You are not allowed to perform this action

طراحی و بهینه‌سازی شبکه‌های زیستی

Synthetic Biology

مقطع: تحصیلات تکمیلی گرایش: بیوانفورماتیک
نوع درس: نظری تعداد واحد: ۳
پیش‌نیاز: – هم‌نیاز: –

هدف کلی

هدف از این درس آشنا ساختن دانشجویان با عمکرد سیستمهای زیستی بر اساس مدلسازی آن با سیستمهای دینامیکی در سطح مولکولی و سلولی است. بعنوان نمونه‌های اصلی این گونه سیستمها، تمرکز درس بر روی مدلهای ریاضی بیان ژن و سلولهای عصبی خواهد بود. این درس دانشجویان را قادر میسازد که در تحلیل رفتارهای زیستی در سطح سلولی-مولکولی، از مدلهای مناسب ریاضی استفاده نموده و بجای توصیف کیفی رفتارهای پایه، انها را بصورت کمی مدلسازی نمایند. آشنایی با ساختارهای شبکه‌ای در تحلیل رفتار سیستمهای زیستی نیز در این درس در این راستا صورت میپذیرد.

سرفصل‌ها

  1. آشنایی و کاربردها
  2. مروری بر بیولوژی مولکولی و سلولی
  3. مقدمه‌ای بر تکنیک‌های آزمایشگاهی برای دست‌یابی به داده‌های زیستی، شامل اندرکنش‌های پروتئین-پروتئین، آنالیز توالی ژنوم، آنالیز بیان ژن‌ها و پروتئین‌ها، آنالیز متابولوم و شارهای متابولیک
  4. مقدمه‌ای بر علوم سامانه‌ای (Systems Science) (دو جلسه)
    • مقایسه‌ی دو دیدگاه جزء نظر و کل نگر
    • اصول حاکم بر سامانه‌های زیستی
  5. مدلسازی ریاضی سیستمهای زیستی
    • مدل بیان ژن: معادلات دیفرانسیل خطی برای واکنشهای شیمیایی
    • مدلهای زمانی و رگولاسیون خودکار
    • مدل سلولهای عصبی: مدل انتگرال و آتش، مدل Hudgkin-Huxley
  6. مدلهای غیر خطی و آنالیز صفحه فاز
  7. پایداری، Bistability، Bifurcation: کاربرد در مدل‌های تمایز
  8. سوییچ‌های زیستی در مدلهای ژنی و عصبی
  9. اسیلاتورهای زیستی
  10. تحلیل ساختاری شبکه‌های زیستی
    • محدودیت مدل‌های مبتنی بر نظریه گراف
    • تحلیل مبتنی بر قید شار متابولیک و شار اطلاعات در شبکه‌های زیستی
  11. تحلیل شبکه‌های متابولیک به منظور بهینه‌کردن تولید در فرایندهای بیوشیمیایی

ارزیابی پیشنهادی

  • آزمون میان‌ترم: ۲۵ درصد
  • آزمون پایانی: ۳۵ درصد
  • کوییز و تمرین: ۲۰ تا ۲۵ درصد
  • پروژه: ۱۵ تا ۲۰ درصد

منابع پیشنهادی

  1. U. Alon. An Introduction to Systems Biology: Design Principles of Biological Circuits. 2nd Edition, Chapman and Hall, 2019.
  2. W. Gerstner et. al. Neuronal Dynamics. Cambridge University Press, 2014.
  3. S. H. Strogatz. Nonlinear Dynamics and Chaos: With Applications to Physics, Biology, Chemistry, and Engineering. Westview Press, 2014.
  4. E. M. Izhikevich. Dynamical Systems in Neuroscience. MIT Press, 2007.
  5. B. Alberts, et al. Essential Cell Biology. 3rd Edition, Garland Science, 2009.