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Prof. Francisco Prosdocimi

DISCIPLINA BIOINFORMÁTICA

Para baixar a apostila do curso, clique aqui.


1. EMENTA
Histórico da bioinformática. Ciências genômicas. O computador: sistemas operacionais, hardware e software. Algoritmos. Alinhamento de sequências. Genomas, transcriptomas e proteomas. Bancos de dados em bioinformática. Análise genômica, análise transcriptômica. Anotação de genomas. Bioinformática e o estudo da evolução de genes e organismos. Bioinformática estrutural. Pensamentos filosóficos sobre a bioinformática.

2. OBJETIVO GERAL
A área de bioinformática tem crescido excessivamente nos últimos anos. Devido ao grande aumento da disponibilidade de dados em todas as áreas da biologia experimental e teórica pesquisas recentes apontam que todo biólogo será em menor ou maior grau um bioinformata ao longo do século XXI. A apresentação ao aluno dos métodos, técnicas e teoria básica da bioinformática será portanto de grande valia ao seu desenvolvimento enquanto profissional..

3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS:                                          :
•    Entender a forma como a ciência da computação tem ajudado na exploração de dados biológicos.
•    Conhecer a história da genômica e da bioinformática.
•    Conhecer e compreender teorias algorítmicas para análise de dados.
•    Compreender os serviços bioinformáticos mais utilizados.
•    Conhecer os principais eventos da análise de sequências e suas potencialidades. 

4. CONTEÚDO PROGRAMÁTICO
•    Histórico da bioinformática.
•    Hardware e software
•    Sistemas operacionais e a lógica open-source
•    Alinhamento de sequências.
•    O NCBI e os bancos de dados disponíveis para a análise biológica no século XXI
•    Análise de genomas e transcriptomas
•    Montagem de genomas e transcriptomas
•    Anotação de sequências
•    Bioinformática evolutiva
•    Bioinformática estrutural
•    Crítica à análise computacional de dados biológicos

5. BIBLIOGRAFIA DA DISCIPLINA (básica e complementar):

5.1. Básica
•    Prosdocimi et al. Bioinformática: Manual do Usuário. Um guia amplo e básico sobre diversos aspectos desta nova ciência. Revista Biotecnologia 29.
•    Prosdocimi e Santos. Sobre bioinformática, genoma e ciência. Ciência Hoje.
•    Malone ET al. 2006. PROSPECÇÃO DE GENES EM BIBLIOTECAS DE cDNA. R. Bras. Agrociência, Pelotas, v. 12, n. 1, p. 07-13, jan-mar, 2 (http://www.ufpel.tche.br/faem/agrociencia/v12n1/artigo02.pdf)
•    Binneck E. As ômicas: integrando a bioinformação. Revista Biotecnologia 32.
•    Prosdocimi, F. Curso de bioinformática.

5.2. Complementar
[1] Introdução À Bioinformática - Arthur M. Lesk. Editora ARTMED.
[2] Just the Facts: A Basic Introduction to the Science Underlying NCBI Resources.
[3] The NCBI handbook.
[4] GIBAS, C., JAMBECK, P. Desenvolvendo Bioinformática: ferramentas de softwares para aplicações em biologia. Rio de Janeiro: Campus. 2001.
[5] LANCHARRO, E. A. Informática Básica. São Paulo: Pearson Makron Books, 2004.
[6] BOHM, G. M. Informática médica: um guia prático. Rio de Janeiro: Atheneu, 1989.
[7] Stein L. Genome annotation: from sequence to biology. Nat Rev Genet. 2001 Jul;2(7):493-503. Review. PubMed PMID: 11433356
[8] Stein LD. X Window System survival guide. Curr Protoc Bioinformatics. 2007 Mar;Appendix 1:Appendix 1D. Review. PubMed PMID: 18428776.
[9] Stein LD. Unix survival guide. Curr Protoc Bioinformatics. 2007 Jan;Appendix 1:Appendix 1C. Review. PubMed PMID: 18428775.
[10] Stein L. Large scale sequencing. Curr Protoc Bioinformatics. 2003 Aug;Chapter 11:Unit11.1. Review. PubMed PMID: 18428694.
[11] Stein LD. Integrating biological databases. Nat Rev Genet. 2003 May;4(5):337-45. Review. PubMed PMID: 12728276

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AULA 1

Apresentação da disciplina. O que é bioinformática? Entendendo seu computador. Conceitos de hardware e software.
Sistemas operacionais. O conceito de informática open-source. Memória, CPU, disco rígido, periféricos.

Leitura: Apostila, capítulo 1
Aula prática 1: apresentação ao Sistema Operacional Linux. Instrumentação em Shell, estrutura de diretórios e comandos básicos
FTP: Introdução.ppt; SistemasOperacionais.ppt


AULA 2

Relembrando os princípios básicos de biologia molecular e genômica. DNA como polímero de nucleotídeos, proteínas como polímeros de aminoácidos. A ciência da genômica e suas potencialidades. História da bioinformática.

Leitura: Apostila, capítulo 2
Aula prática 1: Instrumentação em Shell, estrutura de diretórios e comandos básicos. Formatos de arquivos em bioinformática: FASTA, GenBank, PDB.
Aula prática 2: Visitando o NCBI.
FTP: HistoriaBioinformatica.ppt, BiomolRevisãoBioinfo.ppt


AULA 3

Introdução aos bancos de dados. O que são bancos de dados? Os principais bancos de dados em biologia molecular. Bancos de dados primários e secundários. GenBank, GenPept, SwissProt, COG, KEGG.

Leitura: Apostila, capítulo 6
Aula prática 1: Instrumentação em Shell, formatos de arquivos em bioinformática: FASTA, GenBank, PDB, MySQL.
Aula prática 2: Trabalhando com bancos de dados no NCBI, GenBank, GenPept, RefSeq, COG, Taxonomy. Outros bancos de dados UNIPROT, KEGG-Pathway
FTP: BancosDeDadosBiológicos.ppt


AULA 4

Alinhamentos de sequências de biomoléculas. Alinhamento global e local, alinhamento simples e múltiplo, alinhamentos ótimos e heurísticos. Matrizes de comparação. Score de alinhamento. BLAST, SWAT, CLUSTAL.

Leitura: Apostila, capítulo 3
Aula prática 1: Instrumentação em Shell, aprendendo a rodar o blast na linha de comando, formatdb, blastall
FTP: SequenceAlignment.ppt


AULA 5

Montagem de genomas. O problema da montagem. Algoritmos de clustering, PHRAP, CAP3. Contigs, singlets e uniques. Montagem de transcriptomas. Visualizando dados no programa Artemis.

Leitura: Apostila, capítulos 4 e 5
Aula prática 1: Montagem de mitocôndrias, visualizando dados genômicos. Genoma da crônica.txt.
FTP: MontagemGenomaTranscriptoma.ppt


AULA 6

Anotação de genomas. Anotação de nucleotídeos, proteínas e processos. Identificando e anotando genes mitocondriais no programa Artemis

Leitura: Apostila, capítulos 7
Aula prática 1: Instrumentação em Shell, anotação de genes no programa Artemis
FTP: AnotaçãoGenomas.ppt



PROVA 1 – Todo conteúdo ministrado até aqui.


AULA 7

Algoritmos. O que é um algoritmo? Linguagens de programação. O DNA enquanto algoritmo. Genes como repositórios de informação. A linguagem de programação PERL.

Aula prática 1: Aprendendo algoritmos simples. Linguagem de programação. Escopo de variáveis. Variáveis escalares e array. Estruturas da linguagem, comandos IF-else, for, foreach.
Leitura: Apostila, seção 2.5
FTP: AlgoritmosPERL.ppt


AULA 8

Bioinformática evolutiva e análise comparativa de genomas completos. Conceitos de homologia, paralogia, ortologia. BLAST-BBH. Enriquecimento de bases de dados.

Aula prática 1: Definindo ortólogos e parálogos com BLAST.
Leitura: Apostila, capítulo 8.
FTP: SistematicaFilogenetica.ppt


AULA 9

Bioinformática estrutural. A estrutura das proteínas. A predição da estrutura das proteínas por programas ab initio. Modelagem por homologia. O programa modeller. Threading. CASP.

Aula prática 1: Modelagem por homologia utilizando o SWISS-MODEL.
Leitura: Apostila, capítulo 9.
FTP: ProteinStructure.ppt


AULA 10

Apresentação (pelo professor) de projetos orientados para os alunos fazerem em grupos individuais ou em dupla. O aluno deve escolher um projeto apresentado pelo professor e começar a trabalhar nele.


AULA 11

O banco de dados KEGG. A análise de Vias bioquímicas usando o KEGG. Visualizando genomas completos. Genomas e pathways.

Aula prática 1: Visitando o site do KEGG. Aprendendo observar e compreender os mapas metabólicos. Aprendendo a colorir os pathways.
FTP: KEGG_Pathways.ppt


AULA 12

Metagenômica e análise de filogenia bacteriana. Filogenética evolutiva, aprendendo a usar o programa MEGA. Término do trabalho com orientação do professor.

FTP: Metagenomica.ppt


AULA 13

Entrega dos trabalhos escritos e apresentação para os colegas. Auto-avaliação, entrega dos exercícios da apostila prontos.


PROVA 2 – Todo o conteúdo da segunda parte da disciplina
PROVA SUBSTITUTIVA: todo conteúdo da disciplina, substitui menor nota entre trabalhos e provas I ou II



Instituto de Bioquímica MédicaCentro de Ciências da Sáude

Universidade Federal do Rio de Janeiro


Keywords: Biologia computacional, Bioinformática, Análises de Genomas, Divulgação científica











Prof. Francisco Prosdocimi