Przedmowa do piątego wydania XIII | |
Schemat książki XIX | |
Wprowadzenie do bioinformatyki w sieci XX | |
Podziękowania XXI | |
1. Wprowadzenie | 1 |
Życie w czasie i przestrzeni | 4 |
Fenotyp = genotyp + środowisko + historia życia + epigenetyka | 5 |
Ewolucja jako zmiana na przestrzeni czasu w świecie istot żywych | 5 |
Klasyfikacja biologiczna i nazewnictwo | 7 |
Dogmaty: główne i poboczne | 10 |
Struktura DNA | 10 |
Transkrypcja i translacja | 13 |
Struktury białek | 14 |
Statyka i dynamika | 19 |
Biologia systemowa | 19 |
Genom człowieka | 21 |
Zmiany w sekwencjach genomu człowieka | 22 |
Genom człowieka a medycyna | 23 |
Bazy danych w biologii molekularnej | 31 |
Archiwa rzeczy zauważalnych i danych | 32 |
Baza danych bez skutecznych sposobów dostępu jako bezużyteczne narzędzie | 33 |
Przepływ informacji w bioinformatyce | 34 |
Organizacja, adnotacja i kontrola jakości | 36 |
Baza danych WWW | 37 |
Publikacje elektroniczne | 38 |
Komputery i informatyka | 38 |
Programowanie | 39 |
Après moi, le déluge? Przepraszam, już za późno! | 43 |
Jaka jest moc sekwencjonowania na świecie? | 46 |
Jaki jest stosunek ilości danych w bioinformatyce do innych naukowych archiwów informacji? | 46 |
Polecana literatura | 47 |
Ćwiczenia i zagadnienia problematyczne | 48 |
2. Od genetyki do genomów 53 | |
Klasyczne tło genetyki | 54 |
DNA reprezentuje geny | 55 |
Mapy i przewodniki | 56 |
Mapy połączeń genetycznych | 56 |
Sprzężenia | 56 |
Prążkowanie chromosomów | 58 |
Mapy wysokiej rozdzielczości bazujące bezpośrednio na sekwencjach DNA | 60 |
Mapy restrykcyjne | 62 |
Sekwencjonowanie DNA | 63 |
Frederick Sanger i rozwój sekwencjonowania DNA | 63 |
Sekwencjonowanie DNA poprzez przerywanie replikacji łańcucha | 64 |
Automatyzacja sekwencjonowania DNA | 65 |
Sekwencjonowanie następnej generacji | 66 |
Odczyty sparowane | 72 |
Życie w pędzie | 73 |
Zestawianie – aspekty obliczeniowe | 74 |
Dopasowywanie wzorców | 74 |
Drzewa sufiksowe | 74 |
Łączenie fragmentów | 76 |
Genomika w identyfikacji tożsamości | 79 |
Genetyczne odciski palców | 80 |
Identyfikacja tożsamości poprzez amplifikację określonych regionów w miejsce analizy polimorfizmu długości fragmentów restrykcyjnych (RFLP) | 81 |
DNA mitochondrialne | 83 |
Analiza sekwencji DNA nienależących do ludzi | 84 |
Badania na ustalenie ojcostwa | 85 |
Aspekty etyczne, prawne i społeczne | 87 |
Bazy danych zawierające informacje o sekwencji DNA u ludzi | 87 |
Wykorzystanie sekwencjonowania DNA w badaniach na organizmach ludzkich | 90 |
Polecana literatura | 90 |
Ćwiczenia i zagadnienia problematyczne | 91 |
3. Panorama życia 95 | |
Genomy, transkryptomy i proteomy | 96 |
Geny | 96 |
Proteomika i transkryptomika | 99 |
Podsłuchiwanie na transmisji informacji genetycznej | 100 |
Projekty sekwencjonowania genomu | 101 |
Genomy prokariontów | 102 |
Genom bakterii Escherichia coli | 103 |
Genom archeonu Methanocaldococcus jannaschii | 105 |
Genom jednego z najprostszych organizmów: Mycoplasma genitalium | 106 |
Metagenomika: pobranie genomów z próbek środowiskowych | 107 |
Ludzki mikrobiom | 109 |
Genomy eukariontów | 110 |
