Bioinformatyczna analiza danych

Prezentacja na temat: "Bioinformatyczna analiza danych"— Zapis prezentacji:

1 Bioinformatyczna analiza danych
Wykład 1 Dr Wioleta Drobik-Czwarno Katedra Genetyki i Ogólnej Hodowli Zwierząt

2 Sprawy organizacyjne Prowadzący przedmiot:
Dr Wioleta Drobik-Czwarno – koordynator przedmiotu, wykłady, ćwiczenia Pokój:35 (Katedra Genetyki i Ogólnej Hodowli Zwierząt) Telefon: Konsultacje: wtorek 9-11 (lub inny termin po wcześniejszym umówieniu się) Dr Zuzanna Nowak – 1 blok ćwiczeniowy Pokój 28, Mgr inż. Marlena Wojciechowska – 1 blok ćwiczeniowy Pokój 23,

3 Sprawy organizacyjne Organizacja przedmiotu ECTS: 3 pkt
10 h wykładów – 1 h wykładu w tygodniu 30 h ćwiczeń – 3 h ćwiczeń w tygodniu Planowane daty zakończenia zajęć: (wykład, ćw gr 1) i (ćw gr 2) – do uzgodnienia

4 Zasady zaliczenia przedmiotu
Egzamin – 40% Pytania z części wykładowej i ćwiczeniowej Pytania otwarte – odpowiedź na kilka zdań, uzupełnianie, uszeregowanie Przykładowe pytania: Wymień znane ci rodzaje mikromacierzy DNA oraz ich zastosowanie W jakim celu wykonujemy analizę PCA przed GWAS? Wypisz etapy analizy bioinformatycznej mającej na celu wykrywanie polimorfizmów typu SNP na podstawie NGS.

5 Zasady zaliczenia części ćwiczeniowej
Projekt ~ 40% oceny Prowadzący dostarcza: dane, zarys problemu badawczego Należy przygotować prezentację w której znajdą się: Wstęp, zarys problemu badawczego Metodologia Wyniki Podsumowanie i wnioski Czas na prezentację projektu: minut Grupy od 2 do 4 osób, istnieje możliwość przygotowania projektu samodzielnie.

6 Zasady zaliczenia części ćwiczeniowej
Praca na zajęciach ~ 20% oceny Jak wyżej, czyli zaangażowanie w ćwiczenia, wykonanie przewidzianych analiz Po danym bloku tematycznym (co 1-2 tygodnie) każdy ma obowiązek nadesłać pytanie drogą mailową Czas - do czwartku w danym tygodniu zajęć Pytanie może dotyczyć wykładu lub ćwiczeń. Nie może być to pytanie, o coś na co odpowiedz była już podana. Pytamy o to czego nie zrozumieliśmy, co nas zaintrygowało, w stosunku do czego mamy wątpliwości.

7 Czym będziemy zajmowali się na zajęciach
Programy do zaawansowanych analiz bioinformatycznych analiza danych z mikromacierzy SNP analiza stratyfikacji populacji (analiza głównych składowych PCA, ang. Principal Component Analysis) analiza asocjacyjna w skali genomu (GWAS, and. Genome-Wide Association Studies) sekwencjonowanie nowej generacji (NGS, ang. Next Generation Sequencing) analiza ekspresji genów Podstawy obsługi command line w systemie linux Podstawy programowania w języku Python Do czego przydaje się środowisko R w bioinformatyce

8 Mikromacierze DNA

9 Mikromacierze DNA Podstawowe rodzaje mikromacierzy DNA:
Mikromacierze cDNA Mikromacierze oligonukleotydowe aCGH (ang. Agilent Comparative Genomic Hybridization) – porównawcza hybrydyzacja genomowa do mikromacierzy, służy do szacowania liczby kopii (ang. CNV)

10 Mikromacierze cDNA Umożliwia porównanie ekspresji genów w próbie eksperymentalnej i kontrolnej poprzez wyznakowanie prób dwoma różnymi barwnikami Etapy: Izolacja RNA Przepisanie RNA na komplementarny jednoniciowy DNA Dołączanie znakowanych nukleotydów do powstających cząsteczek DNA Wizualizacja wyników – natężenie fluorescencji jest proporcjonalna do ilości wyznakowanych cząstek Veronique Vermeeren and Luc Michiels (2011) Evolution towards the implementation of point-of-care biosensors.  ISBN

11 Mikromacierze SNP Inaczej chipy DNA, mikromacierze genotypowe
Służą do wykrywania wielu, nawet setek tysięcy polimofizmów jednocześnie Największe firmy biotechnologiczne zajmujące się produkcją chipów DNA dla ludzi i zwierząt: Affymetrix - statyczne chipy DNA, sondy syntetyzowane są bezpośrednio na płytce w technice fitolitografii Illumina - sondy zakotwiczone są na powierzchni silikonowych ziaren (ang. beads), każde ziarno to setki tysięcy kopii jednej sondy

12 Techniki wykrywania polimorfizmu DNA
RFLP - polimorfizm długości fragmentów restrykcyjnych AFLP - polimorfizm długości amplifikowanych fragmentów SSCP - Polimorfizm konformacyjny jednoniciowych fragmentów RAPD - Polimorfizm losowo amplifikowanych fragmentów Polimorfizm sekwencji powtarzających się tandemowo Sekwencje mikrosatelitarne (STR) Sekwencje minisatelitarne (VNTR) Zmienność liczby kopii (CNV) Mikromacierze SNP Sekwencjonowanie

13 Mikromacierze SNP Izolacja DNA z materiału biologicznego
Powielenie DNA w procesie amplifikacji oraz fragmentacja Naniesienie na powierzchnię mikromacierzy Hybrydyzacja jednoniciowych fragmentów DNA z sondami o komplementarnej sekwencji Wyznakowanie sondy poprzez dodanie znakowanego fluorescencyjnie nukleotydu Źródło: Affymetrix

14 Zastosowanie mikromacierzy SNP
Zwierzęta: Badania asocjacyjne prowadzone na całym genomie (GWAS) Selekcja genomowa Kontrola pochodzenia Genetyka populacyjna Medycyna: Diagnostyka chorób genetycznych i chorób zakaźnych Wykrywanie aberracji chromosomowych Identyfikacja genów min. odporności na antybiotyki

15 Programy do analizy surowych danych z mikromacierzy SNP
Illumina Genome Studio – demonstracja na ćwiczeniach Axiom Analysis Suite

16 Axiom Analysis Suite Umożliwia przeprowadzenie pełnej analizy w jednym programie Import plików Konfiguracja ustawień Ustawienia filtrów QC (ang. Quality Control) Domyślne ustawienia dla gatunków di- oraz poliploidalnych Wizualizacja wyników Np. Axiom CNV Summary Tool

17

18 A. Pliki .CEL B. Ustawienia analizy C. Kontrola jakości
Przechowuje informację o poziomie intensywności fluorescencji każdej z sond mikromacierzowych B. Ustawienia analizy Przygotowywujemy pliki do dalszych analiz Nazywamy projekt C. Kontrola jakości Sample QC – jakość płytki, procent próbek, które przechodzą kontrolę jakości SNP QC – parametry jakości dotyczące markerów SNP

19 C. Kontrola jakości SNP Cluster Graph Generowane dla każdego markera

20 Literatura Charon K., Świtoński M Genetyka i Genomika Zwierząt. PWN. Wojciechowska M., Olech W Wykorzystanie mikromacierzy DNA w badaniach dzikich zwierząt. Studia i Materiały CEPL w Rogowie. R. 15. Zeszyt 36 / 3 / 2013. Platforma Affymetrix: Platforma Illumina: