Algorithmische Bioinformatik (WS 2010/2011)

Max Planck Institute for Molecular Genetics - Ihnestra§e 63-73 - 14195 Berlin - Germany - Phone: (+49 30) 8413 0 - Fax: (+49 30) 8413 1394

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Algorithmische Bioinformatik WS 2010/2011

Vorlesung für Studierende des Bachelor-Studienganges Bioinformatik

Diese Grundvorlesung nimmt einen zentralen Platz im Bachelor-Studiengang ein und wird daher während des Semesters mit einem erheblichen Arbeitsaufwand für die Teilnehmenden verbunden sein. Veranschlagt sind wenigstens 20 Stunden pro Woche. Jede Woche gibt es zu der vierstündigen Vorlesung eine zweistündige Übung zu verschiedenen Terminen (Themenübersicht). Im Anschluss an das Semester findet ein obligatorisches, zweiwöchiges Praktikum statt.

Die Vorlesung baut auf Algorithmen und Datenstrukturen für Bioinformatik aus dem 3. Semester. Die Beherrschung des Stoffes wird vorausgesetzt.

Die Übungen können in einer Programmiersprache nach Wahl durchgeführt werden. Python bietet sich für diese Zwecke besonders an. Wir bieten dazu Einführungen im Rahmen der Vorlesung an.

	Vorlesung	Übung	Praktikum
Nr.	19710	19710a	19710b
SWS	4	2	2
Termine	Montags 12:00 - 14:00 - Takustr. 9, SR005 Mittwochs 10:00 - 12:00 - Arnimallee 3, HS001	Dienstags, Takustr. 9 Gruppe 1, SR 049 10:00-12:00 bis 30. 11. 10 8:00-10:00 ab 7. 12. 10 Gruppe 2, SR 053 - 12:00-14:00 Gruppe 3, SR 049 - 16:00-18:00	16.2. - 28.2. 2011
Betreuer	Martin Vingron Roland Krause Matthias Winkelmann

Aktuelles

4. Januar Eine erste Version des Skripts ist nun online.

Frohe Weihnachten! In Aufgabe 32 des 9. Zettels (SBH) wurde noch ein Fehler gefunden und korrigiert.

21. Oktober: Eine LaTeX-Vorlage für Übungszettel gibts es hier:latex.tex, Eingebundener Beispielgraph. Die fertige PDF-Datei: latex.pdf

20. Oktober: Die Einteilung in die Übungsgruppen kann in dieser Kontrolliste eingesehen werden.

10. Februar: Die Hauptklausur wird am 16.2. im Großen Hörsaal in der Takustr. 9 über 90 Minuten geschrieben. Die Vorbesprechung des Praktikums findet am selben Tag um 16 Uhr (s.t.) in der Takustr. 9, SR005 statt.

PraktikumDie Aufgaben zum Praktikum sind online.

Übungsgruppen

Teilnehmer können sich Gruppen von zwei bis drei Personen bilden, die ein Übungsblatt gemeinsam bearbeiten und abgeben.
Bei Abgabe der alten Übungsblätter bitte deutlich die Nummer der Übungsgruppe und die Namen der Gruppenmitglieder kennzeichnen.

Jeder Teilnehmer der Gruppe sollte jede Aufgabe verstanden haben und vortragen können. Der Bearbeiter einer Teilaufgabe ist anzugeben.

Übungstermine

Es gibt eine feste Zuordnungen jeder Übungsgruppen zu einem der Termine. Zur ersten Übung wird eine Liste herumgehen, in die die Gruppe den bevorzugten Termin einträgt. Unter Berücksichtigung der Wünsche wird dann eine verbindliche Aufteilung vorgenommen.

Beurteilung der Übungen

Alle Übungen müssen abgegeben werden und 75% jeder Aufgabe müssen bearbeitet werden. Montags in der Vorlesung werden die aktuellen Übungsblätter eingesammelt.
Die Ausgabe erfolgt in den Übungen. Jeder Teilnehmer muss während des Semesters mindestens eine Aufgabe an der Tafel erfolgreich vorrechnen oder erklären.