Rodziny genów | 111 |
Genom Saccharomyces cerevisiae (drożdży piekarniczych) | 111 |
Genom Caenorhabditis elegans | 113 |
Genom Drosophila melanogaster | 115 |
Genom Arabidopsis thaliana | 115 |
Genom Homo sapiens (genom człowieka) | 117 |
Geny kodujące białka | 118 |
Sekwencje powtarzalne | 118 |
RNA | 119 |
Polimorfizmy pojedynczego nukleotydu i haplotypy | 119 |
Systematyczne pomiary i zbiory polimorfizmów pojedynczego nukleotydu | 122 |
Różnorodność genetyczna w antropologii | 123 |
Sekwencje DNA a języki | 125 |
Ewolucja genomów | 125 |
Proszę przekaż geny: poziomy transfer genów | 128 |
Genomika porównawcza u eukariontów | 129 |
Polecana literatura | 130 |
Ćwiczenia i zagadnienia problematyczne | 131 |
4. Dopasowania i drzewa filogenetyczne 133 | |
Wprowadzenie do dopasowania sekwencji | 134 |
Macierz punktowa a dopasowanie sekwencji | 140 |
Miary podobieństwa sekwencji | 142 |
Systemy punktacji | 143 |
Pochodne od macierzy substytucji: macierze PAM | 144 |
Obliczanie dopasowywania dwóch sekwencji | 146 |
Odmiany i uogólnienia | 146 |
Metody aproksymacji dla szybkiej identyfikacji baz danych | 146 |
Algorytm programowania dynamicznego dla optymalnego dopasowania dwóch sekwencji | 148 |
Znaczenie dopasowań | 153 |
Dopasowanie wielu sekwencji | 155 |
Zastosowanie dopasowania wielu sekwencji do przeszukiwania baz danych | 156 |
Profile | 158 |
PSI-BLAST | 160 |
Całkowite dopasowanie par sekwencji dla ludzkiego białka PAX-6 i Drosophila melanogastere yeless | 164 |
Ukryte modele Markowa (Hidden Markov Models, HMM) | 165 |
Filogeneza | 167 |
Określanie powiązań taksonomicznych na podstawie właściwości molekularnych | 169 |
Wykorzystanie sekwencji przy określaniu związków filogenetycznych | 172 |
Zastosowanie SINE oraz LINE do określania związków filogenetycznych | 175 |
Drzewa filogenetyczne | 177 |
Metody oparte na grupowaniu | 179 |
Metoda największej wiarygodności | 180 |
Rekonstrukcja sekwencji ancestralnych | 180 |
Dekarboksylaza pirogronianu: synteza, aktywność i struktura krystaliczna przewidywanego przodka | 181 |
Problem zmiennego tempa ewolucji | 183 |
Metoda Bayesa | 184 |
Czy drzewa są właściwym sposobem przedstawiania związków filogenetycznych? | 184 |
Kwestie obliczeniowe | 185 |
Podsumowanie | 186 |
Polecana literatura | 187 |
Ćwiczenia i problemy | 187 |
5. Bioinformatyka strukturalna a opracowywanie leków 193 | |
Wprowadzenie | 194 |
Stabilność a fałdowanie białek | 196 |
Wykres Ramachandrana jako opis dopuszczalnych konformacji łańcucha głównego | 196 |
Łańcuchy boczne | 198 |
Stabilność i denaturacja białek | 198 |
Proces zwijania białek | 202 |
Zastosowania hydrofobowości | 204 |
Białka superhelikalne (coiled-coil) | 204 |
Opis zróżnicowania struktur białek | 208 |
Superpozycja struktur a dopasowanie strukturalne | 209 |
Ewolucja struktur białek | 214 |
Klasyfikacja struktur białek | 216 |
SCOP | 217 |
Przewidywanie i modelowanie struktur białek | 219 |
Ocena krytyczna przewidywania struktur | 221 |
Prognozowanie struktur drugorzędowych | 222 |
Modelowanie homologiczne | 223 |
Rozpoznawanie fałdu | 223 |
