrola transkrypcyjna 407

Biologia strukturalna sieci regulatorowych 407

Przykłady stosunkowo prostych regulatorowych sieci kontroli 410

Regulacja operonu laktozowego u E. coli 410

Przełącznik genowy bakteriofaga λ 412

Przeskok metaboliczny u Saccharomyces cerevisiae 416

Struktura logiczna sieci regulatorowych 418

Sieć regulatorowa transkrypcji u E. coli 418

Sieć regulatorowa transkrypcji u Saccharomyces cerevisiae 419

Zdolności adaptacyjne sieci regulatorowej drożdży 420

Polecana literatura 423

Ćwiczenia i problemy 423

Wnioski 426



Nie ma jeszcze komentarzy ani ocen dla tego produktu.
  • Wydawcy