University of Cyprus Biomedical Imaging and Applied Optics. ΗΜΥ 370 Εισαγωγή στη Βιοϊατρική Μηχανική. Υπολογιστική Βιολογία και Βιοπληροφορική



Σχετικά έγγραφα
University of Cyprus Biomedical Imaging and Applied Optics. ΗΜΥ 370 Εισαγωγή στη Βιοϊατρική Μηχανική. Υπολογιστική Βιολογία και Βιοπληροφορική

Γονιδιωματική. G. Patrinos

Βιοπληροψορική, συσιημική βιολογία και εξατομικευμένη θεραπεία

ΟΜΑΔΑ Λ. Αναστασίου Κωνσταντίνος Δεληγιάννη Ισαβέλλα Ζωγοπούλου Άννα Κουκάκης Γιώργος Σταθάκη Αρετιάννα

Βιοπληροφορική και Πολυµέσα. Ειρήνη Αυδίκου Αθήνα

Εξόρυξη Γνώσης από Βιολογικά εδομένα

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ ΕΠΛ 450 ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑ. Παύλος Αντωνίου

Μάθημα 16 ο ΒΙΟΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΣΤΗΝ ΙΑΤΡΙΚΗ

ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΠΟΝΙΚΗΣ ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ

ΜΟΡΙΑΚΗ & ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ (ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ Ι)

Αρχές μοριακής παθολογίας. Α. Αρμακόλας Αν. Καθηγητής Ιατρική Σχολή ΕΚΠΑ

Βιοπληροφορική Ι (ΜΕΡΟΣ Α) Βιοπληροφορική Ανάλυση Γονιδιωμάτων. Εισαγωγή στης Βιολογικές Βάσεις Δεδομένων

ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ. Η τεχνολογία του ανασυνδυασμένου DNA και οι εφαρμογές της...

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ «ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑ»

Βιοτεχνολογία Φυτών. Μοριακοί Δείκτες (Εισαγωγή στη Μοριακή Βιολογία)

ΒΙΟΛΟΓΙΑ: Η επιστήμη της ζωής

Βιοπληροφορική Ι. Παντελής Μπάγκος. Παν/µιο Στερεάς Ελλάδας

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ «ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ»

Εφαρμογές τεχνολογιών Μοριακής Βιολογίας στην Γενετική

Αρχές μοριακής παθολογίας. Α. Αρμακόλας Αν. Καθηγητής Ιατρική Σχολή ΕΚΠΑ

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΕΜΠΤΗ 11 ΙΟΥΝΙΟΥ 2015 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

Γονιδιωματική Συγκριτική γονιδιωματική[4] Τμήμα Γεωπονίας, Ιχθυολογίας και Υδάτινου Περιβάλλοντος. Μεζίτη Αλεξάνδρα

ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΣΤ ΕΞΑΜΗΝΟΥ Τμήμα Ιατρικών Εργαστηρίων Τ.Ε.Ι. Αθήνας

Επάγγελμα: Βιολόγος, Γενετιστής

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ 4 Ο, 7 Ο, 8 Ο, 9 Ο ΚΕΦΑΛΑΙΩΝ

Εισαγωγή στη Γενετική και στη Γονιδιωματική Τι είναι η κληρονομικότητα, και πώς μεταβιβάζεται η πληροφορία από γενιά σε γενιά;

Εμβιομηχανική Βιοϊατρική Τεχνολογία. 6 o Κεφάλαιο Συστημικη Βιολογια (Systems Biology) Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών ΕΜΠ Αλεξόπουλος Λεωνίδας

Περιεχόμενα. 1 Η ιστορία της εξελικτικής βιολογίας: Εξέλιξη και Γενετική 2 Η Προέλευση της Μοριακής Βιολογίας 3 Αποδείξεις για την εξέλιξη 89

Γονιδιωματική Εισαγωγή [2] Τμήμα Γεωπονίας, Ιχθυολογίας και Υδάτινου Περιβάλλοντος. Μεζίτη Αλεξάνδρα

ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΤΕΚΝΩΝ ΕΛΛΗΝΩΝ ΤΟΥ ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ ΚΑΙ ΤΕΚΝΩΝ ΕΛΛΗΝΩΝ ΥΠΑΛΛΗΛΩΝ ΠΟΥ ΥΠΗΡΕΤΟΥΝ ΣΤΟ ΕΞΩΤΕΡΙΚΟ ΔΕΥΤΕΡΑ 10 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΥ 2018

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ «ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑ» ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ 1: ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΚΑΙ ΒΙΟΔΙΑΓΝΩΣΤΙΚΗ

Βιολογία Ο.Π. Θετικών Σπουδών Γ' Λυκείου

Ο μαγικός κόσμος της έρευνας στη Βιολογία και Βιοϊατρική

BIOTECH - GO. Μία συνδυασμένη μέθοδος εκπαίδευσης στη Βιοπληροφορική - Το μέσο των μικρομεσαίων επιχειρήσεων για τις βιοτεχνολογικές καινοτομίες

ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΑΙ ΕΠΑΛ (ΟΜΑΔΑ Β) ΤΕΤΑΡΤΗ 4 ΙΟΥΝΙΟΥ 2014 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

Πανελλήνιες Εξετάσεις Ημερήσιων Γενικών Λυκείων. Εξεταζόμενο Μάθημα: Βιολογία Θετικής Κατεύθυνσης, Ημ/νία: 04 Ιουνίου Απαντήσεις Θεμάτων

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΒΙΟΛΟΓΙΑ, Γ ΤΑΞΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ

Δοµή και ιδιότητες του DNA. 09/04/ Μοριακή Βιολογία Κεφ. 1 Καθηγητής Δρ. Κ. Ε. Βοργιάς

ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΣΤΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ 2010

