Las competencias que debe adquirir el alumno tras cursar esta asignatura son:



1.- Estar familiarizado con el manejo de ordenadores, sistemas operativos, Internet y las tecnologías de información y comunicación (TIC).



2.- Ser capaz de manejar las diversas bases de datos moleculares tanto para introducir datos como para extraer información de forma rápida y eficaz.



3.- Ser capaz de analizar secuencias de proteínas o de ácidos nucleicos para extraer de ellas la máxima cantidad de información posible.



4.- Ser capaz de comparar secuencias para establecer relaciones de homología y para identificar patrones, motivos y dominios conservados.



5.- Ser capaz de obtener estructuras tridimensionales de macromoléculas y de visualizarlas con los programas adecuados para comprender mejor las relaciones estructura-función.



6.- Ser capaz de utilizar herramientas de predicción (estructural o funcional) y de evaluar críticamente los resultados obtenidos.



7.- Ser capaz de comunicar aspectos fundamentales de su actividad profesional a otros profesionales de su área, o de áreas afines, y a un público no especializado.

1.- CONTENIDO TEÓRICO



Se dedicarán treinta clases de 50 minutos a explicar el siguiente temario:



PARTE I - INTRODUCCIÓN



Tema 1.- Introducción. Definición de Bioinformática. Internet. Teoría de la información.



Tema 2.- Secuencias biológicas. Modelos matemáticos de secuencias biológicas.



PARTE II - DETERMINACIÓN DE SECUENCIAS



Tema 3.- Secuenciación de ácidos nucleicos (ADN y ARN).



Tema 4.- Secuenciación de genomas. El proyecto Genoma Humano. Genómica. Exploradores genómicos.



Tema 5.- Análisis de la expresión génica. Secuenciación de EST. Chips de ADN. Transcriptómica.



Tema 6.- Secuenciación de proteínas. Proteómica.



PARTE III - BASES DE DATOS PRIMARIAS Y ANOTACIÓN DE SECUENCIAS



Tema 7.- Introducción a las bases de datos. Bases de datos primarias: GenBank-ENA-DDBJ, EST, UNIPROT-KB. Estructura de los registros. Tabla de características. Estrategias de búsqueda.



Tema 8.- Anotación de secuencias de nucleótidos. Formatos de secuencia. Localización de genes. Localización de elementos reguladores. Localización de secuencias codificantes. Localización de exones. Matrices de puntos (dot plots).



Tema 9.- Anotación de secuencias proteicas. Determinación de sus parámetros físico-químicos. Puntos de corte de proteasas. Lugares de modificación post-traduccional. Secuencias señal. Perfil hidrofóbico y regiones transmembrana. Dominios.



PARTE IV - ANÁLISIS DE SECUENCIAS



Tema 10.- Comparación de secuencias. Secuencias homólogas (ortólogas, parálogas, xenólogas). Tipos de alineamiento. Sistemas de puntuación. Matrices de sustitución (PAM, BLOSUM). Penalizaciones.



Tema 11.- Alineamiento de dos secuencias. El algoritmo de la Fuerza Bruta. Matrices de puntos (dot plots). Algoritmos de programación dinámica. Alineamientos globales (Needleman-Wunsch). Alineamientos locales (Smith-Waterman). Algoritmos heurísticos: FASTA y BLAST.



Tema 12.- La herramienta BLAST del NCBI. Variantes del programa. Análisis de los resultados.



Tema 13.- Alineamiento múltiple de secuencias (AMS). Algoritmos de programación dinámica. Algoritmos heurísticos (progresivos, iterativos y probabilísticos). Edición de alineamientos con los programas Jalview y Boxshade.



Tema 14.- Análisis de los AMS. Motivos locales conservados: motivos, patrones, reglas, huellas dactilares, bloques, perfiles, modelos de Markov ocultos.



Tema 15.- Bases de datos secundarias. PROSITE. Estructura de los registros. PRINTS. Estructura de los registros. PFAM. Estructura de los registros. INTERPRO.



Tema 16.- Análisis filogenéticos.



PARTE V - BIOINFORMÁTICA ESTRUCTURAL



Tema 17.- Determinación de estructuras tridimensionales. Ficheros PDB. El Protein Data Bank. Otras bases de datos estructurales (SCOP y CATH). Programas para la visualización de estructuras 3D.



Tema 18.- Predicción de la estructura secundaria de proteínas y ARN.



Tema 19.- Predicción de la estructura terciaria de proteínas.



Tema 20.- Predicción de interacciones intermoleculares (docking).



