バイオインフォマティクスに関するサマースクールの資料

この夏、最初のバイオインフォマティクスサマースクールがモスクワで開催されました。 ロシアとCISのさまざまな地域から来た100人以上の人々が参加し、「コンピューター科学者」と「生物学者」の2つのストリームに分けられました。 このイベントは、SPbAU RAS、モスクワ州立大学、IPPI RASおよびGameChangersプログラムと協力して、バイオインフォマティクス研究所によって開催されました。



学校自体がどうなったかについて、 生徒たちはすでにハブについて書いています。 これで、学校に参加する機会がなかった全員が、興味のあるレポートを知ることができます。 講義のすべてのビデオと プレゼンテーションのすべてのスライドをオンラインで 投稿しました。



バイオインフォマティクスについて初めて聞く場合は、まず、アララピダスによる入門講義をご覧になることをお勧めします。 現在、アッラはサンクトペテルブルク州立大学のゲノムバイオインフォマティクスの中心とサンクトペテルブルク経済大学のアルゴリズム生物学の研究室で主導的地位を占めており、以前はDOE Joint Genome Institute（カリフォルニア）で長い間ゲノムプロジェクトを主導していました。







カットシーンの下では、過去のすべての講義のリストを見ることができます。これには、ナビゲーションに役立つ簡単な説明と、ロシア語の完全なビデオが含まれます。



このリストの冒頭で、学校のすべてのビデオを撮影して処理したキリル・グリゴリエフ、撮影を手伝ってくれたヤロスラフ・バラノフとパベル・ヤコブレフ、そして機器を手伝ってくれたyasha_somovに感謝します。



学校の初日はモスクワ州立大学の生物学部で開催され、一流の科学者がバイオインフォマティクスの最新動向について話すかなり複雑な講義で構成されていました。

1.小進化の研究に対する生物情報学的アプローチ

Alexey Kondrashov（ミシガン大学、モスクワ州立大学）

メガグラントプログラムの受賞者であり、FBBモスクワ州立大学の進化ゲノミクス研究室の長であるアレクセイコンドラショフは、小進化と人口とは何か、彼らの特徴は何か、このプロセスにおける小進化とバイオインフォマティクスの研究における課題について話しました。 個体群の変動性、変異プロセス、ドリフト、ネガティブ、ポジティブ、バランスのとれた選択、生殖、地理的に構造化された個体群などのトピックが考慮されました。 [スライド]

2.体細胞の遺伝子リプログラミング：バイオインフォマティクスが提供するもの

セルゲイ・キセレフ（IOGEN RAS）

2回目の講義では、幹細胞、特に細胞治療の最新の方法の開発、疾患のメカニズムを研究するためのモデルシステムの作成、および薬物の開発のための人工多能性幹細胞（iPSC）の巨大な可能性について話しました。 講義では、iPSCの再プログラミングの特性と機能マーカー、および幹細胞を区別する特定のマーカーを作成し、DNAメチル化、修飾、およびバイオインフォマティクス手法と組み合わせたヒストンの転写を使用してその運命を決定する方法を説明しました。 [スライド]

3.いくつかの人類学的および歴史的仮説を改善するためのツールとしてのヒトゲノムの読み取り

エゴール・プロコルチュク（Center "Bioengineering" RAS）

次に、人類学におけるバイオインフォマティクス法の適用について語られ、遺伝子研究の分野における倫理の問題が強調されました。 さらに、遺伝データと言語データの比較など、予期しない興味深いトピックに触れました。 [スライド]

4.人間の脳の進化の分子的特徴

フィリップ・ハイトヴィッチ（上海生物科学研究所）

フィリップは、表現型、遺伝子型、および表現型から遺伝子型への移行のプロセスについて話しました。 人間の脳の発達：脳の転写産物、さまざまな種の遺伝子の特異的な発現とその違い、人体の特徴とメカニズム; 自閉症の人々の遺伝子発現の研究​​; ネアンデルタール人と現代人の比較。 [スライド]







