DC-UFRPE/Bacharelado em Ciência da Computação/BIOLOGIA COMPUTACIONAL

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Programa da Disciplina[editar | editar código-fonte]

Nome: BIOLOGIA COMPUTACIONAL
Código: 14103
Departamento: Departamento de Computação (DC)
Área: Computação
Carga-horária total: 60 horas
Créditos: 4
Pré-requisitos: ALGORITMOS E ESTRUTURAS DE DADOS (Cód. 06214)

Ementa[editar | editar código-fonte]

Conteúdos do período letivo 2021.2

  • Noções básicas de biologia molecular;
  • Alinhamento e análise de sequências;
  • Recuperação de informação em bancos de dados biológicos;
  • Predição de estrutura de proteínas;
  • Análise de expressão gênica;
  • Análise filogenética;
  • Análise de Redes Biológicas.

Objetivo[editar | editar código-fonte]

  • Fornecer noções básicas e conceitos referentes à Biologia Computacional de modo abrangente.

Conteúdo[editar | editar código-fonte]

  • Princípios básicos da Biologia Molecular;
  • Alinhamentos de sequências;
  • Montagem de fragmentos de DNA, dedução de funções e identificação de domínios proteicos conservados;
  • Alinhamento Global (algoritmo de Needleman-Wunsch);
  • Alinhamento Semi Global;
  • Alinhamento Local (algoritmo de Smith Waterman);
  • Busca por Homologias utilizando Matrizes de Substituição;
  • Alinhamento Múltiplo de Sequências(MSA), princípios Básicos e sua aplicação na Análise Filogenética;
  • Análise de Expressão Gênica por meio de Chips de DNA(Também referenciados como Microarray);
  • Estruturas de Proteínas (abordagem introdutória do problema da Predição de Estrutura Secundária de Proteínas);
  • Problema do Dobramento de Proteínas e problema da Predição de Estrutura Secundária de Proteínas abordado por meio de Redes Neurais Artificiais.

Bibliografia Básica[editar | editar código-fonte]

  • Neil C. Jones, Pavel Pevzner. An Introduction to Bioinformatics Algorithms. MIT Press, 2004;
  • J.C. Setubal and J. Meidanis, Introduction to Computacional Molecular Biology, PWS, 1997;
  • Clote, Peter, and Rolf Backofen. Computational Molecular Biology: Introduction. 1st ed. New York, NY: John Wiley & Sons, 2000. ISBN: 0471872520.

Bibliografia Complementar[editar | editar código-fonte]

  • S. Aluru. Handbook of Computational Molecular Biology. Chapman & Hall/CRC, 2006;
  • B. Schölkopf, K. Tsuda, JP. Vert, Kernel Methods in Computational Biology. MIT Press, 2004;
  • Durbin, Richard, Sean Eddy, Anders Krogh, and Graeme Mitchison. Biological Sequence Analysis: Probabilistic Models of Proteins and Nucleic Acids. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 1999. ISBN: 9780521629713;
  • P.A. Pevzner, Computational Molecular Biology: An Algorithmic Approach, MIT Press, Cambridge, 2004. M.S. Waterman, Introduction to Computational Biology, Maps, Sequences and Genomes, Chapman & Hall, 1995;
  • D. Gusfield. Algorithms on Strings, Trees, and Sequences: Computer Science and Computational Biology. 1st ed. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 1997. ISBN: 0521585198.

Material Complementar[editar | editar código-fonte]

