Школа для молодых учёных

Куратор:

Евгений Сергеевич Герасимов: к.б.н., с.н.с. биологического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Область научных интересов: алгоритмы поиска и аннотации белок-кодирующих последовательностей в геноме, сборка геномов, разработка программного обеспечения по улучшению качества сборки. 

---

Предварительная программа

1. Сборки растительных геномов: основные подходы, особенности поиска генов в растительных объектах. Лекция будет посвящена задаче сборки генома de novo. В ней будет рассказано об алгоритмических подходах к сборке генома, рассмотрены некоторые конкретные реализации в виде популярных программ-сборщиков. Растительные геномы имеют ряд специфических особенностей, усложняющих процесс сборки. Мы рассмотрим эти особенности и способы избежать проблем. Также будут рассмотрены методы скаффолдинга и улучшения качества сборки с использованием разных экспериментальных методов.

/ Герасимов Евгений Сергеевич /

2. Картирование чтений, variant calling (поиск замен). Задача картирования чтений, основного продукта методов NGS, на референсный геном – базовая задача в большинстве анализов. Мы разберемся с принципами работы программ-картировщиков (STAR, bowtie2, BWA и других), а также увидим основные форматы данных, связанные с данной стадией работы. Одна из частых задач в геномике – анализ нуклеотидных замен. Мы рассмотрим способы поиска замен (GATK, samtools), особенности фильтрации данных.

/ Герасимов Евгений Сергеевич /

3. Аннотация генома органеллы или фрагмента ядерного генома и SNP-calling. Мы рассмотрим проблему автоматизации поиска (аннотации) белок-кодирующих последовательностей в геноме. Основное внимание будет уделяться современным методам аннотации ab initio, использующим принципы машинного обучения в сочетании с подсказками из экспериментальных данных. Мы также рассмотрим альтернативные подходы, основанные на переносе аннотации по гомологии с известными видами, коснемся вопросов синтении, геномных дупликаций и особенностей эволюции растительных генов.

/ Герасимов Евгений Сергеевич /

4. Phytozome: обзор базы данных по геномам. Качество аннотации и сборки. Phytozome – один из основных агрегаторов информации по геномным сборкам растений, где находятся данные о нескольких десятках геномов. Посмотрим, какую еще информацию можно там найти, а также поговорим качестве сборки и аннотации геномов в целом.

/ Герасимов Евгений Сергеевич /

---

АНКЕТА - ГЕНОМИКА

---

наверх  

Куратор:

Александр Анатольевич Ткаченко: преподаватель института биоинформатики Санкт-Петербургского государственного университета, Университет ИТМО

Область научных интересов: секвенирование РНК, single-cell RNA-seq, регуляция транскрипции, машинное обучение  

---

Предварительная программа 

1. Транскриптомное секвенирование: обзор технологий, специфика применения у растений. Будет сделан обзор подходов к секвенированию РНК у растений, этапов пробоподготовки и анализа данных для bulk RNAseq и single-cell RNAseq.

/ Ткаченко Александр Анатольевич /

2. Обработка результатов секвенирования РНК. Подсчёт уровня экспрессии генов, выявление дифференциально экспрессирующихся генов, анализ метаболических путей. Будут рассмотрены все этапы анализа данных секвенирования РНК, начиная с результатов секвенирования. Будет проведен анализ экспрессии генов, поиск дифференциально экспрессирующихся генов, анализ сетей регуляции генов и функционального обогащения среди дифференциально экспрессирующихся генов.

/ Ткаченко Александр Анатольевич /

3. Секвенирование РНК на уровне одиночных клеток: предобработка данных, анализ и визуализация результатов, анализ траекторий развития клеток. Будут рассмотрены методы создания матриц экспрессии генов для одиночных клеток, снижения размерности, визуализации и кластеризации клеток, поиска дифференциально экспрессирующихся генов и генов, маркирующих кластеры клеток. Будет рассмотрен анализ сетей регуляции генов и траекторий развития клеток.