Α. Βιοϊατρικός Κύκλος

Σταδιοδρομία Κωνσταντίνος Βοσκαρίδης Τμήμα Βιολογικών Επιστημών & Κέντρο Ερευνών Μοριακής Ιατρικής Πανεπιστήμιο Κύπρου

Δασική Γενετική Εισαγωγή: Βασικές έννοιες

Πρόγραμμα εξ Αποστάσεως Εκπαίδευσης. E - learning. Εξατομικευμένη Ιατρική Για Ογκολόγους. Οδηγός Σπουδών

ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

Περιβάλλον και υγεία: Ορόλοςτηςβιολογικήςέρευνας στη διαμόρφωση πολιτικών προστασίας και πρόληψης

Κεφάλαιο 4: Ανασυνδυασμένο DNA

Α. Βιοϊατρικός Κύκλος

Λειτουργική γονιδιωµατική. 6ο εργαστήριο

Σύντομη Περιγραφή Συνολικής Προόδου Φυσικού Αντικειμένου από την έναρξη του έργου μέχρι τις 30/06/2015

Μάθημα «Εισαγωγή στις Βιοϊατρικές Επιστήμες»

Διδακτέα Εξεταστέα ύλη. ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΟΜΑΔΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ Επιστημών Υγείας. Γ ΤΑΞΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ Γ (τριετούς) - Δ (τετραετούς) ΕΣΠΕΡΙΝΟΥ ΓΕΛ

ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ 16 IOYNIOY 2017 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

Κύρια σημεία. Η έννοια του μοντέλου. Έρευνα στην εφαρμοσμένη Στατιστική. ΈρευναστηΜαθηματικήΣτατιστική. Αντικείμενο της Μαθηματικής Στατιστικής

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΙΟΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ

ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΣΤΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ 2014

Βιοϊατρική τεχνολογία

Βιολογία. Θετικής Κατεύθυνσης

Φάσμα group προπαρασκευή για Α.Ε.Ι. & Τ.Ε.Ι.

Μαριάνθη Γεωργίτση Επίκουρη Καθηγήτρια Ιατρικής Βιολογίας-Γενετικής

ΙΑ ΟΧΙΚΕΣ ΒΕΛΤΙΩΣΕΙΣ

ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΜΑΘΗΜΑΤΩΝ ΣΤΑ ΕΞΑΜΗΝΑ

Βιολογία ΘΕΜΑ Α ΘΕΜΑ B

ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ Γ ΤΑΞΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΟΜΑΔΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ 20 ΑΠΡΙΛΙΟΥ 2018

ΘΕΜΑ 1 Ο Α. Να επιλέξετε τη φράση που συμπληρώνει ορθά κάθε μία από τις ακόλουθες προτάσεις: 1. Ως φορείς κλωνοποίησης χρησιμοποιούνται:

Παραγωγή, απομόνωση και καθαρισμός της φαρμακευτικής πρωτεΐνης.

Γενετική Μηχανική-Γενετικά Τροποποιημένοι οργανισμοί-διαγονιδιακοί οργανισμοί

Βιοπληροφορική II. Παντελής Μπάγκος Αναπληρωτής Καθηγητής. Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Λαμία, 2015

DNA MICROARRAYS. Σελίδα 1 ΒΙΟΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ. Τ. Θηραίου

ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ

Κεφάλαιο 6 Το τέλος της εποχής της Γενετικής

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1. Η ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΚΑΙ Η ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΕΞΕΛΙΚΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ

Πανελλήνιες Εξετάσεις Ημερήσιων Γενικών Λυκείων. Εξεταζόμενο Μάθημα: Βιολογία Θετικής Κατεύθυνσης, Ημ/νία: 04 Ιουνίου Απαντήσεις Θεμάτων

Συνδέοντας τη Νανοτεχνολογία με τα Βιολογικά Συστήματα

ΕΞΕΤΑΣΤΕΑ ΥΛΗ για τη ΒΙΟΛΟΓΙΑ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΟΜΑΔΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ

ΜΕΛΕΤΗ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ. 15/10/2015 Δ.Δ. Λεωνίδας

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ Γ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ

ΜΕΤΑΛΛΑΞΕΙΣ ΚΑΙ ΚΑΡΚΙΝΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ ΤΗΣ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΟΝΟΜΑ:ΕΥΑΓΓΕΛΙΑ ΕΠΙΘΕΤΟ:ΠΡΙΦΤΗ ΤΑΞΗ:Γ ΤΜΗΜΑ:4

Ο ρόλος και η σημασία των μοριακών τεχνικών στον έλεγχο των. μικροβιολογικών παραμέτρων σε περιβαλλοντικά δείγματα για την προστασία

Βιολογία Ο.Π. Θετικών Σπουδών Γ' Λυκείου

BIOXHMEIA, TOMOΣ I ΠANEΠIΣTHMIAKEΣ EKΔOΣEIΣ KPHTHΣ

Βιοπληροφορική. Εισαγωγή. Αλέξανδρος Τζάλλας Σχολή Τεχνολογικών Εφαρμογών Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ.

Πρόγραμμα εξ Αποστάσεως Εκπαίδευσης E-Learning. Φαρμακογονιδιωματική και Εξατομικευμένη Θεραπεία. E-learning. Οδηγός Σπουδών

Β1. Β2. ΘΕΜΑ 2ο 1. 2.

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ Γ ΤΑΞΗ

Βιολογία Θετικής Κατεύθυνσης. 4 ο Κεφάλαιο - Τεχνολογία του ανασυνδυασμένου DNA

Chalkou I. C. [PROJECT] Ανάθεση εργασιών.