  • ROSALIND http://rosalind.info/problems/locations/;
  • Bancos de Dados Biológicos:
  • Genômica :
    • Um breve guia sobre estudos genômicas na página do NHI https://www.genome.gov/about-genomics/fact-sheets/ABrief-Guide-to-Genomics;
    • Algumas aplicações atuais da genômica https://www.comciencia.br/genomica-abre-novas-frentes-depesquisa-basica-ou-aplicada-em-agricultura-evolucaobiologica-conservacao-e-medicina/.
  • Bioinformática e Alinhamentos:
    • “Bioinformatics: Introduction and Methods” - Peking University (Free! ) https://www.coursera.org/lecture/bioinformaticspku/essential-concepts-Cfpos.
  • Biologia Computacional no MIT:
    • Introduction to Computational and Systems Biology (MITOPENCOURSEWARE) https://ocw.mit.edu/courses/biology/7-91j-foundations-ofcomputational-and-systems-biology-spring-2014/videolectures/lecture-1-course-introduction-history-ofcomputational-biology-overview-of-the-course-coursepolicies-and-mechanics-dna-sequencing-technologies/.
  • Homologia:
    • Slides de aula sobre Homologia (Thibério Rangel – USP): Os slides são ilustrativos e concisos. http://www.iq.usp.br/setubal/bmc/2014/aulaThiberio.pdf.
  • Maria Angélica Souza: Alinhamento Múltiplo Progressivo de Sequências de Proteínas. Dissertação de Mestrado, Unicamp, 2010. https://www.ic.unicamp.br/~meidanis/PUB/Mestrado/Outros/Disserta cao%20de%20Mestrado%20- %20Maria%20Angelica%20Lopes%20de%20Souza.pdf;
  • Alinhamento Múltiplo de Sequências:
    • Slides do prof. Zanoni Dias, Unicamp. https://www.ic.unicamp.br/~zanoni/teaching/mo640/2012- 2s/material/02-Alinhamento_Multiplo.pdf;
    • Breve explicação sobre alguns softwares para realizar alinhamentos múltiplos de sequências https://deboraguterres.com/tutoriais/alinhamento-desequencias/.
  • Neil C. Jones and Pavel A. Pevzner: An Introduction to Bioinformatics Algorithms, MIT Press, Cambridge, 2004 https://www.cs.bgu.ac.il/~bccg211/wiki.files/An%20Introduction%20to %20Bioinformatics%20Algorithms.pdf.
  • Clusterização:
    • Resumo básico http://web.tecnico.ulisboa.pt/ana.freitas/bioinformatics.ath.c x/bioinformatics.ath.cx/index0985.html?id=146;
    • Slides do prof Ron Shamir http://www.cs.tau.ac.il/~rshamir/abdbm/pres/17/IntroKmeans-SOM.pdf.

Vídeos Sobre o Assunto[editar | editar código-fonte]