/ Ткаченко Александр Анатольевич / 

---

АНКЕТА - ТРАНСКРИПТОМИКА

---

наверх  

Куратор:

Ирина Васильевна Голденкова-Павлова: д.б.н., доцент, руководитель группы функциональной геномики института физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН

Область научных интересов: регуляторные коды, компьютерные алгоритмы, эффективность экспрессии, дизайн векторов экспрессии для оптимальной и эффективной экспрессии гетерологичных генов в растительных системах, филогенетический анализ

---

Преподаватели:

Елена Викторовна Дейнеко: д.б.н., профессор, зав. лабораторией биоинженерии растений института цитологии и генетики СО РАН

Область научных интересов: генетическая модификация растений с применением методов генетической инженерии и геномного редактирования, культуры клеток растений, биосинтез рекомбинантных белков

Наталья Владиславовна Пермякова: к.б.н., научный сотрудник лаборатории биоинженерии растений института цитологии и генетики СО РАН

Область научных интересов: генетическая инженерия растений, геномное редактирование, культуры клеток растений, биосинтез рекомбинантных белков

Ольга Сергеевна Павленко: научный сотрудник группы функциональной геномики института физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН

Область научных интересов: транскриптомный анализ, клонирование генов, дизайн векторов экспрессии

---

Предварительная программа 

1. «Геномное редактирование в зеленой биологии: современное состояние, преимущества и ограничения». Будут рассмотрены вопросы применения генетического инструментария CRISPR/Cas9 для редактирования геномов растений: будет сделан обзор современного состояния исследований, сделан акцент на особенностях применения метода, рассмотрены варианты knock-out и knock-in. Будут рассмотрены проблемы и перспективы редактирования соматических клеток растений in vitro для биотехнологии.

/ Елена Викторовна Дейнеко /

2. «Тонкая настройка экспрессии гена для дизайна нового поколения трансгенов» В докладе будут рассмотрены современные подходы к обеспечению эффективной экспрессии гетерологичных генов в растениях на всех этапах реализации генетической информации: транскрипции, трансляции, и стабильности белкового продукта переносимого гена, каждый из которых может стать лимитирующим звеном его эффективной экспрессии. Особое внимание будет уделено дизайну нового поколения трансгенов, которые будут эффективно экспрессироваться в нормальных условиях жизнедеятельности растений или в условиях действия абиотических факторов, а также экспериментальным и вычислительным подходам для поиска, анализа и экспериментальной верификации новых эффективных регуляторных последовательностей для конкретных целей исследований.

/ Ирина Васильевна Голденкова-Павлова /

3. «Этапы геномного редактирования растений с применением CRISPR/Cas9 на практике». Будут рассмотрены все этапы подбора инструментария для геномного редактирования с применением CRISPR/Cas9.

/ Наталья Владиславовна Пермякова /

4. «Дизайн векторных конструкций для эффективной экспрессии генов в растениях». Будет проведено ознакомление c инструментальными платформами для комплексной, комбинаторной или много-фрагментной сборки векторных конструкций в любой вектор в одностадийной реакции. На конкретных примерах будут рассмотрены on-line ресурсы, с помощью которых можно провести in silico модификацию последовательностей регуляторных элементов и целевых генов для их эффективной экспрессии в растительных клетках, и составить оптимальную схему для дизайна векторных конструкций.

/ Ольга Сергеевна Павленко и Ирина Васильевна Голденкова-Павлова /

---

АНКЕТА - ТРАНСГЕНЫ

---

наверх  

Куратор:

Андрей Александрович Фролов: к.х.н., доцент кафедры биохимии биологического факультета Санкт-Петербургского государственного университета, лаборатория функциональной геномики

Область научных интересов: протеомика человека, растений, микроорганизмов и растительно-микробных взаимодействий, пост-трансляционные модификации, гликопротеомика.

---

Преподаватели:

Дарья Владимировна Васина: к.б.н., научный сотрудник института биохимии им. А.Н. Баха ФИЦ Биотехнологии РАН и национального исследовательского центра эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф.Гамалеи Министерства здравоохранения РФ

Область научных интересов: протеомика (включая секретомику) базидиальных грибов и микроорганизмов, изучение лигнолитического и целлюлолитического ферментных комплексов грибов-возбудителей белой гнили древесины, а также механизмов её деструкции

Александр Александрович Царев: сотрудник кафедры биохимии, Санкт-Петербургского государственного университета

Область научных интересов: протеомика пост-трансляционных модификаций, механизмы неэнзиматических модификаций белков

Елена Михайловна Лукашева: м.н.с. кафедры биохимии, Санкт-Петербургского государственного университета

Область научных интересов: протеомный анализ растений.