Obliczanie energii konformacji i dynamiki molekularnej | 226 |
ROSETTA | 228 |
Przewidywanie struktury białek na podstawie map kontaktów pochodzących od skorelowanych mutacji w dopasowaniach wielu sekwencji | 229 |
Tworzenie nowych białek | 232 |
Opracowywanie i doskonalenie leków | 235 |
Związek wiodący | 236 |
Doskonalenie związku wiodącego: ilościowe modele zależności struktura–aktywność | 237 |
Wykorzystanie bioinformatyki przy opracowywaniu i doskonaleniu leków | 238 |
Modelowanie molekularne przy opracowywaniu leków | 239 |
Polecana literatura | 245 |
Ćwiczenia i problemy | 247 |
6. Publikacje naukowe i archiwa: media, treść, dostęp i prezentacja 253 | |
Literatura naukowa | 254 |
Dostęp do publikacji naukowych | 255 |
Otwarty dostęp | 257 |
Public Library of Science | 258 |
Biblioteki tradycyjne i cyfrowe | 258 |
Jak zapełnić bibliotekę cyfrową | 259 |
Eksplozja informacyjna | 260 |
Sieć: wyższy wymiar | 260 |
Nowe media: wideo, dźwięk | 260 |
Przeszukiwanie literatury naukowej | 261 |
Zarządzanie bibliografią | 261 |
Bazy danych | 263 |
Zawartość bazy danych | 263 |
Kontrola jakości baz danych | 264 |
Literatura jako baza danych | 265 |
Organizacja bazy danych | 265 |
Adnotacja | 268 |
Języki znaczników | 269 |
Dostęp do baz danych | 271 |
Linki | 271 |
Interoperacyjność baz danych | 272 |
Eksploracja danych | 276 |
Języki programowania i narzędzia do budowania i dostępu do baz danych | 277 |
Tradycyjne języki programowania | 277 |
Języki skryptowe | 278 |
Biblioteki programów przeznaczone dla biologii molekularnej | 278 |
Java – obliczenia w sieci | 278 |
Przetwarzanie języka naturalnego | 279 |
Przetwarzanie języka naturalnego przy przeszukiwaniu literatury biomedycznej | 280 |
Zastosowania biomedyczne eksploracji tekstu | 281 |
Tworzenie hipotez | 286 |
Sieć związana z jaskrą uzyskana przez eksplorację danych | 287 |
Polecana literatura | 290 |
Ćwiczenia i problemy | 291 |
7. Sztuczna inteligencja i uczenie maszynowe 293 | |
Czym jest sztuczna inteligencja i uczenie maszynowe? | 294 |
Klasyfikacja i grupowanie | 295 |
Klasyfikator binarny | 298 |
Krzywe ROC (Receiver Operating Characteristic) | 300 |
Sztuczne sieci neuronowe | 301 |
Mapy samoorganizujące | 303 |
Drzewa decyzyjne | 304 |
Maszyny wektorów nośnych (SVM) | 308 |
Metody jądra | 308 |
Grupowanie | 310 |
Grupowanie za pomocą spektralnej teorii grafów | 313 |
Polecana literatura | 316 |
Ćwiczenia i problemy | 316 |
8. Wprowadzenie do biologii systemów 319 | |
Wprowadzenie | 320 |
Sieci i grafy | 321 |
Spójność w sieciach | 322 |
Dynamika, stabilność i odporność na awarie | 324 |
Niektóre źródła inspiracji dla biologii systemów | 325 |
Złożoność sekwencji | 325 |
Definicja entropii Shannona | 326 |
Złożoność sekwencji | 327 |
Zależność między złożonością, losowością i zdolnością do kompresji | 328 |
Transformata Burrowsa-Wheelera | 329 |
Odwracanie transformaty Burrowsa-Wheelera | 329 |
Transformata Burrowsa-Wheelera grupuje powtórzenia, ułatwiając kompresję | 330 |
Zastosowanie transformaty Burrowsa-Wheelera do poszukiwania wzorców w łańcuchach | 330 |
Złożoność w innych typach danych biologicznych | 331 |