  • Genoma: Em Busca dos Sonhos da Ciência - Documentário produzido em 1999, sobre o Programa Genoma-FAPESP. https://youtu.be/7O67FYYIDfI;
  • DNA: O segredo da vida – Neste belo video, o DNA e o código genético são apresentados. Atenção! O vídeo fala em grandes segmentos do DNA sem funções. Estudos atuais apontam em outra direção. No mais, a beleza e didática faz valer a pena a inclusão deste video em nossa lista https://www.youtube.com/watch?v=8eJ5xuTOZ9Q;
  • Dogma Central da Biologia Molecular;
    • Animação explicando o Dogma Central brevemente. Ative as legendas https://www.youtube.com/watch?v=whV_CkKT7F0;
    • Do DNA às proteínas em 3 minutos https://www.youtube.com/watch?v=6nxRxoGME_I;
  • Projeto Genoma Humano;
    • Time Line https://www.youtube.com/watch?v=MNFUf8dqk68;
    • Lessons from the Human Genome Project (com legendas em português ) https://www.youtube.com/watch?v=qOW5e4BgEa4.
  • A Genômica e a pandemia:
    • Divulgação de pesquisa da USP (assistam sob a ótica dos princípios básicos que aprenderam até o momento ) https://www.youtube.com/watch?v=Zr0af5BcWpY;
    • Como é feito o sequenciamento de genoma https://www.youtube.com/watch?v=QD4fuVay3eI;
    • Entendendo o SARS-CoV2 interage com as células (vejam a repórter dessa entrevista ^^ ) https://www.youtube.com/watch?v=wC3r4Lcm1Sw;
    • Genética básica do Coronavírus https://www.youtube.com/watch?v=XM13kvBo53E;
    • Coronavírus: entenda o que é e qual a importância do sequenciamento genético https://www.youtube.com/watch?v=lrPfgrdKhos;
  • Bioinformática e Alinhamentos:
    • OnlineBioinfo – Canal sobre Bioinformática – Extensão – UFMG https://www.youtube.com/watch?v=uGgodVmTuA4.
  • Programação Dinâmica (PD):
    • Breve explicação sobre PD utilizando números de Fibonacci (recordar é viver! :D ) https://www.youtube.com/watch?v=mmjDZGSr7EA;
    • Vídeo com uma apresentação animada da técnica Programação Dinâmica (com exemplos) https://www.youtube.com/watch?v=pH3Cs3WbRMQ;
    • Animação sobre a utilização de programação dinâmica no problema de alinhamento de sequências (alinhamento global). Observem que foi utilizado um outro sistema de score. https://www.youtube.com/watch?v=8aJbIh5kKOM.
  • Relembrando sequenciamento:
    • Sequenciamento de Sanger - PPCC Biologia Molecular UFSC (Vídeo curto e muito didático sobre o processo de sequenciamento) https://www.youtube.com/watch?v=Uma54mKcR40;
    • Aprenda os fundamentos do sequenciamento de nova geração (Entenda como geramos os fragmentos para obter a sequência de DNA – leva cerca de 30 minutos, mas, é muito didático! ^^) https://www.youtube.com/watch?v=uKCCIAhLFrU.
  • Alinhamento Local (Algoritmo Smith Waterman ):
    • Alinhamentos Semi Global (SAP) X Alinhamento Local (Smith Waterman) https://www.youtube.com/watch?v=dQXLyeVQrMo;
    • Alinhamento Global X Alinhamento Local (Está em inglês – tem animações legais ^^) https://www.youtube.com/watch?v=zBGAtxrJx0M;
    • Local Sequence Alignment & Smith-Waterman || Algorithm and Example (também em inglês, mas, a apresentação é rica em recursos visuais) https://www.youtube.com/watch?v=lu9ScxSejSE.
  • Alinhamento Semi Global (SAP):
    • Alinhamento Semi Global (SAP) X Global https://www.youtube.com/watch?v=tlwFcAhK-NE;
    • Global, Semi Global e Local em menos de 9 minutos ^^ https://www.youtube.com/watch?v=W2N55c4tXdw.
  • Homologia:
    • Homolog vs paralog vs ortholog vs analog in 4 minutes | Genetics for beginners (Naquele inglês básico e em 4 minutos apenas ^^) https://www.youtube.com/watch?v=TiKbMw_bKEk;
    • Modelagem molecular por homologia ou modelagem comparativa (ampliando horizontes! ) https://www.youtube.com/watch?v=fq-w7L9NUVk.
  • Matrizes de Substituição:
    • T1:E3 Matriz PAM | Série Alinhamento de sequências (Vídeo de 30 minutos apresentando as PAMs) https://www.youtube.com/watch?v=3iCPuGRD4HY;
    • T1:E5 Matriz BLOSUM | Alinhamento de sequências (Da mesma temporada anterior ^^) https://www.youtube.com/watch?v=qmSBCuUadsE;