---

Предварительная программа

1. «Методические подходы в современной протеомике». Будут освещены основные подходы протеомики, bottom-up стратегии, основанные на разделении в полиакриламидном геле (ПААГ) и с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ), в контексте наиболее распространенных. Будет рассмотрено применение масс-спектрометрии в протеомике: определение последовательности протеолитических пептидов по тандемным масс-спектрам (секвенирование de novo) и анализ пост-трансляционных модификаций по тандемным масс-спектрам. Будут разобраны алгоритмы идентификации белков (Andromeda, Sequest, Mascot) и проведен обзор баз данных последовательностей.

/ Дарья Владимировна Васина /  

2. «Количественная протеомика». Будут рассмотрены количественные стратегии протеомики, используемые в анализе экспрессии: методы без использования метки (техника label-free quantification), а также методы, основанные на химическом и метаболическом мечении (isobaric tags for relative and absolute quantification, iTRAQ) с учетом особенностей интерпретации данных. Решения на уровне программного обеспечения – MaxQuant, Progenesis, статистическая обработка и пост-процессинг.

/ Андрей Александрович Фролов / 

3. «Анализ протеомных данных» На конкретных примерах будет рассмотрен анализ хромато-масс-спектрометрических протеомных данных: процессинг (аннотация белков и пост-трансляционных модификаций – программное обеспечение MaxQuant) и пост-процессинг – статистическая обработка (программное обеспечение Perseus), функциональная аннотация (на платформе Mercator и MapMan) и предсказание локализации. Для анализа будут использованы данные, полученные как в присутствии, так и в отсутствии изотопной метки. Предполагается выполнение самостоятельных задач под руководством преподавателей и ассистентов.

/ Андрей Александрович Фролов, Елена Михайловна Лукашева и Александр Александрович Царев / 

4. «Интеграция данных протеомного и метаболомного анализов». На конкретных примерах будет показано совместное представление данных протеомики и метаболомики для характеристики метаболизма растений. Предполагается выполнение самостоятельных задач под руководством преподавателей и ассистентов.

/ Андрей Александрович Фролов, Елена Михайловна Лукашева и Александр Александрович Царев /

---

АНКЕТА - ПРОТЕОМИКА

---

наверх  

Куратор:

Татьяна Евгеньевна Билова: к.б.н., ассистент  кафедры физиологии и биохимии растений биологического факультета Санкт-Петербургского государственного университета, лаборатория функциональной геномики.

Область научных интересов: метаболомика и протеомика растений, гликирование растительных белков, активные формы кислорода, окислительный стресс, рост растяжением клеток растений, метаболом и протеом апопласта, фитогормоны. 

---

Преподаватели:

Андрей Александрович Фролов: к.х.н., доцент каф. биохимии биологического факультета Санкт-Петербургского государственного университета, лаборатория функциональной геномики.

Область научных интересов: протеомика человека, растений, микроорганизмов и растительно-микробных взаимодействий, пост-трансляционные модификации, а также роль метаболома в их формировании, гликопротеомика.

Вероника Валерьевна Чанцева: сотрудник кафедры биохимии биологического факультета Санкт-Петербургского государственного университета, лаборатория функциональной геномики

Область научных интересов: клиностатирование, микрогравитация, прорастание семян, метаболомика и протеомика растений, гликоокисление белков. 

Ксения Матвеевна Бурейко: сотрудник лаборатории функциональной геномики Санкт-Петербургского государственного университета

Область научных интересов: биоинформатика, машинное обучение, метаболомный анализ. 

