Биологические базы данных. Генные сети и STRING

Современные биологические и медицинские исследования опираются на большое количество открытых баз данных, содержащих информацию о последовательностях, структурах, функциях и взаимодействиях биомолекул. Однако умение находить данные не всегда сопровождается пониманием того, как связать их между собой и интерпретировать в рамках биологических процессов и патологий.
Данный модуль формирует системный подход к работе с биологической информацией. В первой части слушатели знакомятся с основными биомедицинскими базами данных и учатся ориентироваться в их структуре и возможностях. Во второй части модуля вводится концепция генных сетей, их свойства и области применения в биологии и медицине.
Особое внимание уделяется практической работе с базой данных STRING, которая позволяет исследовать и визуализировать взаимодействия между генами и белками. Слушатели учатся искать сетевые взаимодействия, строить простые генные сети и использовать их для интерпретации экспериментальных данных.

Для кого этот модуль

• Студенты-магистры биологических и биомедицинских направлений.
• Аспиранты и молодые учёные, начинающие биоинформатики, работающие с экспериментальными данными.
• Специалисты смежных областей (врачи, фармакологи, селекционеры), желающие освоить биоинформатические ресурсы.
• Пользователи с предметной экспертизой, но ограниченным опытом работы с биологическими базами данных и сетевым анализом.

Что вы получите после прохождения модуля:

• Понимание структуры и назначения ключевых биомедицинских баз данных.
• Навык поиска и интерпретации информации о генах, белках и вариантах.
• Знание теоретических основ генных сетей и областей их применения.
• Умение использовать базу данных STRING для анализа сетевых взаимодействий.
• Практический опыт построения и интерпретации простых генных сетей.
• Способность применять биоинформатические ресурсы для системного анализа данных.

Тема 1. Введение в базы данных в биологии и медицине
Содержание
В данной теме мы познакомимся с ключевыми базами данных и онлайн-сервисами, используемыми для хранения и анализа биологических и медицинских данных. Мы изучим такие базы данных, как NCBI, ClinVar, UniProt и RCSB PDB, а также рассмотрим онлайн-сервисы, такие как AlphaFold3 Server. Поговорим о их применении в биоинформатике, молекулярной биологии и медицинских исследованиях. Эти ресурсы предоставляют доступ к огромному объёму данных и инструментов, что делает их незаменимыми для современных научных исследований.
Самостоятельная работа
Поиск последовательности белка полимеразы μ (Polymerase mu) для человека (homo sapiens), мыши (mus musculus), Atractosteus spatula (Alligator gar, Lepisosteus spatula), Polypterus senegalus (Senegal bichir) и полимеразы X (Polymerase X) вируса африканской чумы свиней (African Swine Fever Virus), выравнивание с помощью инструмента Align внутри базы данных Uniprot.

Тема 2. Генные сети, их свойства и область применения
Содержание
В рамках данной темы будут даны теоретические основы концепции генных сетей, их определение, рассмотрены основные свойства и область применения. Также, будут рассмотрены основные типы данных, на которые опираются исследователи при реконструкции генных сетей и экспериментальные методы для обнаружений взаимодействий между белками (то есть белок-белковые взаимодействия) и взаимодействий по типу белок-ДНК (чаще всего, это регуляторные взаимодействия по типу транскрипционный фактор — промотор гена).
Самостоятельная работа
Интерактивность. Определение и свойства генных сетей. Данные и подходы для их реконструкции. Схема.

Тема 3. Основные подходы для реконструкции генных сетей. Примеры использования
Содержание
Основные принципы системной биологии: редукционизм vs. холизм. Как генные сети помогают понять регуляцию биологических процессов. Виды генных сетей и их роль в исследовании болезней, стрессовых реакций, развития организма. Какие типы данных используются для построения генных сетей. Методы анализа: графовые модели, регуляторные механизмы, белок-белковые взаимодействия. Примеры реальных исследований и их практическое значение.
Самостоятельная работа
Определение и свойства генных сетей. Данные и подходы для их реконструкции. Тест

Тема 4. Знакомство с базой данных String
Содержание
Как устроена база данных STRING: структура и принципы работы. Методы поиска взаимодействий между белками. Реконструкция генных сетей с помощью STRING. Как анализировать данные о белковых комплексах, коэкспрессии и регуляторных связях. Визуализация и интерпретация генных сетей
Самостоятельная работа
Знакомство с основным функционалом базы данных STRING.

Итоговая аттестация