    • Comparison between BLOSUM and PAM Substitution Matrices (também em inglês... precisamos produzir os nossos em português ^^) https://www.youtube.com/watch?v=3h58QOy1QfA.
  • PAM, BLOSUM e BLASTAlinhamento Semi Global (SAP):
    • Dr. Rob Edwards from San Diego State University discusses the difference between PAM and BLOSUM for BLAST, the Basic Local Alignment Search Tool (em inglês, mas, são 8 minutos apenas ^^ a apresentação é legal ) https://www.youtube.com/watch?v=68lF71zEUF8.
  • Alinhamento Múltiplo de Sequências:
    • Alinhamento MÚLTIPLO de sequências | Clustal W: um dos artigos mais citados da Bioinformática https://www.youtube.com/watch?v=592I7RLq6og;
    • Multiple Sequence Alignment (construindo um alinhamento múltiplo – naquele inglês básico ) https://www.youtube.com/watch?v=WbdsfkzaVqk.
  • Análise Filogenética:
    • Vídeo apresentando a definição de árvore filogenética e suas representações https://www.youtube.com/watch?v=-GqAsj2rqMM;
    • Compreender e construir árvores filogenéticas |A evolução e a árvore da vida |Biologia |Khan Academy (Um ponto de vista biológico ) https://www.youtube.com/watch?v=0oLQR_SyQjk.
  • Microarrays:
    • Tutorial de Microarranjo de DNA - Luana Soares Martínez: De estudante para estudante https://www.youtube.com/watch?v=2dA6wjDR_u4;
    • Aprenda os fundamentos do Microarray (canal: Universo da Biologia Molecular) https://www.youtube.com/watch?v=0ZDumBd53wI;
    • DNA Microarray Methodology (o inglês é básico e a animação é bastante direta e legal ) https://www.youtube.com/watch?v=0ATUjAxNf6U;
    • DNA Microarrays I Animation (Canal: Medical Sciences Animations) – Apenas 2 minutos de vídeo :o https://www.youtube.com/watch?v=HIf7ulJldXs.
  • Clusterização:
    • Clustering: K-means and Hierarchical (Prof. Luis Serrano) https://www.youtube.com/watch?v=QXOkPvFM6NU.
  • Análise de Expressão Gênica:
    • Métodos de Análise de Expressão Gênica (André F. de Camargo, Guilherme M. G. Filho, Leonardo Lima) – Slides – 11 minutos https://slideplayer.com.br/slide/1256846/;
    • Gene Expression Analysis and DNA Microarray Assays (Canal: Professor Dave Explains) – O Dave é legal tb ^^ https://www.youtube.com/watch?v=Hv5flUOsE0s;
    • MIT CompBio Lecture 06 - Gene Expression Analysis: Clustering and Classification (Prof. Manolis Kellis) – Uma aula tradicional, no MIT https://www.youtube.com/watch?v=DeaLk8whdbk.
  • Proteínas:
    • Começando do começo Uma motivação para o estudo de proteínas. FROM GENE TO FUNCTION (recordar é viver ^^) https://uta.pressbooks.pub/cellphysiology/chapter/fromgene-to-function/;
    • Uma introdução às estruturas de proteínas: Proteins and their Structure (Canal: Aasoka) https://www.youtube.com/watch?v=piXHivrTT-E;
    • Estrutura Tridimensional da Proteínas (Canal: Biologia além dos olhos) – Em português :D https://www.youtube.com/watch?v=0DjnoSYjCKQ;
    • FOUR LEVELS OF PROTEIN STRUCTURE (Capítulo de livro com texto simples, direto e bem estruturado. As animações dos vídeos desse livro são de alta qualidade ) https://uta.pressbooks.pub/cellphysiology/chapter/chapter2/;
    • Protein structure | Primary | Secondary | Tertiary | Quaternary (Canal: Quick Biochemistry Basics) https://www.youtube.com/watch?v=PPJ7C3hcnPw;
    • Definindo proteínas: What is a Protein? (Canal: RCSBProteinDataBank) https://www.youtube.com/watch?v=wvTv8TqWC48.
  • O Problema do Dobramento de Proteínas:
    • Problema do enovelamento de proteínas, deep learning, Deepmind, Alphafold e Googlen (Canal: OnlineBioinfo Bioinformática) – Live sobre o anúncio da solução do problema de dobramento (1h – em português) https://www.youtube.com/watch?v=9yWuLxkvDHY;
    • Breve animação explicando o problema: Protein folding explained (Canal: DeepMind) https://www.youtube.com/watch?v=KpedmJdrTpY;
    • The protein folding problem: a major conundrum of science: Ken Dill at TEDxSBU (Canal: TEDx Talks) https://www.youtube.com/watch?v=zm-3kovWpNQ;
    • Has Protein Folding Been Solved? (Canal: Sabine Hossenfelder https://www.youtube.com/watch?v=yhJWAdZl-Ck
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