---

Предварительная программа

1. «Введение в метаболомику растений. Инструментальные платформы для реализации метаболомного анализа». В лекции будут рассмотрены ключевые понятия, задачи и «пробелы» метаболомики, история ее возникновения, а также вопросы целевого и нецелевого метаболомного анализа. Будет рассказано об инструментальных платформах для реализации метаболомного анализа: метаболомика на основе методов предварительного хроматографического разделения аналитов (газовая и жидкостная хромато-масс-спектрометрии); принцип ортогонального разделения аналитов; тандемная масс-спектрометрия; результат-зависимый (DDA, data-dependent acquisition) и результат-независимый (DIA, data-independent acquisition) режимы регистрации тандемных масс спектров (МС/МС); применение МАЛДИ (матрично-активированная лазерная десорбция/ионизация) масс-спектрометрии в метаболомном анализе. На конкретных примерах будет проведен разбор хроматограмм ГХ-МС-экспериментов и алгоритмов создания пользовательских библиотек метаболитов.

/ Фролов Андрей Александрович /  

2. «Знакомство с комплексом программного обеспечения для обработки результатов ГХ-МС и ВЭЖХ-MС/МС экспериментов и извлечения полезной информации из массива полученных данных». ГХ-МС: Качественный анализ полученных хроматограмм и масс-спектрометрической информации. Знакомство с аналитическими программами AMDIS, MSDial, Xcalibur, LCquan и основными форматами файлов с первичной хромато-масс-спектрометрической информацией. Способы конвертации файлов. Деконволюция масс-спектров. Распознавание пиков аналитов, выравнивание хроматограмм по временам удерживания. Использование смеси алканов для установки индекса удерживания. Нецелевой и целевой анализ. Метаболический фингерпринтинг. Использование библиотек масс-спектров NIST(National Institute of Standards and Technology) и GMD (Golm metabolome database) для идентификации метаболитов. Критерии надежности автоматической идентификации аналитов. Анализ хроматограмм стандартов и составление библиотеки стандартов. Абсолютный и относительный количественный анализ. Количественные характеристики аналитов. Использование внутреннего стандарта. Метод внешней стандартизации и метод добавок стандарта. Метаболитная количественная матрица (FQM, feature quantification matrix). Статистическая обработка данных с помощью программы Metaboanalyst. ВЭЖХ-MС/МС: Качественный анализ полученных хроматограмм и масс-спектрометрической информации на платформе программы MSDial. SWATH-MS (Sequential Windowed Acquisition of All Theoretical Fragment Ion Mass Spectra) подход в результат-независимом (DIA, data-independent acquisition) режиме записи МС/МС спектров. Принципы идентификации метаболитов. MSP формат библиотеки МС/МС спектров. Знакомство с программой MetFamily для аннотации аналитов к химическим классам. Знакомство с он-лайн платформой XCMS для анализа ГХ-МС и ВЭЖХ-MС/МС данных.

/ Татьяна Евгеньевна Билова, Вероника Валерьевна Чанцева и Ксения Матвеевна Бурейко / 

---

АНКЕТА - МЕТАБОЛОМИКА

---

наверх  

Куратор:

Полина Владимировна Микшина: к.б.н., зав. лаб. гликобиологии растений Казанского института биохимии и биофизики ФИЦ КазНЦ РАН

Область научных интересов: гликобиология, растительная клеточная стенка, углевод-углеводные взаимодействия, структура и свойства растительных углеводов, установление взаимосвязи между строением и свойствами полисахаридов и их функциями в растениях.

---

Преподаватели:

Филипп Владимирович Тоукач: к.х.н., доцент, с.н.с. лаборатории химии углеводов института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН.

Область научных интересов: гликоинформатика, углеводные базы данных, углеводная филогенетика. Предсказания структуры углеводов по данным ЯМР и спектров по структуре. Недеструктивное установление строения природных углеводов и гликоконъюгатов. Моделирование пространственной структуры углеводов. Web-сайт: http://toukach.ru/rus/nmr.htm  

Даниил Геннадиевич Наумов: к.б.н., старший научный сотрудник лаборатории микробиологии болотных экосистем института микробиологии им. С.Н. Виноградского ФИЦ Биотехнологии РАН.

Область научных интересов: гликозил-гидролазы, классификации белков, эволюция белков, молекулярная филогения, аннотация геномов.

Ольга Николаевна Макшакова: к.б.н., с.н.с. лаборатории биофизической химии наносистем Казанского института биохимии и биофизики ФИЦ КазНЦ РАН.