Praktikum

Die Teilnahme am Praktikum ist obligatorischer Bestandteil der Übungen. Es findet vvom 16. bis zum 28. Februar 2011 statt. Jede Praktikumsgruppe erstellt einen Bericht und präsentiert die Ergebnisse.

Gesamtbenotung

Die Abschlussklausur geht zu 76% in die Note ein, die drei Zwischenklausuren zu je 8%.

Literatur

Durbin, Eddy, Krogh, Graeme: Biological sequence analysis - Probabilistic models of proteins and nucleic acids. Cambridge University Press
Die Standardreferenz, umfasst die Sequenzbioinformatik, ist aber knapp gehalten. Es existiert ein empfehlenswertes Übungsbuch.
Haubold, Wiehe: Introduction to Computational Biology - An evolutionary approach. Birkhäuser.
Eine Einführung mit Fokus auf Phylogenie. Mehr Erklärungen als bei Durbin et al.
Deonier, Tavare, Waterman: Computational Genome Analysis. Springer Science and Business Media, Inc.
Ein umfassendes Lehrbuch für die Sequenzbioinformatik mit Beispielen und einer Einführung in R. Wendet sich eher an Informatiker und Physiker.
Zvelebil, Baum: Understanding Bioinformatics. Garland Science
Ein ausführliches Lehrbuch, bebildert und mit vielen Beispielen. Umfasst den gesamten Vorlesungsstoff, teilweise aber nicht in der nötigen Tiefe.
Mount: Bioinformatics. Sequence and Genome Analysis. Cold Spring Harbor Press.
Ein Lehrbuch, das sich vornehmlich an Biologen wendet. Umfasst die Sequenzbiologie und die Strukturbiologie.
Skript von Knut Reinert

