Detail předmětu
Systems Biology
MPA-SYS FEKT MPA-SYS Ak. rok 2026/2027 letní semestr 5 kreditů
Předmět je orientován na získání znalostí o metodách systémové biologie, tvorbě modelů buněčných organismů a možnostech jejich využití. Zaměřuje se na studium výpočetních metod popisu chování živých organismů na molekulární úrovni využitelných v buněčné biologii, biochemii a biotechnologii.
Uvažované modely jsou reprezentovány rozsáhlými síťovými grafy. Důraz je kladen na metody analýzy těchto modelů, a to jak analýzu statickou, tak analýzu dynamickou. Z dynamických analýz se potom zaměřuje jak na kvantitativní analýzu pomocí ODE modelů, tak kvalitativní pomocí booleovských modelů. Je postupováno podle konceptu hierarchie funkčních vrstev buňky, přičemž jsou prezentovány všechny vrstvy od genových regulačních sítí, přes signální dráhy až po metabolické sítě. Tyto modely jsou ilustrovány na systémech konkrétních organizmů, převážně jednobuněčných.
Garant předmětu
Jazyk výuky
Zakončení
Rozsah
- 26 hod. přednášky
- 26 hod. pc laboratoře
- 40 hod. projekty
Zajišťuje ústav
Cíle předmětu
Cílem předmětu je poskytnout studujícím základní orientaci v oblasti využití počítačových modelů v buněčné biologii a způsobu jejich využití a zvládnutí metod analýzy modelů pro systémovou biologii.
Absolvent předmětu je schopen:
- matematicky popsat hlavní komponenty genové exprese
- matematicky popsat hlavní komponenty signálních drah
- analyzovat síťové grafy pomocí síťových motivů
- vyjmenovat hlavní síťové motivy transkripčních sítí a sítí signálních drah
- vysvětlit funkci hlavních síťových motivů transkripčních sítí a signálních drah
- popsat experimentální metody v systémové biologii a hlavní modelové organismy
- odvodit model a odhadnout jeho parametry z experimentálních dat
- využít k funkční anotaci genovou ontologii
Požadované prerekvizitní znalosti a dovednosti
Jsou vyžadovány základní znalosti z biologie (především popis buňky, centrální dogma molekulární biologie) a matematiky (především diferenciální rovnice, rozdělení pravděpodobnosti náhodných veličin, kombinatorika).
Osnova přednášek
1. Úvod do systémové biologie
2. Laboratorní techniky
3. Modelové organismy, biologické sítě a dráhy
4. Základy dynamické analýzy spojitých modelů
5. Kinetika enzymů
6. Regulace transkripce
7. Predikce síťových motivů, autoregulační motiv
8. Síťový motiv FFL
9. Další motivy v sítích
10. Odvození genových regulačních sítí
11. Odhad parametrů
12. Genová ontologie
13. Prezentace projektů
Osnova počítačových cvičení
1. Úvod do systémové biologie
2. Databáze pro systémovou biologii
3. Teorie grafů, datové formáty, Cytoscape
4. Dynamická analýza (Copasi)
5. Kinetika enzymů, Michaelis-Menten
6. Regulace transkripce
7. Predikce síťových motivů
8. Statická a dynamická analýza motivu FFL
9. Cell Collective I, přidělení projektů
10. Cell Collective II, brífink a konzultace k projektu
11. Cell Collective III, brífink a konzultace k projektu
12. Cell Collective IV, brífink a konzultace k projektu
13. Konzultace, náhrada zameškaných cvičení
Osnova ostatní - projekty, práce
Práce na skupinovém projektu (1-3 členné skupiny).
Průběžná kontrola studia
Kritéria pro získání zápočtu:
- získat celkem alespoň 20 bodů ze všech bodovaných aktivit semestru
- splnit alespoň 7 z 8 průběžných bodovaných aktivit (tj. protokolů z počítačových cvičení) (max. 16 bodů)
- vypracovat a obhájit projekt (max. 24 bodů)
Cvičení jsou povinná, jedna absence je povolena. Další absence je možná pouze ze zdravotních důvodů, ihned omluvená (potvrzením od lékaře). Náhrada za nesplněná cvičení je možná v posledním týdnu semestru. K ústní závěrečné zkoušce se mohou přihlásit pouze studenti se zápočtem.
Pro úspěšné absolvování kurzu je nutné získat alespoň 30 bodů ze závěrečné zkoušky. Konečné skóre je určeno z bodů získaných během semestru (max. 40 bodů) a ze závěrečné zkoušky (max. 60 bodů).
Zařazení předmětu ve studijních plánech