Α2. Το αντικωδικόνιο είναι τριπλέτα νουκλεοτιδίων του α. mrna β. snrna γ. trna δ. rrna Μονάδες 5

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 ο...2 I. Εφαρµογές της βιοτεχνολογίας στην ιατρική...2 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΕΠΙΛΟΓΗΣ...7 ΝΑ ΣΥΜΠΛΗΡΩΣΕΤΕ ΤΑ ΚΕΝΑ ΜΕ ΤΗΝ ΚΑΤΑΛΛΗΛΗ ΛΕΞΗ...

Βιοπληροφορική. Μαργαρίτα Θεοδωροπούλου. Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας, Λαμία 2016

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2014

Χρήσεις Η/Υ και Βάσεις Βιολογικών Δεδομένων : ΒΙΟ109 [8] Βάσεις Δεδομένων Γονιδιωματικής

Προσφερόμενα Διπλώματα (Προσφερόμενοι Τίτλοι)

ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ

ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ

ΑΝΑΚΟΙΝΩΣΗ. Η κατάταξη γίνεται με εξετάσεις στα παρακάτω μαθήματα: Οι επιτυχόντες κατατάσσονται στα παρακάτω εξάμηνα ανά Κατηγορία πτυχιούχων

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ

Transcript:

University of Cyprus Biomedical Imaging and Applied Optics ΗΜΥ 370 Εισαγωγή στη Βιοϊατρική Μηχανική Υπολογιστική Βιολογία και Βιοπληροφορική

Ορισμοί Ορισμοί του National Institutes of Health (NIH), USA Υπολογιστική Βιολογία (Computational Biology): Η ανάπτυξη και εφαρμογή ανάλυσης δεδομένων και θεωρητικών μεθόδων, μαθηματικών μοντέλων και υπολογιστικών μεθόδων προσομοίωσης για τη μελέτη συστημάτων βιολογίας, συμπεριφοράς και κοινωνιολογίας. Βιοπληροφορική (Bioinformatics): Έρευνα, ανάπτυξη, ή εφαρμογή υπολογιστικών εργαλείων και προσεγγίσεων για την επέκταση της χρήσης δεδομένων βιολογίας, ιατρικής, συμπεριφοράς ή υγείας, συμπεριλαμβανομένων εκείνων για την απόκτηση, αποθήκευση, οργάνωση, αρχειοθέτηση, ανάλυση, ή οπτικοποίηση αυτών των δεδομένων. Οι όροι υπολογιστικής βιολογία και βιοπληροφορική συχνά χρησιμοποιούνται εναλλακτικά. Ωστόσο, η υπολογιστική βιολογία μερικές φορές υποδηλώνει την ανάπτυξη αλγορίθμων, μαθηματικών μοντέλων και μεθόδων για τη στατιστική συμπερασματολογία, ενώ η βιοπληροφορική είναι περισσότερο συνδεδεμένη με την ανάπτυξη εργαλείων λογισμικού ανάλυσης, βάσεων δεδομένων, και μεθόδων απεικόνισης και οπτικοποίησης. Κανένας ορισμός δεν μπορούσε να εξαλείψει εντελώς την επικάλυψη με άλλες δραστηριότητες ή να αποκλείσει διαφορετικές ερμηνείες από διαφορετικά άτομα και οργανισμούς. 2

Υπολογιστική Βιολογία Τι είναι η Υπολογιστική Βιολογία; Η χρήση υπολογιστικών τεχνικών για τη μοντελοποίηση βιολογικών συστημάτων σε διάφορα επίπεδα πολυπλοκότητας - ατομικό, μεταβολικό, κυτταρικό ή/και παθολογικό επίπεδο. Φυσική Χημεία Βιοχημεία Επιστήμες Πληροφορικής Μοριακή Βιολογία Δομική Βιολογία Γονιδιοματική, Βιοπληροφορική Βιολογικά συστήματα Φυσιολογία και Παθολογία Υπολογιστική Βιολογία Θεωρεία Συστημάτων Ελέγχου Στατιστική Μαθηματικά 3

Υπολογιστική Βιολογία Η βιολογία στο (όχι και τόσο μακρινό) παρελθόν Απομονωμένη (μεμονωμένα εργαστήρια / μεμονωμένοι ερευνητές) Βασικό επίπεδο (μία μεταβλητή κάθε φορά, πολλά πειράματα, επίπονη και επαναλαμβανόμενη εργασία) Αργή συσσώρευση της γνώσης Βιολογία σήμερα Παγκόσμια Ψηλό επίπεδο (οργανισμικό / θεωρητικό) Ταχεία συσσώρευση της γνώσης Ταχεία δημιουργία καινούργιων αναπάντητων ερωτήσεων Υπολογιστές όχι μόνο για ανάλυση Πριν: Οι βιολόγοι παρήγαγαν τα δεδομένα και οι υπολογιστές έκανα την ανάλυση Τώρα: Οι υπολογιστές καθορίζουν τα πειράματα και οι βιολόγοι τα εκτελούν Στη βιοτεχνολογία υπάρχει η μεγαλύτερη ευκαιρία για καινούργια επιστήμη και γνώση και οι υπολογιστές είναι ζωτικής σημασίας! 4 4

Υπολογιστική Βιολογία Αντλώντας από μαθηματικές προσεγγίσεις που αναπτύχθηκαν στο πλαίσιο της ανάλυσης δυναμικών συστημάτων κινητικής υπολογιστικής θεωρίας λογικής Δυνατόν να δημιουργηθούν ισχυρά εργαλεία προσομοίωσης, ανάλυσης και κρίσης που να χρησιμοποιηθούν από τους βιολόγους για αποκρυπτογράφηση των υφιστάμενων δεδομένων, επινόηση νέων πειραμάτων και, τελικά, κατανόηση των λειτουργικών ιδιοτήτων των γονιδιωμάτων, πρωτεϊνών, κυττάρων, οργάνων και οργανισμών. 5

