مقدمه‌ای بر بیوانفورماتیک

Introduction to Bioinformatics

مقطع: کارشناسی	گرایش: نرم‌افزار
نوع درس: نظری	تعداد واحد: ۳
پیش‌نیاز: ساختمان داده‌ها و الگوریتم‌ها، آمار و احتمال مهندسی	هم‌نیاز: –

هدف کلی

هدف از این درس، آشنایی دانشجویان با ضروریات تحلیل داده‌های بیوانفورماتیک است. این ضروریات شامل مروری از کلیدی‌ترین مباحث زیست‌شناسی سلولی و مولکولی، الگوریتم‌های پایه‌ای بیوانفورماتیک، روش‌های آماری و یادگیری ماشین مورد استفاده در تحلیل داده‌های زیست-پزشکی، داده‌پایگاه‌های بیوانفورماتیک، و تحلیل عملی داده‌ها بر روی سیستم عامل لینوکس و در محیط برنامه‌نویسی R است. انتظار می‌رود دانشجویان پس از گذراندن این درس، دانش پایه‌ای لازم را برای مطالعه‌ی پژوهش‌های جدید و گذراندن سایر درس‌های این حوزه کسب کنند.

سرفصل‌ها

مقدمه
- ضرورت یادگیری بیوانفورماتیک
- کاربردهای بیوانفورماتیک در پژوهش‌های زیست‌شناسی و پزشکی
ضروریات زیست‌شناسی سلولی و مولکولی
- اجزای سلول
- ساختار DNA و تکثیر آن
- ساختار RNA و رونویسی
- ساختار پروتئین و ترجمه‌
- تنظیم بیان ژن‌ها
- تمایز سلولی
آشنایی با داده‌های بیوانفورماتیک
- فناوری‌های تولید داده‌های زیستی شامل Microarray و Next Generation Sequencing
- داده‌پایگاه‌های مهم داده‌های زیست‌پزشکی
- ادغام داده‌های داده‌پایگاه‌های مختلف
مقدمه‌ای بر روش‌های آماری
- تحلیل تفاوت بیان ژن
- آزمون‌های آماری
- مقدار پی
- روش‌های اصلاح مقدار پی
- کاهش ابعاد داده‌های زیستی
تحلیل مقدماتی داده‌های زیستی با استفاده از زبان برنامه‌نویسی R
- مقدمه‌ای بر برنامه‌نویسی در R
- نمایش داده‌ها در R
- کتابخانه‌های R/Bioconductor
- تحلیل داده‌های بیان ژنی Microarray
- تحلیل داده‌های RNASeq
- تحلیل GO و Pathway
- تحلیل GSEA
- متاآنالیز داده‌ها
آشنایی با تحلیل داده‌ها روی سرور Linux
- ارتباط با سرور لینوکس از طریق SSH و انتقال امن فایل
- برنامه‌نویسی Bash در محیط لینوکس
- نصب و به کارگیری نرم‌افزارهای بیوانفورماتیک به صورت مستقیم
- آشنایی با BioConda
- اجرای هم‌روند نرم‌افزارها
مقدمه‌ای بر الگوریتم‌های بیوانفورماتیک
- هم‌ردیفی توالی‌های زیستی
- درخت‌های تبار (Phylogenetic Trees)
- اسمبلی ژنوم
- تطابق خوانده‌ها با ژنوم (Alignment)
- پیداکردن موتیف‌ها (Motifs)
تحلیل‌های زیست‌شناسی سیستمی
- کاربرد معادلات دیفرانسیل
- تحلیل تمایز
تحلیل داده‌های ساختاری
- آشنایی با مسئله‌های تاخوردگی RNA و پروتئین
- اتصال پروتئین‌ها

ارزیابی پیشنهادی

کارگاه (۲ نمره)
تمرین (۵ نمره)
پروژه (۳ نمره)
آزمون میان‌ترم (۵ نمره)
آزمون پایان‌ترم (۵ نمره)

منابع پیشنهادی

B. Alberts, R. Heald, K. Hopkin, A. Johnson, D. Morgan, K. Roberts, and P. Walter. Essential Cell Biology. 6th Edition, ‎ W. W. Norton & Company, 2023.
N. C. Jones and P. A. Pevzner. An Introduction to Bioinformatics Algorithms. The MIT Press, 2004.