二日目から、学校は郊外で開催されました。 講義は理解が最も簡単なものから始まり、学校の終わりまでに徐々に複雑さが増しました。

5.バイオインフォマティクスとその応用

Alla Lapidus（サンクトペテルブルク州立大学、サンクトペテルブルク科学アカデミー、ゲノムバイオインフォマティクスセンター）

この分野の歴史と「バイオインフォマティクス」の概念のさまざまな解釈、および医学におけるバイオインフォマティクスの使用を含む、バイオインフォマティクスの主要な応用分野について説明されました。 [スライド]

6.コンピューター科学者のための分子生物学

ナタリア・ヴォロディナ（SPbAU RAS）

いくつかの講義では、DNAとRNAの構造と機能、分子生物学の中心的な教義（DNA→RNA→タンパク質）、タンパク質の構造とその機能、細胞の主成分、機能。 [スライド1] + [スライド2]

7.科学ソフトウェアの開発：ベストプラクティスとアプローチ

コンスタンティン・オコネチニコフ（マックス・プランク感染生物学研究所、ベルリン）

科学ソフトウェアを開発するための推奨技術と方法について説明されました。 これらの方法の多くは長い間知られており、ソフトウェア開発の分野でうまく適用されていますが、「科学的環境」への適応が必要です。 講義では、ソフトウェアシステムのパフォーマンスを最適化するための技術に特に注意を払っています。 [スライド]

8.複雑なデータを分析する簡単な方法

フィリップ・ハイトヴィッチ（上海生物科学研究所）

2回目の講義では、フィリップは、チンパンジーやマウスなどの他の哺乳類と比較したヒト特異的RNAの研究など、彼の科学活動の範囲についてさらに詳しく話しました。 脳の老化プロセス; 長い非コーディングRNA。 [スライド]

9. NGSデータの分析

アンドレイ・プルジベルスキー（SPbAU RAS）

彼らはシーケンシングの歴史について語り、現在人気があり開発中のテクノロジーの概要を説明し、その機能とアプリケーションについて説明しました。 講義では、ゲノムを組み立てるためのプロセスと既存のプログラムについて詳しく説明し、単一の最高のアセンブラーがあるかどうかの質問にも答えます。 [スライド]



Andrei andrewprzhによるハブに関するこのテーマに関する投稿： Bioinformatics：an inside look and Again in bioinformatics：アセンブリの細菌ゲノム 。

10. RNA読み取りの概要

コンスタンティン・オコネチニコフ（マックス・プランク感染生物学研究所、ベルリン）

このタイプの実験に固有のトランスクリプトームシーケンステクノロジーとデータ解析技術について説明しました。これには、スプライシング、転写産物のアセンブリ、アイソフォーム再構築法、遺伝子発現の比較分析、ならびにゲノムおよび融合遺伝子の系統を検索する方法（融合遺伝子）。 [スライド]

11. de Bruyneとアセンブリアルゴリズムのグラフ

セルゲイナーク（SPbAU RAS）

それは、ゲノムアセンブリの問題の声明とそれを解決するためのグラフ・ド・ブリュインの使用について語られました。 講義では、シーケンスエラーやリソース不足に関連するさまざまな問題についても説明します。 [スライド]

12.実験室バイオインフォマティクス：次世代シーケンスデータの理解

コンスタンティン・オコネチニコフ（マックス・プランク感染生物学研究所、ベルリン）

次世代シーケンス（NGS）データの分析を可能にするさまざまなコンピュータープログラム、およびそれらを効果的に組み合わせて使用​​できるようにする原則について説明されました。 [スライド]

13.アプリケーションとデータベースのシーケンス

Alla Lapidus（サンクトペテルブルク州立大学、サンクトペテルブルク科学アカデミー、ゲノムバイオインフォマティクスセンター）

2回目の講義では、アッラはシーケンシングテクノロジーの開発の歴史と既存の生物学的データベースの多様性について話しました。これは、現在のさまざまな課題とこれらのテクノロジーの用途の拡大（たとえば、個人医療）によって決まります。 [スライド]

14.バイオテクノロジーへの投資：明白で非自明な物語

アンドレイ・アファナシエフ（モスクワ州立大学iBinom）

この講義では、イノベーターと投資家の目を通していくつかのバイオテクノロジープロジェクトについて話し、また、バイオインフォマティクススタートアップiBinomの創設者であるスピーカーがベンチャー基金や開発機関とやり取りする際の個人的な経験も詳しく説明しました。 [スライド]

15.大きなゲノムのアセンブリと注釈

パベル・ドブリニン（サンクトペテルブルク州立大学ゲノムバイオインフォマティクスセンター）

配列決定および配列決定のためのライブラリー、染色体アセンブリー、密接に関連する種の参照ゲノムの使用、および遺伝子注釈のさまざまな側面が議論されました。 [スライド]

16.医療バイオインフォマティクス：現在と動向

アレクサンダー・パブロフ、アントン・ブラギン（セコイア遺伝学）

医学におけるバイオインフォマティクスの主な用途とその開発の有望な方向性について語られました。 ゲノム医学、臨床データの品質に関するタスクと要件、それらの作成と翻訳へのアプローチについて。 講義の第2部では、バイオインフォマティクスデータの臨床的解釈のために設計されたソフトウェア作成の技術的側面（分析パイプライン、モジュール構成、既存のフレームワークとバイオメディカルソフトウェアに固有のサービス、設計機能を構築するための基本的な方法）に専念します。 [スライド]

17.ミニ会議（学生によるプレゼンテーション）

ミニカンファレンスは、サマースクールの参加者によるプレゼンテーション形式で開催され、ミハイル・ライコ（SPbSU、SPbAU RAS）が司会を務めました。 競争力のある選考の段階で、抄録を提出する機会があり、選ばれた13人が15分間のレポート形式で研究について話しました。 講演者の詳細なトピックとスライドはウェブサイトにあります。

18. NGSデータの分析

アンドレイ・プルジベルスキー（SPbAU RAS）

コンピューター科学者向けのこのセミナーの枠組みでは、NGSデータを分析するための効果的なアルゴリズムと方法に関する詳細な情報が提供されました。 セミナーの後半では、アントン・コロベニコフは、サンクトペテルブルク経済大学のアルゴリズム生物学研究所のアンドレイ・プルジベルスキーに加わりました。

19.バイオテクノロジーの概要

アレクサンダー・カラベルスキー（BIOCAD）

モノクローナル抗体の分野における現代の研究の方向性について説明され、その種類、特性、適用範囲が説明され、さらに、その段階と使用方法（バイオテクノロジー企業BIOCADなど）を考慮して詳細な開発プロセスが検討されます。 [スライド]

20. DNA-タンパク質相互作用と遺伝子調節のバイオインフォマティクス

Vsevolod Makeev（IOGEN RAS、MIPT）

異なる種のDNAシーケンスがどのように異なるのか、なぜ類似の遺伝子が異なるように機能するのか、特定の時点（特定の組織）で特定の遺伝子が機能するのかが説明されました。 RNA合成とその後の段階、組織特異的発現、調節、転写調節因子などの問題、およびDNAタンパク質相互作用と遺伝子調節を研究するためのさまざまな方法と技術の概要、および既存のプログラムの比較が強調されています。 [スライド]

21. BLASTのE値

アントン・コロベニコフ（SPbAU RAS、SPbSU）

数学で満たされた2つの講義では、文字列間の一致の重要性を評価し、真に非ランダムな一致とランダムな一致を区別できる統計原理と結果について説明しました（バイオインフォマティクスの場合、BLASTはタンパク質とヌクレオチドの配列間の類似性を見つけるための標準ツールであり、最も引用されている科学記事 90年）。 講義の受講者は、統計と確率理論の基本概念（分布、ランダム変数、平均、推定、統計的仮説）に精通していることが前提となります。