Υπολογιστική Βιολογία Συλλογιστική και Πειραματισμός Model ODE/SDE/ Hybrid Systems Model Construction Model Simulation In silico Results Hypotheses Revision Comparison Experiment Design Experiment Runs Experimental Results 6

Υπολογιστική Βιολογία Το μέλλον της βιολογίας Η βιολογία του μέλλοντος θα πρέπει να περιλαμβάνει μόνο ένα βιολόγο και τον σκύλο του: ο βιολόγος για να παρακολουθεί τα βιολογικά πειράματα και να κατανοεί τις υποθέσεις που οι αλγόριθμοι ανάλυσης δεδομένων παράγουν ο σκύλος για να τον δαγκώσει αν αγγίξει ποτέ τα πειράματα ή τους υπολογιστές. 7

Υπολογιστική Βιολογία Παράδειγμα εφαρμογής: Εξέλιξη & Φιλογένεια (Phylogeny) Φιλογένεια Μια αναπαράσταση σε μορφή δέντρου της εξελικτικής ιστορίας των ειδών που μας ενδιαφέρουν Σε κάθε κλαδί του δέντρου είναι ένα είδος (ονομάζεται μια ταξινομική ομάδα στην φυλογενετική.) Όλες είναι διακριτές. Κάθε εσωτερικός κόμβος αντιστοιχεί σε ένα συμβάν ειδογένεσης στο παρελθόν. Κατά την ανακατασκευή του φυλογενετικού δέντρου συγκρίνουμε τα χαρακτηριστικά των ομάδων, όπως την εμφάνισή τους, τα χαρακτηριστικά φυσιολογίας, ή τη σύνθεση του γενετικού υλικού τους. Orangutan Gorilla Chimpanzee Human From the Tree of the Life Website, University of Arizona 8

Computational Biology Παράδειγμα εφαρμογής: Εξέλιξη & Φιλογένεια (Phylogeny) Φυλογενετική ανάλυση Βήμα 1: Συγκέντρωση δεδομένων αλληλουχίας και εκτίμηση της πολλαπλής ευθυγράμμισης των αλληλουχιών. Βήμα 2: Ανακατασκευή δέντρων από τα δεδομένα. (Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε πολλά δέντρα.) Βήμα 3: Εφαρμογή μεθόδων συναίνεσης στο σύνολο των δέντρων για να βρεθεί το πιο αξιόπιστο. 9

Υπολογιστική Βιολογία Παράδειγμα εφαρμογής: Εξέλιξη & Φιλογένεια (Phylogeny) Δεδομένα (Στο παρελθόν) Φυσιολογικά, ανατομικά και μορφολογικά χαρκτηριστικά Δεδομένα (Τώρα) Βιομοριακές αλληλουχίες: DNA, RNA, αμινοξέα Μοριακοί δείκτες (διάφορα μόρια) Μορφολογία Η σειρά των γονιδίων και το περιεχόμενο τους Καθένα από αυτά τα δεδομένα είναι ένα γράμμα Κάθε γράμμα είναι μια λειτουργία που χαρτογραφεί την ομάδα σε διαφορετική κατάσταση (state) Η εξέλιξη μοντελοποιείται ως μια διαδικασία που αλλάζει την κατάσταση 10

Υπολογιστική Βιολογία Παράδειγμα εφαρμογής: Εξέλιξη & Φιλογένεια (Phylogeny) Σημαντικές προκλήσεις Κύρια πρόκληση: να καταστεί δυνατή η λήψη καλών λύσεων σε λογικό χρόνο για μεγάλα σύνολα δεδομένων Επίσπευση αναζήτησης μέσα στα δέντρα Ενσωμάτωση νέων δεδομένων (π.χ., σειρά γονιδίων και το περιεχόμενο τους) Αξιολογήση νέων μεθοδολογιών Μοντέλα που δεν είναι δέντρα Μέθοδοι που εφαρμόζονται σε τμήματα δέντρων 11

Βιοπληροφορική Τι είναι Βιοπληροφορική; Βιοπληροφορική είναι η ενιαία περιοχή που σχηματίζεται από το συνδυασμό της βιολογίας, της επιστήμης των υπολογιστών και της τεχνολογίας της πληροφορίας. Οι μαθηματικές, στατιστικές και πληροφορικές μέθοδοι που αποσκοπούν στην επίλυση βιολογικών προβλημάτων με τη χρήση αλληλουχιών DNA και αμινοξέων και άλλων σχετικών πληροφοριών. Frank Tekaia 12

Βιοπληροφορική Κεντρικό Δόγμα Βιοπληροφορικής Η γενετική πληροφορία καθορίζει τη δομή και λειτουργία Γενετική Πληροφορία Μοριακή Δομή Βιοχημική Λειτουργία Συμπτώματα (Φαινότυπος) TTGGAAAACATTCATG ATTTATGGGATAGAGC TTTAGATCAAATTGAA AAAAAATTAAGCAAAC CTAGTTTTGAAACCTG GCTCAAATCGACAAAA GCTCATGCTTTACAAG GAGACACGCTCATTAT TACTGCACCTAATGAT TTTGCACGGGACTGGT TAGAATCTAGGTATTC TAATTTAATTGCTGAA ACACTTTATGATCTTA CGGGGGAAGAGTTAGA TGTAAAATTTATTATT 13

