υςτθμικι Βιοτεχνολογία και Βιοπλθροφορικι

HTML
DOWNLOAD

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "υςτθμικι Βιοτεχνολογία και Βιοπλθροφορικι"

Καλυψώ Πυλαρινός
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 υςτθμικι Βιοτεχνολογία και Βιοπλθροφορικι Κολίςθσ Φραγκίςκοσ Κακθγθτισ ΕΜΠ χολι Χθμικϊν Μθχανικϊν, ΕΜΠ

2 Άδεια Χριςθσ Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται ςε άδειεσ χριςθσ Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπωσ εικόνεσ, που υπόκειται ςε άδεια χριςθσ άλλου τφπου, αυτι πρζπει να αναφζρεται ρθτϊσ.

3 ΤΣΗΜΙΚΗ ΒΙΟΣΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΒΙΟΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ Χαρτογράφθςθ Δικτφου Μοντζλα υςχετίςεων Λογικά Μοντζλα Κινθτικζσ Μοντελοποιιςεισ 3

4 ΧΑΡΣΟΓΡΑΦΗΗ ΔΙΚΣΤΟΤ Καταςκευι χάρτθ δικτφου που ςτθρίηεται ςε επίπεδο γονιδιακϊν αλλθλεπιδράςεων μεταξφ: Πρωτεΐνθσ-πρωτεΐνθσ Πρωτεΐνθσ-νουκλεϊκϊν οξζων Πρωτεΐνθσ-μεταβολιτϊν (CellDesigner, Copasi κτλ) Εικ. 1. Χαρτογράφθςθ δικτφου, J.M. Perkel, What Can Systems Biology Do for You? Four computational modeling strategies and the data that build them, The Scientist Magazine, March (accessed by 4/title/What-Can-Systems-Biology-Do-for- You-/). 4

ΜΟΝΣΕΛΑ ΤΧΕΣΙΕΩΝ (CORRELATION MODELS) υςχζτιςθ ετερογενϊν δεδομζνων ςε: Βιοχθμικό Επίπεδο Ενεργότθτεσ Βιοχθμικά Μονοπάτια Φαινότυπουσ Εικ. 2. Μοντζλα ςυςχετίςεων, J.M. Perkel, What Can Systems Biology Do for You?

5 ΜΟΝΣΕΛΑ ΤΧΕΣΙΕΩΝ (CORRELATION MODELS) υςχζτιςθ ετερογενϊν δεδομζνων ςε: Βιοχθμικό Επίπεδο Ενεργότθτεσ Βιοχθμικά Μονοπάτια Φαινότυπουσ Εικ. 2. Μοντζλα ςυςχετίςεων, J.M. Perkel, What Can Systems Biology Do for You? Four computational modeling strategies and the data that build them, The Scientist Magazine, March (accessed by 4/title/What-Can-Systems-Biology-Do-for- You-/). 5

6 ΛΟΓΙΚΑ ΜΟΝΣΕΛΑ Ποιοτικζσ λογικζσ προςεγγίςεισ Δυαδικά (boolean) δίκτυα αλλθλεπίδραςθσ Εντοπιςμόσ ςθμαντικϊν ςυςτατικϊν ελλείψει ποςοτικϊν δεδομζνων Εικ. 3. Λογικά μοντζλα, J.M. Perkel, What Can Systems Biology Do for You? Four computational modeling strategies and the data that build them, The Scientist Magazine, March (accessed by title/what-can-systems-biology-do-for-you- /). 6

7 ΚΙΝΗΣΙΚΕ ΜΟΝΣΕΛΟΠΟΙΗΕΙ Μεγάλθσ κλίμακασ υπολογιςτικά μοντζλα ποςοτικοποιθμζνων βιοχθμικϊν δρόμων Αξιοποίθςθ μακθματικοφ φορμαλιςμοφ και μεγάλθσ κλίμακασ δεδομζνα κινθτικισ για τθν αποκάλυψθ ςυςτθμικϊν ιδιοτιτων των βιοχθμικϊν δικτφων. Εικ. 4. Κινθτικζσ μοντελοποιιςεισ, J.M. Perkel, What Can Systems Biology Do for You? Four computational modeling strategies and the data that build them, The Scientist Magazine, March (accessed by itle/what-can-systems-biology-do-for-you-/). 7

ΣΡΟΠΟ ΠΡΟΕΓΓΙΗ Μεταβολικά δίκτυα PGI F6P PFK FBP Fructose 6P NH3 Glucose 6P GABAxt NH3xt GABAxt Μεταβολικό Μεταβολίτεσ βιοδείκτεσ γράφθμα Μεταφραςτικά δεδομζνα PGI Γράφθμα FBP PFK ενηυμικϊν

8 ΣΡΟΠΟ ΠΡΟΕΓΓΙΗ Μεταβολικά δίκτυα PGI F6P PFK FBP Fructose 6P NH3 Glucose 6P GABAxt NH3xt GABAxt Μεταβολικό Μεταβολίτεσ βιοδείκτεσ γράφθμα Μεταφραςτικά δεδομζνα PGI Γράφθμα FBP PFK ενηυμικϊν αλλθλεπιδράςεων TCA Cycle Δομζσ υποδικτφων Εικ. 5. Απεικόνιςθ του προτεινόμενου αλγορίκμου, K.R. Patil, J. Nielsen, Uncovering transcriptional regulation of metabolism by using metabolic network topology, PNAS (2005) 102:

9 ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΑ ΣΟΙΧΕΙΑ Μεταγραφικι ανάλυςθ Πρωτεωμικι ανάλυςθ Μεταβολομικι ανάλυςθ Χάρτθσ αλλθλεπιδράςεων (Interactome) A B C D E F G H I J K L 1 Biochemical Pathways Χάρτθσ ροϊν (Fluxome) Σοπογράφθμα (Locasome) Εικ. 6. Πειραματικά ςτοιχεία που αξιοποιοφνται 9

10 TOP-DOWN VS. BOTTOM-UP SB Top Down φαιρικι ανάλυςθ (omics) Ανάλυςθ δεδομζνων (bioinformatics) Bottom Up m max, K d, K s,... CreA Repressor Περιγραφι ςυςτιματοσ Αντιδράςεισ/κινθτικι διεργαςιϊν Μεταβολικό μοντζλοel Activator CAAT Inducer CAAT -Amylase/alcA Εικ. 7. Τop-down vs. bottom-up sb. 10

11 ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΗ ΤΣΗΜΙΚΗ ΒΙΟΣΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Γονιδιωματικι Αλλθλοφχιςθ γονιδιωμάτων Μαηικι ανάλυςθ ζκφραςθσ mrna Γενετικζσ αλλθλεπιδράςεισ Πρωτεωμικι Chips πρωτεϊνϊν Υβριδικζσ αναλφςεισ Φαςματογραφία μάηασ Χθμικζσ βιβλιοκικεσ Μεταβολομικι Ανάλυςθ δεδομζνων Βιοπλθροφορικι/ανάλυςθ μικροςυςτοιχιϊν Ανάλυςθ δικτφων και μακθματικι μοντελοποίθςθ Εικ. 8. Το περίπλοκο δίκτυο των πρωτεϊνϊν, A.C. Gavin, Functional organization of the yeast proteome by systematic analysis of protein complexes, Nature 415, (2002). 11

12 HIGH-PERFORMANCE COMPUTING IS CENTRAL TO SYSTEMS BIOLOGY Current U.S. Computing for Open Science 1000 TF Protein machine Interactions Molecule-based cell simulation 100 TF 10 TF Cell, pathway, and network simulation Constrained rigid docking Molecular machine classical simulation Constraint-Based Flexible Docking Community metabolic regulatory, signaling simulations 1 TF* Genome-scale protein threading *Teraflops Comparative Genomics Biological Complexity 12 Εικ. 9. Η πλθροφορικι υψθλισ ποιότθτασ είναι χριςιμθ ςτθ βιολογία ςυςτθμάτων.

13 Εικ. 10. Συμπλθρωματικά Εργαλεία ςτθ Βιολογία Συςτθμάτων 13 Μακθματικό Μοντζλο υμπλθρωματικά Εργαλεία ςτθ Βιολογία υςτθμάτων Πείραμα Προςομοίωςθ Πειραματιςμόσ, μακθματικι μοντελοποίθςθ και υπολογιςτικζσ προςομοιϊςεισ αποτελοφν ςυμπλθρωματικά εργαλεία για τθν επίτευξθ ςτόχων ςτθ βιολογία ςυςτθμάτων

14 ΑΝΟΙΚΣΕ ΒΑΕΙ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Microbial genomes and annotation DDBJ EBI EMBL GenBank (NCBI) TIGR annotation software Comparative genomics ERGO The SEED GenDB brf/software/gendb info/index.html GeneQuiz MBGD Pedant Prolinks String PUMA2 Pathway/ Reconstruction tools 14

15 ΑΝΟΙΚΣΕ ΒΑΕΙ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ INSILICO discovery products.html MetaFluxNet MFAML (Metabolic Flux Analysis Markup Language) SimPheny simpheny.shtml Pathfinder PATIKA Pathway databases BioSilico or KEGG MetaCyc MRAD Phylosopher PUMA2 EMP Enzymes Brenda 15 KEGG

16 ΑΝΟΙΚΣΕ ΒΑΕΙ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ IntEnz Proteins HAMAP project InterPro E. coli-specific Databases EcoCyc Colibri GenProtEC CyberCell EchoBase Yeast-specific Databases CYGD Saccharomyces Genome Database H. pylori-specific Databases PyloriGene hp-dpi 16

Χρθματοδότθςθ Το παρόν εκπαιδεσηικό σλικό έτει αναπηστθεί ζηα πλαίζια ηοσ εκπαιδεσηικού έργοσ ηοσ διδάζκονηα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα Ε.Μ.Π.

17 Χρθματοδότθςθ Το παρόν εκπαιδεσηικό σλικό έτει αναπηστθεί ζηα πλαίζια ηοσ εκπαιδεσηικού έργοσ ηοσ διδάζκονηα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα Ε.Μ.Π.» έτει τρημαηοδοηήζει μόνο ηη αναδιαμόρθωζη ηοσ εκπαιδεσηικού σλικού. Το έργο σλοποιείηαι ζηο πλαίζιο ηοσ Επιτειρηζιακού Προγράμμαηος «Εκπαίδεσζη και Δια Βίοσ Μάθηζη» και ζσγτρημαηοδοηείηαι από ηην Εσρωπαϊκή Ένωζη (Εσρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόροσς.

Σχετικά έγγραφα

Εισαγωγή Βιο-οικονομία Βιομηχανική Βιοτεχνολογία

Εισαγωγή Βιο-οικονομία Βιομηχανική Βιοτεχνολογία Κολίσης Φραγκίσκος Καθηγητής ΕΜΠ χολή Χημικών Μηχανικών, ΕΜΠ kolisis@chemeng.ntua.gr Άδεια Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται ςε άδειεσ χριςθσ