Złożoność statyczna i dynamiczna | 332 |
Przewidywalność i chaos | 333 |
Analiza i porównywanie sieci | 334 |
Analiza grafów za pomocą algebry macierzy | 335 |
Izomorfizm grafów | 335 |
Polecana literatura | 338 |
Ćwiczenia i problemy | 338 |
9. Szlaki metaboliczne 341 | |
Wprowadzenie | 342 |
Klasyfikacja funkcji białek | 344 |
Komisja Enzymowa | 344 |
Klasyfikacja funkcji białek przez Gene OntologyTM Consortium | 344 |
Przewidywanie funkcji białka | 345 |
Kataliza enzymatyczna | 348 |
Miejsca aktywne | 349 |
Kofaktory | 349 |
Równowagi wiązania białko–ligand | 350 |
Kinetyka reakcji enzymatycznych | 351 |
Miary wydajności enzymów | 353 |
Jak ewoluują nowe funkcje enzymów? | 353 |
Kontrola aktywności enzymu | 354 |
Mechanizmy strukturalne ewolucji zmienionych albo nowych funkcji białek | 355 |
Szlaki i granice dywergencji sekwencji, struktury i funkcji | 359 |
Ewolucja drogą duplikacji genów | 359 |
Bazy szlaków metabolicznych | 362 |
Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) | 364 |
Ewolucja i filogeneza szlaków metabolicznych | 366 |
Porównanie szlaków | 366 |
Dopasowanie szlaków metabolicznych | 368 |
Porównywanie liniowych szlaków metabolicznych | 369 |
Porównywanie nieliniowych szlaków metabolicznych: szlak pentozofosforanowy i cykl Calvina-Bensona | 371 |
Dynamika sieci metabolicznych | 372 |
Odporność sieci metabolicznych | 372 |
Modelowanie dynamiczne metabolizmu | 373 |
Symulacja szlaków metabolicznych u Plasmodium falciparum | 376 |
Human Metabolome Database wspiera zastosowania kliniczne w badaniach wrodzonych wad metabolicznych i raka | 377 |
Polecana literatura | 379 |
Ćwiczenia i problemy | 379 |
10. Kontrola organizacji i organizacja kontroli 381 | |
Transkryptomika | 382 |
Projekt ENCODE | 384 |
Wyznaczanie sekwencji RNA | 385 |
Sekwencjonowanie RNA kontra mikromacierze | 385 |
Mikromacierze DNA | 385 |
Sekwencjonowanie RNA (RNAseq) | 391 |
Projekt Genotype-Tissue Expression (GTEx) | 392 |
Wzorce ekspresji w różnych stanach fizjologicznych | 394 |
Zmiany wzorców ekspresji w cyklu życiowym Drosophila melanogaster | 394 |
Różne stadia życiowe mają różne wymagania w stosunku do różnych genów | 396 |
1. Zmiany we wzorcach ekspresji genów | 398 |
2. Mutacje, które dają oporność na izoniazyd | 399 |
3. Krystalografia | 399 |
Kompleksy i agregaty białek | 399 |
Właściwości kompleksów białko–białko | 400 |
Sieci oddziaływań białek | 402 |
Składniki kompleksu prymosomu u Bacillus subtilis | 405 |
Sieci regulatorowe | 406 |
Przekazywanie sygnału i kontrola transkrypcyjna | 407 |
Biologia strukturalna sieci regulatorowych | 407 |
Przykłady stosunkowo prostych regulatorowych sieci kontroli | 410 |
Regulacja operonu laktozowego u E. coli | 410 |
Przełącznik genowy bakteriofaga λ | 412 |
Przeskok metaboliczny u Saccharomyces cerevisiae | 416 |
Struktura logiczna sieci regulatorowych | 418 |
Sieć regulatorowa transkrypcji u E. coli | 418 |
Sieć regulatorowa transkrypcji u Saccharomyces cerevisiae | 419 |
Zdolności adaptacyjne sieci regulatorowej drożdży | 420 |
Polecana literatura | 423 |
Ćwiczenia i problemy | 423 |
Wnioski | 426 |
| |