Βιοπληροφορική Υπολογιστικοί Στόχοι της Βιοπληροφορικής Μάθηση & Γενίκευση: Ανακάλυψη επαναλαμβανόμενων μοτίβων (μοντέλων) σε ακολουθίες, δομές, αλληλεπιδράσεις, μεταβολισμό και χημεία από καλά μελετημένα παραδείγματα. Πρόβλεψη: Εξαγωγή της λειτουργίας ή της δομής νέων αλληλουχιών γονιδίων, γονιδιωμάτων, πρωτεομικών ή πρωτεϊνών από τις πιο πάνω γενικεύσεις. Οργάνωση & Ενσωμάτωση: Ανάπτυξη μιας συστηματικής και γονιδιωματικής προσέγγισης ως προς τις μοριακές αλληλεπιδράσεις, τον μεταβολισμό, την κυτταρική σηματοδότηση, την έκφραση των γονιδίων. Εξομοίωση: Μοντέλα έκφρασης γονιδίων, γονιδιακής ρύθμισης, αναδίπλωσης πρωτεϊνών, αλληλεπίδρασης πρωτεΐνης-πρωτεΐνης, πρόσδεσης πρωτεΐνης-συνδέτη, καταλυτικής λειτουργίας, μεταβολισμού... Μηχανική: Κατασκευή νέων οργανισμών ή νέων λειτουργιών ή νέας ρύθμισης γονιδίων και πρωτεϊνών. Θεραπεία: Γονιδιακή θεραπεία: στόχευση συγκεκριμένων γονίδιων, ή μεταλλάξεων, RNAi για να αλλάξει ο φαινότυπος της νόσου. 14

Βιοπληροφορική Έκρηξη των ωμα & ωματική! Γονιδίωμα (genome) Η πλήρης αλληλουχία του DNA (γονίδια και μη γονίδια ) ενός οργανισμού ~ 1000 ζεύγη βάσεων (base pairs bp) σε ένα μικρό γονίδιο ~ 3 Χ 10 9 bp σε ένα γονιδίωμα (ανθρώπινο) Μεταγράφωμα (transcriptome) Η πλήρης αλληλουχία των RNA (mrna και άλλων) που εκφράζονται σε έναν οργανισμό Πρωτέωμα (proteome) Η πλήρης αλληλουχία των πρωτεϊνών που εκφράζονται σε έναν οργανισμό Κώδικας με 20 γράμματα (αμινοξέα) ACDEFGHIKLMNPQRSTVWY (αλλά όχι BJOUXZ) ~ 300 αα σε μια μέση πρωτεΐνη ~ 3 Χ 10 6 γνωστές αλληλουχίες πρωτεϊνών Σημείωση: Το σύνολο των RNA ή πρωτεϊνών που εκφράζονται ποικίλλει σημαντικά σε διαφορετικά κύτταρα και ιστούς - και εξαρτάται καθοριστικά από την ηλικία, το αναπτυξιακό στάδιο, την κατάσταση της νόσου, κλπ. του οργανισμού 15

Γονιδιωματική (Genomics) Γονιδίωμα (Genome) Ολοκληρωμένο σύνολο γενετικών οδηγιών που καθορίζουν ένα οργανισμό Γονιδιωματική (Genomics) Η προσπάθεια να αναλυθεί και να κατανοηθεί ολόκληρο το γονιδίωμα ενός είδους Αρχικά η γονιδιωματική ήταν περισσότερο καταγραφή γονιδιακών αλληλουχιών Η αλληλουχία του ανθρώπινου γονιδίωματος δημοσιεύτηκε 3 Gb Και ο κόσμος χαίρεται και χαμογελάει! 16

Γονιδιωματική (Genomics) Αλληλούχιση του DNA Η βιοπληροφορική βασίζεται στο γεγονός ότι η αλληλούχιση του DNA είναι φθηνή, και τείνει να γίνει ευκολότερη και φθηνότερη πολύ γρήγορα. Το Πρόγραμμα του Ανθρώπινου Γονιδιώματος κόστισε περίπου 3 δισεκατομμύρια δολάρια και διήρκεσε 12 χρόνια (1991-2003). Η αλληλούχιση του γονιδίωματος του James Watson το 2007 κόστισε 2 εκατομμύρια δολάρια και πήρε 2 μήνες Σήμερα, θα μπορούσατε να πάρετε την αλληλουχία του γονιδιώματος σας για περίπου $ 100.000 και σε ένα μήνα. Το βραβείο Άρχον Χ: κερδίζετε $ 10 εκατομμύρια δολάρια, αν μπορείτε να αποκωδικοποιήσετε 100 ανθρώπινα γονιδιώματα σε 10 ημέρες, με κόστος $ 10.000 ανά γονιδίωμα. Είναι ρεαλιστικό τα $100 ανά γονιδίωμα μέσα στα επόμενα 10 χρόνια: ο καθενός θα μπορούσε να έχει το γονιδίωμα του, αν το ήθελε ή το χρειαζόταν. 17

Γονιδιωματική (Genomics) Γιατί είναι χρήσιμο; Όλες οι πληροφορίες που απαιτούνται για την κατασκευή ενός οργανισμού περιέχονται στο DNA του. Αν μπορούσαμε να το αποκωδικοποιήσουμε, θα ξέραμε πώς λειτουργεί η ζωή. Πρόληψη και θεραπεία ασθενειών όπως ο καρκίνος (οι οποίες προκαλούνται από μεταλλάξεις στο DNA) και κληρονομικές ασθένειες. Θεραπεία λοιμωδών νόσων (τα πάντα, από AIDS και ελονοσία μέχρι και το κοινό κρυολόγημα). Αν κατανοήσουμε πώς λειτουργεί ένας μικροοργανισμός, θα μπορούσαμε να καταλάβουμε πώς να τον εμποδίσουμε. Κατανόηση των γενετικών και εξελικτικών σχέσεων μεταξύ των ειδών 18