Область научных интересов: структурная гликобиология. Многомасштабное моделирование белок-углеводных комплексов. Связь структура-функция: белок-лигандное распознавание и молекулярные механизмы аллостерии. Конформационные переходы при взаимодействии белков и сложных углеводов. ИК-спектроскопия в сочетании с мультивариационным анализом для установления структурных мотивов полисахаридов в многокомпонентных системах.

Ксения Сергеевна Егорова: к.б.н., старший научный сотрудник лаборатории металлокомплексных и наноразмерных катализаторов института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН

Область научных интересов: углеводные базы данных, биологическая активность ионных жидкостей, токсичность тяжелых металлов.

Иван Юрьевич Чернышов: студент высшего химического колледжа РАН и лаборатории химии углеводов института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН

Область научных интересов: хемоинформатика, гликоинформатика, структурные базы данных, расчётная химия.

---

Предварительная программа 

«Углеводные базы данных». Будут представлены существующие углеводные базы данных, а также сделан обзор проблем формального описания углеводов (языки, визуализация и т.д.). Особый акцент будет сделан на Carbohydrate Structure Database (CSDB), максимально покрывающую на сегодня данные по углеводным структурам и позволяющую проводить поиск информации по структуре, таксономии и библиографии углеводов и предсказывать спектры первичной и пространственной структуры биогликанов.

/ Тоукач Филипп Владимирович /

«Базы данных активностей гликозилтрансфераз в исследованиях углеводов». Будут рассмотрены гликозилтрансферазы и их функции в синтезе природных углеводов; обрисовано применение гликозилтрансфераз в современных фундаментальных и прикладных исследованиях; дан обзор современных баз данных по активностям гликозилтрансфераз (какую информацию содержат, что позволяют делать пользователю и т.п.), охарактеризованы существующие пробелы в области и возможные способы их устранения.

/ Егорова Ксения Сергеевна /

 «Структура, эволюция и классификация гликозил-гидролаз». Будут представлены данные о разнообразии гликозил-гидролаз, их сложной доменной структуре и эволюционных связях между представителями разных семейств. Будет рассмотрена база данных CAZy и иерархическая классификация гликозил-гидролаз, разработанная на её основе. Будет обсуждаться вопрос о соответствии семейств из CAZy и других классификаций белков (PFAM, COG, SCOP и т.д.). Будет затронут вопрос о поиске и классификации дальних гомологов гликозил-гидролаз, представляющих новые белковые семейства.

/ Наумов Даниил Геннадиевич /

«Структурные исследования углеводов с помощью спектроскопии ЯМР». Будет сделан обзор современных методов спектроскопии ЯМР в применении к установлению первичной структуры гликополимеров. Будут рассмотрены 10-15 наиболее востребованных экспериментов одномерного и двумерного ЯМР (COSY, TOCSY, ROESY, HSQC, HMBC и др. на ядрах ¹H, ¹³C, ³¹P), с особым упором на интерпретацию спектров и визуализацию процесса их отнесения. На отдельных углеводных примерах будет проведен подробный разбор установления их строения (мономерный состав, аномерные и абсолютные конфигурации остатков, позиции образования связей, последовательность остатков, модификации остатков и их стехиометрия) с применением нескольких разнородных спектров ЯМР. Будет приведена краткая информация о предсказании спектров по структуре и наоборот.

/ Тоукач Филипп Владимирович /

«Переход от символической записи углеводов к атомным координатам». Будут представлены основы создания координат углеводов, области и варианты их использования.

/ Чернышов Иван Юрьевич /

 «Гликолипидные мембраны: модельные подходы к описанию реалистичных систем» Будут рассмотрены взаимодействия белков с гликолипидами и гликоконьюгатами, представлено моделирование мембран в All-atom и CoarseGrained приближении, а также спонтанное и индуцированное белком формирование динамических липидных нанодоменов (на примере гликозилтрансферазы из хлоропласта). Будет представлено использование on-line сервисов для построения многокомпонентных гликолипидных мембран с рандомным распределением. Будет продемонстрирован процесс создания стартового комплекса мембрана-белок для молекулярной динамики: ориентирование белка на поверхности используя on-line сервисы и молекулярный докинг.

/ Макшакова Ольга Николаевна /

---

АНКЕТА - ГЛИКОИНФОРМАТИКА

---

наверх