Zeitplan

Der Zeitplan ist auch bei google calendar verfügbar: iCal html

Datum	Termin	Thema	Dozent	Bemerkung
Terminplan
18.10.	Vorlesung	Einführung	Martin Vingron
19.10. (10-14 Uhr)	Übungen	Vorbesprechung und Einführung in Python Ausgabe Übung 1	Roland Krause	Für alle Teilnehmer
20.10.10	Vorlesung	Phylogenie 1: Bäume, Aufzählung möglicher Bäume; Parsimonie; Algorithmen: Komplexität, P vs NP, Heuristiken, Entwurfsmuster wie dynamische Programmierung. branch and bound; Approximationsalgorithmen	Martin Vingron
25.10.10	Vorlesung	Phylogenie 2: Metriken, Ultrametrik, additive M., Clustering, Fitch-Margoliash, Neighbor Joining	Martin Vingron	Material
26.10.10	Übung	Besprechung Übung 1: Wiederholungen zu Algorithmen und Datenstrukturen Ausgabe Übung 2 Phylogenie 1	Roland Krause
27.10.20	Vorlesung	Phylogenie 3: Markovmodelle für Evolution, Jukes-Cantor, Maximum Likelihood Bäume, Dayhoff matrix, Log-odds scores	Martin Vingron
1.11.10	Vorlesung	Phylogenie und Alignment: Wiederholung multiples Alignment, Hierachische Alignment, verallgemeinertes phylogenetisches Alignment; Konservierungsmase in genomischen Alignment	Martin Vingron
2.11.10	Übung	Besprechung Übung 2: Phylogenie 1 Ausgabe Übung 3: Phylogenie 2	Roland Krause
3.11.10	Vorlesung	Homologe, Paraloge, Orthologe	Roland Krause
8.11.10	Vorlesung	HMM 1: Bayes' Regel, Viterbi, Forward-Backward. Segmentierung.
9.11.10	Übung	AusgabeÜbung 4: Phylogenie 3/HMM 1	Roland Krause
10.11.10	Vorlesung	HMM 2: Profil-HMMs, Databanksuche	Martin Vingron	Material
15.11.10	Vorlesung	Alignment-Statistik
16.11.10	Übung	Ausgabe Übung 5	Roland Krause
17.11.10	Vorlesung	Promoteren und Gen Regulation	Martin Vingron
22.11.10	Vorlesung	Motiv-Suche: Gibbs sampler, diskrete Methoden, overrepresentation analysis	Martin Vingron	Material
23.11.10	Übung	AusgabeÜbung 6	Roland Krause
24.11.10	Vorlesung	Zwischenklausur 1. Genstrukturen: Erkennung in bacteriellen, eukaryotischen G., Codonpräferenzen; Splicing	Martin Vingron	Material
29.11.10	Vorlesung	RNA 1: Definition der Sekundärstruktur; Algorithmen von Nussinov und Zuker	Martin Vingron
30.11.10	Übung	Ausgabe Übung 7: RNA	Roland Krause
1.12.10	Vorlesung	RNA 2: tRNAs; kleine RNAs; miRNA target prediction; Struktursuche, importance of matching structure rather than sequence, korrelierte Mutationen
6.12.10	Vorlesung	Physikalische Kartierung von Genomen: Interval Graphen, STS mapping, Hamming TSP, Approximation
7.12.10, 8 Uhr	Übung	Ausgabe Übung 8: Sequenzierung 1	Matthias Winkelmann
8.12.10	Vorlesung	Sequenzierung: Sanger, base calling, assembly, NGS, read mapping
13.12.10	Vorlesung	Assemblierung: classical (TSP, repeat treatment) and de Bruijn graph based
14.12.10	Übung	Ausgabe Übung 9: Sequenzierung 2	Matthias Winkelmann
15.12.10	Vorlesung	Genomabdeckung (coverage): Poisson-Prozess und Lander-Waterman-Formel
3.1.11	Vorlesung	Gen-Expression 1: Microarrays; RNA-seq; Normalisierung; Differentielle Genes
4.1.1	Übung	Ausgabe Übung 10: Microarrays	Roland Krause/Matthias Winkelmann
5.1.11	Vorlesung	Zwischenklausur 2		Ergebnisse
10.1.11	Vorlesung	Gen-Expression 3
11.1.11	Übung	Besprechung Übung 10 Ausgabe Übung 11: Clustering	Matthias Winkelmann
12.1.11	Vorlesung	Funktionelle Annotation: Gene ontology, Gene Set Enrichment Analysis
17.1.11	Vorlesung	Protein-Struktur 1: Grundlangen; Sekundärstruktur- und Vorhersage, Definitionen, Ramachandran plot, Visualisierung, Transmembran-Proteine (HMMs), Konservierung, Sequenzähnlickeit und Struktur
18.1.11	Übung	Ausgabe Übung 12: Struktur-Biologie 1	Matthias Winkelmann
19.1.11	Vorlesung	Protein-Struktur 2: 3D structures, homology modelling, threading, energy, potentials, mol dyn, side chain placement, euclidian vs. inner coordinates
24.1.11	Vorlesung	Protein-Struktur 3	Martin Vingron	MD1, MD2, MD Einführung
25.1.11	Übung	Ausgabe Übung 13: Struktur-Biologie 2	Matthias Winkelmann
26.1.11	Vorlesung	Zwischenklausur 3 Validierung: FP, FN, sens-spec, ROC, AUC, training/test/crossval, Brenner-Chothia, CASP, gene recognition, assembly (N50), docking	Ergebnisse
31.1.11	Vorlesung	Genomic logic: graphs to represent interactions (PPIs, regulation), guilt by association, phylogenetic profiles, function prediction by fusions and gene neighborhood	Roland Krause
1.2.11	Übung	Ausgabe Übung 14: Protein-Protein Interaktionen	Matthias Winkelmann
2.2.11	Vorlesung	Proteomics 1	Tim Conrad
7.2.11	Vorlesung	Proteomics 2	Tim Conrad
8.2.11	Übung	Besprechung Übung 14	Matthias Winkelmann
9.2.11	Vorlesung	Anwendungen von Bioinformatik in Pharma und Biotech	Roland Krause
16.2.11	Vorlesung	12:00 Klausur. Großer Hö:rsaal, Takustr. 9
16.2.11	Praktikum	16:00 s.t.(!) Praktikumsvorbesprechung
16.2.11 25.2.11	Praktikum
28.2.11	Praktikum	Präsentationen, Abschlussbesprechung Klausur

Aktualisiert am 10. Februar 2011