Γονιδιωματική (Genomics) Από το DNA στο γονίδιο Αλλά: Η εξαγωγή πληροφοριών είναι δύσκολη. Πώς να μετατρέψεις μια σειρά από ACGT σε κατανόηση της λειτουργίας του οργανισμού; Είναι δύσκολο! Η περισσότερη δουλειά γίνεται στον υπολογιστή με πειράματα κλειδιά για επιβεβαίωση να γίνονται στο βιολογικό εργαστήριο Η πιο κάτω αλληλουχία περιέχει ένα γονίδιο κρίσιμο για τη ζωή: το γονίδιο που εκκινεί την αντιγραφή του DNA. Μπορείτε να το βρείτε; Τεχνικές εξόρυξης δεδομένων (data mining) χρησιμοποιούνται για το σκοπό αυτό Εξόρυξη δεδομένων: η διαδικασία επιλογής, εξερεύνησης, και μοντελοποίησης μεγάλων όγκων δεδομένων για να αποκαλυφθούν άγνωστα/κρυμμένα/καινούργια μοτίβα. TTGGAAAACATTCATGATTTATGGGATAGAGCTTTAGATCAAATTGAAAAAAAATTAAGCAAACCTAGTTTTGAAACCTG GCTCAAATCGACAAAAGCTCATGCTTTACAAGGAGACACGCTCATTATTACTGCACCTAATGATTTTGCACGGGACTGGT TAGAATCTAGGTATTCTAATTTAATTGCTGAAACACTTTATGATCTTACGGGGGAAGAGTTAGATGTAAAATTTATTATT CCTCCTAACCAGGCCGAGGAAGAATTCGATATTCAAACTCCTAAAAAGAAAGTCAATAAAGACGAAGGAGCAGAATTTCC TCAAAGCATGCTAAATTCGAAGTATACCTTTGATACATTTGTTATCGGATCTGGAAATCGGTTTGCGCATGCAGCTTCTT TAGCAGTAGCAGAAGCGCCGGCTAAAGCGTATAATCCGCTTTTTATTTACGGGGGAGTAGGATTAGGCAAAACACACTTA ATGCACGCCATAGGCCACTATGTGTTAGATCATAATCCTGCCGCGAAAGTCGTGTACTTATCATCTGAAAAATTCACAAA CGAGTTTATTAACTCTATTCGTGACAATAAAGCAGTAGAATTCCGCAACAAATACCGTAATGTAGATGTTTTACTGATTG ATGATATTCAATTCTTAGCAGGTAAAGAGCAGACACAAGAAGAATTTTTCCATACGTTTAATACGCTTCACGAAGAAAGC AAGCAGATTGTCATCTCAAGTGATCGACCGCCGAAAGAAATTCCTACACTTGAAGATCGACTTCGCTCTCGCTTTGAATG GGGCCTTATTACAGACATCACACCACCAGATTTGGAAACACGAATTGCTATTTTGCGTAAAAAAGCCAAAGCGGACGGCT TAGTTATTCCAAATGAAGTTATGCTTTATATCGCCAATCAGATTGATTCAAATATTAGAGAATTAGAAGGCGCACTTATT 19

Γονιδιωματική (Genomics) Τι γίνεται μετά; Η μετά-αλληλούχιση εποχή Συγκριτική Γονιδιωματική Η διαχείριση και ανάλυση των εκατομμυρίων των δεδομένων που προκύπτουν από τη Γονιδιωματική με τη βοήθεια ζωικών μοντέλων Διαλογή από το χάος! Λειτουργική Γονιδιωματική Πιο άμεσοι και μεγάλης κλίμακας τρόποι εντοπισμού των λειτουργιών των γονιδίων και των μορίων Για παράδειγμα βιολογικές μέθοδοι με υβρίδια ζύμης Δομική Γονιδιωματική Υπολογισμός της δομής από το γονιδίωμα πολλά πιθανά οφέλη Σχεδιασμός καινούργιων πρωτεϊνών Παγκόσμια προσπάθεια Ψηλής απόδοσης ανάλυση σε ολόκληρο το γονιδίωμα 20

Γονιδιωματική (Genomics) Εύρεση ομόλογων (Συγκριτική Γονιδιωματική) Ομόλογα ίδια γονίδια σε διαφορετικούς οργανισμούς Αναζήτηση ενός γονίδιου το οποίο να είναι παρόμοιο με το ανθρώπινο Διερεύνηση του ρόλου του Πολύ πιο εύκολα τα πειράματα σε ζύμη! 21

Γονιδιωματική (Genomics) Από το γονίδιο στη λειτουργία (Λειτουργική Γονιδιωματική) Διερεύνηση της λειτουργίας ενός γονιδίου σε ένα βιολογικό σύστημα Πώς μοτίβα γονιδιακής έκφρασης καθορίζουν τον φαινότυπο; Πώς οι πρωτεΐνες αλληλεπιδρούν σε βιολογικά δίκτυα; Ποιά γονίδια και πρωτεΐνες απαιτούνται για τη διαφοροποίηση κατά την ανάπτυξη; Ποια γονίδια και τα οδοί έχουν διατηρηθεί πιο ανέπαφα μέσα από την εξέλιξη; 22

Γονιδιωματική (Genomics) Από το γονίδιο στην πρωτεΐνη (Δομική Γονιδιωματική) Μακρομοριακές Δομές Οι πρωτεΐνες αποκτούν 3-D σχήμα και μπορεί να δεσμευτούν με άλλα μόρια Πώς μια αλληλουχία πρωτεΐνης (ή RNA) αναδιπλώνεται σε μια τρισδιάστατη δραστική δομή; Μπορούμε να προβλέψουμε τη δομή από την αλληλουχία; Μπορούμε να προβλέψουμε τη λειτουργία από τη δομή (ή ίσως από την αλληλουχία και μόνο;) Primary Secondary Tertiary Quaternary Δεν έχουμε κατανοήσει ακόμη τον κώδικα αναδίπλωσης των πρωτεϊνών αλλά προσπαθούμε να κατασκευάσουμε πρωτεΐνες ούτως ή άλλως! Εκτεταμένες μοντελοποιήσεις και προσομοιώσεις 23