22.生物学者向けのバイオテクノロジー

アレクサンダー・カラベルスキー（BIOCAD）

2回目の講義では、アレクサンダーはBIOCADの例で、現代の製薬会社の仕事の構造と組織、癌と自己免疫疾患の治療薬の種類と特性、免疫グロブリンとその多様性の理由、抗体の使用と治療における特性、およびその他の関連するものについて話しましたトピック。 [スライド]

23. IonTorrentでの最初の100プロジェクト：バイオインフォマティクスストーリー

ドミトリーアレクシーエフ（FHM研究所）

IonTorrent機器をさまざまな目的に使用した実際の経験と結果について説明しました：ゲノムの読み取りと組み立て、予約、ペア読み取りライブラリ、メタゲノム、16S分析など。 [スライド]

24.科学者向けの執筆

ナタリア・クズネツォワ（IBCh RAS）

彼らは、英語で科学論文を書くためのルールとテクニック、語彙の正しい使用、句読点、テキスト構造、よくある間違いについて話しました。 [スライド]

25.遺伝子調節の合成ネットワークのダイナミクス

ミハイル・イヴァンチェンコ（UNN）

この講義では、バクテリアの蛍光振動コロニーなどの所定の挙動を備えた人工調節ネットワークの構築、それらの研究に必要な数学的モデルと方法、この分野で得られた最も重要な理論的および実験的結果、および多くの未解決の問題について話しました。 [スライド]

26.遺伝子調節の合成ネットワークのダイナミクス

アレクセイ・ザイキン（University College London）

次の講義では、ミハイルの同僚であるアレクセイは、複雑なダイナミクスを備えた人工的な規制ネットワークを構築するというトピックを継続しました。 [スライド]

27.ヒト幹細胞の完全性の生体情報評価

マリア・シュトワ（IOGEN RAS）

この科学レポートでは、セルゲイ・キセリョフの研究室の従業員であるマリア（初日に体細胞の遺伝的再プログラミングに関する講義を行った）は、胚性幹細胞（ESC）と異なる遺伝的性質の人工多能性幹細胞（iPSC）の比較と証明の問題の解決について話しました彼らのアイデンティティ。 講義では、hESC、分化細胞、iPSCの発現（Illumina HT12）とCpGメチル化（Illumina 450k）の比較を可能にする同質遺伝子システムの作成について説明しました。 このストーリーでは、分析に使用された分子および生体情報の方法を取り上げ、この研究の予備的な結果が発表されています。 [スライド]

28.ゲノムアセンブリでマップを使用する

アレクセイマクニン（サンクトペテルブルク州立大学ゲノムバイオインフォマティクスセンター）

学校の最後の講義は土曜日の午前10時に行われたという事実にもかかわらず（金曜日の送別会の夜の後）、ほとんどすべての学校の参加者はそれに出席することができ、アレクセイはゲノムをマッピングするさまざまな方法について話しました-BACクローンの使用から放射線ハイブリッドの方法と組み立てる足場の順序の決定を含む、密接に関連する参照ゲノムの使用。これは、ゲノムを組み立てて仕上げるための重要なステップです。 [スライド]

結論として

学校への大きな関心と参加者からの肯定的なフィードバックを考慮して、私たちは毎年それを実施することにしました。 2014年の夏に、学校はサンクトペテルブルクで開催されます。 さらに、トピックに興味がある場合は、Courseraのバイオインフォマティクスのアルゴリズムに関する最初のオンラインコース（コースに関する habrapost ）にサインアップしてください。



また、学校の主催者であるKatya ChaykinaとAnya Chernyshのチームと、学校ができなかっただけでなく、私たちを助けてくれたすべての友人とボランティアにも感謝したいと思います。 そして、もちろん、私たちの優れたスポンサー、特に過去3年間にわたるInstitute of Bioinformaticsの安定したサポートのための有名なJetBrains会社。 また、ロシアのベンチャーキャピタル会社、ダイナスティファンド、ロシア連邦財産ファンド。 BIOCAD、DiaemおよびLife Technologies。



学校の結果に関する美しい報告書はここで読むことができます（注意して、PDF 6.5 MB） 。



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