Μεταγραφωματική (Transcriptomics) Μεταγράφωμα (Transcriptome) Το RNA (όλων των ειδών) που παράγεται σε ένα κύτταρο Τι είναι αυτό που κάνει τη μεταγραφωματική σημαντική; Το DNA ενός κυττάρου (γονιδίωμα) είναι ένα προσχέδιο για τις δυνατότητες του κυττάρου, αλλά δεν αντιστοιχεί στη μορφή του κυττάρου Όλα τα κύτταρα σε έναν οργανισμό να περιέχουν το ίδιο DNA. Αυτό το DNA κωδικοποιεί κάθε δυνατό τύπο κυττάρου στο εν λόγω οργανισμό - μύες, οστά, νευρώνες, δέρμα, κλπ. Υπάρχουν περισσότερα από 160.000 γονίδια σε κάθε κύτταρο, μόνο ελάχιστα από αυτά καθορίζουν ουσιαστικά τη δομή και λειτουργία του κάθε κυττάρου. Μεταγραφωμική στη θεραπεία ασθενειών Σχεδόν όλες οι μεγάλες ασθένειες (περισσότερο από το 98% του συνόλου των εισαγωγών στα νοσοκομεία) προκαλούνται από μια συγκεκριμένη αλλαγή σε μια ομάδα γονιδίων. Η απομόνωση αυτής της ομάδας συγκρίνοντας τις εκατοντάδες χιλιάδες των γονιδίων σε κάθε γονιδίωμα δεν θα ήταν πολύ πρακτική. Μελέτη του μεταγραφώματος των κυττάρων που συνδέονται με την ασθένεια είναι πολύ πιο εφικτό. 24

Πρωτεωμική (Proteomics) Πρωτέωμα (Proteome) Οι πρωτεΐνες που εκφράζονται σε ένα κύτταρο Τι είναι αυτό που κάνει την πρωτεωμική σημαντική; Πολλά από τα ενδιαφέροντα χαρακτηριστικά σχετικά με την κατάσταση ενός δεδομένου κυττάρου μπορούν να εξαχθούν από τον τύπο και τη δομή των πρωτεϊνών που εκφράζει. Αλλαγές μπορούν να παρατηρηθούν στις πρωτεΐνες του. Η πρωτεωμική στη θεραπεία ασθενειών Πολλές ανθρώπινες ασθένειες προκαλούνται από μια κανονική πρωτεΐνη που έχει τροποποιηθεί εσφαλμένα. Αυτό μπορεί να ανιχνευθεί μόνο στο πρωτέωμα και όχι στο γονιδίωμα. Οι στόχοι όλων σχεδόν των φαρμάκων είναι πρωτεΐνες. Με τον προσδιορισμό αυτών των πρωτεϊνών, η πρωτεωμική υποβοηθά σημαντικά στην πρόοδο της φαρμακευτικής 25

Μικροσυστοιχίες (Microarrays) Τι είναι οι μικροσυστοιχίες; Μικρές γυάλινες επιφάνειες ή επιφάνειες πυριτίου πάνω στις οποίες παρατάσσονται χιλιάδες ανιχνευτές Συνήθως μεταξύ 500 έως ένα εκατομμύριο Μπορούν να ελέγξουν διάφορα χαρακτηριστικά από πολλά κύτταρα ταυτόχρονα Οι ανιχνευτές μπορεί να είναι DNA ή RNA Πρωτεΐνες (Πρωτεωμική) Αντισώματα Ιστοί 26

Μικροσυστοιχίες (Microarrays) Βήματα ενός πειράματος σε μικροσυστοιχία 1. Προετοιμάστε τη(ις) μικροσυστοιχία(ες) επιλέγοντας ανιχνευτές και συνδέστε τους με το υπόστρωμα. Σημειώστε τη θέση και τις ιδιότητες του κάθε ανιχνευτή. 2. Από δείγματα 2 κυττάρων (για παράδειγμα, ένα φυσιολογικό και ένα άλλο με καρκίνο) συλλέξτε το mrna, φτιάξτε πιο σταθερό cdna ή πρωτεΐνες από αυτό και προσθέστε δείκτες φθορισμού (πράσινο στα φυσιολογικά και κόκκινο στα καρκινικά). 3. Δημιουργήστε ένα διάλυμα υβριδισμού που περιέχει ένα μίγμα σημασμένων με φθορισμό στόχων. 4. Επωάστε με το μείγμα υβριδισμού. 5. Εντοπίστε την υβριδοποίηση με τον ανιχνευτή χρησιμοποιώντας τεχνολογία λέιζερ 6. Σαρώστε τις μικροσυστοιχίες και δημιουργήστε εικόνες 7. Ποσοτικοποιείστε το κάθε σημείο, αφαιρέστε το υπόβαθρο και κανονικοποιείστε 8. Εξαγάγετε πίνακα με τις εντάσεις φθορισμού για κάθε γονίδιο και να δημιουργήστε μια βάση δεδομένων 9. Αναλύστε τα δεδομένα χρησιμοποιώντας υπολογιστικές μεθόδους (βιοπληροφορική): Στατιστική ανάλυση, εξόρυξη δεδομένων, ανάλυση οδών 27

Μικροσυστοιχίες (Microarrays) Γιατί να χρησιμοποιήσετε μικροσυστοιχίες; Καθορίζουν τα γονίδια που είναι ενεργά σε ένα κύτταρο και σε ποια επίπεδα Συγκρίνουν τα προφίλ της γονιδιακής έκφρασης ενός ελέγχου ως προς τη θεραπεία Καθορίζουν ποιων γονίδιων η έκφραση έχει αυξηθεί ή να μειωθεί κατά τη διάρκεια ενός πειράματος Καθορίζουν ποια γονίδια έχουν βιολογική σημασία σε ένα σύστημα Ανακαλύπτουν νέα γονίδια, οδούς, και κυτταρική διακίνηση Γιατί να αναλύσουμε τόσα πολλά γονίδια; Επειδή έχουμε την αλληλουχία του γονιδιώματος, δεν σημαίνει ότι ξέρουμε τίποτα για τα γονίδια. Χιλιάδες γονίδια παραμένουν χωρίς διευκρινισμένη λειτουργία. Μοτίβα ή ομάδες γονιδίων είναι πιο κατατοπιστικά όσον αφορά την συνολική κυτταρική λειτουργία από ότι οι πληροφορίες από ένα ή δύο γονίδια για την κατανόηση νέων οδών 28

Μικροσυστοιχίες (Microarrays) Κατασκευή Μικροσυστοιχιών Διαφάνειες με στίγματα ή δείγματα ιστών Εκτύπωση με φωτολιθογραφία Εκτύπωση με inkjet Εκτυπωμένες μικροσυστοιχίες Η Agilent παράγει εκτυπωμένες μικροσυστοιχίες Η διαδικασία inkjet χρησιμοποιείται για να παραδώσει εξαιρετικά μικρές ποσότητες (picoliters) από τις χημικές ουσίες σε κάθε στίγμα. 29

Μικροσυστοιχίες (Microarrays) Ανάλυση εικόνας από μικροσυστοιχία cdna 30

Genes Μικροσυστοιχίες (Microarrays) Ανάλυση εικόνας από μικροσυστοιχία cdna Cy3 Cy5 Cy5 Cy3 log 2 Cy5 Cy3 200 10000 50.00 5.64 4800 4800 1.00 0.00 9000 300 0.03-4.91 Experiments Υπο εκφράζεται Υπερ εκφράζεται 8 4 2 fold 2 4 8 31

Μικροσυστοιχίες (Microarrays) Η τεχνολογία εξελίσσεται με ταχείς ρυθμούς Ανάμειξη βιολογίας, αυτοματοποίησης και πληροφορικής Στόχος: νέες εφαρμογές πέρα από την ανακάλυψη του γονιδίου Προσυμπτωματικός έλεγχος, κλινικός καθορισμός του γονότυπου, κλπ. Οι μικροσυστοιχίες γίνονται όλο και πιο ευρέως διαθέσιμες και αποδεκτές Συστοιχίες πρωτεΐνης, ιστών, κλπ. Διαγνωστικές εφαρμογές Διαγνωστικά Προτερήματα Ανίχνευση της νόσου Ταξινόμηση (π.χ. των όγκων καρκίνου) Διαστρωμάτωση των ασθενών Καθορισμός θεραπευτικής παρέμβασης Θεραπεία και Εξατομικευμένη Ιατρική 32

Αξιοποίηση της Γοδιωματικής στην Ιατρική Καινούργια Διαγνωστικά Μικροτσίπ και Microarrays - DNA Γονιδιακή έκφραση - RNA Πρωτεομική - Πρωτεΐνες Καινούργιες θεραπείες Ανακάλυψη πιθανών στόχων για φάρμακα Ορθολογική σχεδίαση φαρμάκων Μοριακή σύνδεση Γονιδιακή θεραπεία Θεραπεία με βλαστοκύτταρα Κατανόηση του μεταβολισμού Κατανόηση των ασθενειών Κληρονομικές Ασθένειες Λοιμώδη Νοσήματα παθογόνα βακτήρια Ιοί 33

Παράδειγμα Εφαρμογής: Σχεδιασμός Φαρμάκων Ο στόχος είναι να μεταφραστούν οι νέες πληροφορίες σε νέες θεραπείες Η διαδικασία ανακάλυψης φαρμάκων Εύρεση γονίδιων που είναι υπεύθυνα για τη νόσο Προσδιορισμός της δομής της πρωτεΐνης του στόχου Κατανόηση του πώς οι πρωτεΐνες δεσμεύουν άλλα μόρια Σύνδεση και μοντελοποίηση Σχεδιασμός αναστολέων Βάση δεδομένων/ γονίδια Πρωτεΐνες Στόχοι Ποικιλομορφία Χημικών Εντοπισμός Αντιστοιχίας Βελτιστοποίηση Δομής Αντιστοιχίας Τεστ Ασφαλείας / Αποτελεσματικότητας Ζώα Άνθρωποι 34

Παράδειγμα Εφαρμογής: Σχεδιασμός Φαρμάκων Πολυπλοκότητα ανακάλυψης φαρμάκων Εύρεση ενός μορίου που ικανοποιεί πολλά κριτήρια Δοκιμές in silico μπορούν να μειώσουν τον αριθμό των υποψηφίων σημαντικά (σε 10-100) 35

Βιο-εμπνευσμένος Σχεδιασμός & Τεχνολογία Ανάπτυξη νέων προσεγγίσεων σε επείγουσες τεχνολογικές προκλήσεις σε διάφορους τομείς με την εκμετάλλευση τεχνικών λύσεων που βρίσκονται στη φύση Η φύση είχε δισεκατομμύρια χρόνια για να βελτιστοποιήσει τις λύσεις της Παραδείγματα Πληροφορική: γενετικοί αλγόριθμοι, νευρωνικά δίκτυα, τεχνητά ανοσοποιητικό δίκτυα, κλπ. Υλικά: έξυπνα προσαρμόσιμα υλικά, μοναδικές ιδιότητες (το μετάξι της αράχνης, το κέλυφος του αστακού, οι χόνδροι) Αεροδυναμική: πτήση των πουλιών και εντόμων Αρχιτεκτονική: μιμείται τις ιδιότητες ψύξης των αναχώματων τερμιτών Κατασκευαστική: βιομορφικής μεταλλοφορίας Νανοτεχνολογία: αυτοσυγκροτούμενες και προσαρμόσιμες νανοδομές με μοναδικές ιδιότητες 36