2.- PRÁCTICAS DE ORDENADOR



Se dedicarán 8 sesiones (de 2 ó 3 horas) a la realización de ejercicios prácticos:



1.- Bases de datos primarias de secuencias de nucleótidos (GenBank)

2.- Bases de datos primarias de secuencias de proteínas (Uniprot-KB)

3.- Análisis de secuencias de ADN

4.- Análisis de secuencias proteicas

5.- Alineamiento de dos secuencias: dot plots

6.- La herramienta BLAST del NCBI

7.- Alineamiento múltiple de secuencias: PSI-BLAST - Clustal Omega - Jalview

8.- Práctica integrada



3.- PRÁCTICAS DE AULA



Se dedicarán cinco clases de 50 minutos a la resolución de diversos tipos de problemas:



1.- Análisis de secuencias

2.- Matrices de puntuación específicas de la posición (PSSM)

3.- Motivos de Markov ocultos (HMM)

4.- Alineamiento de secuencias mediante algoritmos de programación dinámica

5.- Construcción de árboles filogenéticos



4.- SEMINARIOS



Se contempla la realización de cinco seminarios por alumno. Cada alumno debe hacer un trabajo previo para prepararse un tema. Se trata de un trabajo escrito a mano y de una extensión de, al menos seis páginas (por una cara) que expondrá brevemente en público. Se favorecerá la participación y el debate entre los alumnos. El profesor ejercerá de moderador.



Posibles temas para los seminarios:



Secuenciación de proteínas

Secuenciación de nucleótidos

Matrices para la puntuación de alineamientos

Sistemas de penalización en los alineamientos

Significación estadística de los alineamientos

Bases de datos. Anotación de bases de datos

Algoritmos de programación dinámica

Motivos de Markov ocultos

Clases magistrales (30 horas presenciales y 45 horas no presenciales)



Se imparten en el aula y están basadas en el material docente puesto a disposición del alumno en Internet (http://www.ehu.eus/biofisica/juanma/bioinf/). Se trata, básicamente, de presentaciones en Power Point y ficheros pdf con los contenidos más relevantes de la asignatura. En la página web de la asignatura se han incluido numerosos ejercicios de autoevaluación para que el alumno pueda comprobar si ha conseguido asimilar los contenidos.



Prácticas de aula (5 horas presenciales y 7,5 horas no presenciales)



Se imparten en el aula y consisten en la realización conjunta de problemas relacionados con el temario de la asignatura. Además de los ejercicios realizados en clase, el alumno tiene que hacer por su cuenta otros ejercicios parecidos de forma no presencial. En caso de que sea necesario, el alumno puede hacer uso de las tutorías para aclarar las dudas que pueda tener a la hora de resolver los problemas.



Prácticas de ordenador (20 horas presenciales y 30 horas no presenciales)



Se imparten en el aula de ordenadores y consisten en utilizar los recursos que ofrece Internet para cumplimentar una serie de ejercicios prácticos relacionados con el temario de la asignatura. Como en la sesión presencial no da tiempo a terminar el trabajo, el alumno tiene que terminarlo por su cuenta de forma no presencial. En caso de que sea necesario, el alumno puede hacer uso de las tutorías para aclarar las dudas que pueda tener a la hora de terminar el trabajo.



Seminarios (5 horas presenciales y 7,5 horas no presenciales)



Se imparten en el aula. Para cada seminario, el alumno debe hacer un trabajo previo de documentación sobre el tema propuesto. Se trata de un trabajo escrito a mano y de una extensión de, al menos seis páginas (por una cara) que se expondrá brevemente en público. Se favorecerá la participación y el debate entre los alumnos. El profesor ejercerá de moderador.

La evaluación de la asignatura se hará de forma mixta: una evaluación continua durante el cuatrimestre y una evaluación final por medio de un examen. Se adoptarán los siguientes criterios:



1. Examen final (60%): Cada alumno podrá elegir entre hacer un examen con preguntas a desarrollar o un examen de tipo test, con preguntas de múltiple elección (sin puntos negativos). Este examen también incluirá la resolución de problemas. Para aprobar la asignatura es necesario obtener una nota igual o superior a 5 (sobre 10). En caso contrario, el alumno tendrá que presentarse a la convocatoria extraordinaria. La puntuación obtenida en las demás modalidades docentes se mantendrá para las siguientes convocatorias.



2. Prácticas de ordenador (25%): Se valorará la asistencia (venir no puntúa pero faltar penaliza) y la presentación de los ejercicios correspondientes.



3. Prácticas de aula (10%): Se valorará la asistencia (venir no puntúa pero faltar penaliza) y la presentación de un cuaderno con los problemas resueltos.



4. Seminarios (5%): Se valorará la asistencia (venir no puntúa pero faltar penaliza) y la participación activa de cada alumno en la clase.



Estos criterios podrán modificarse en función de cómo se haya desarrollado el programa de la asignatura a lo largo del curso y cualquier cambio será notificado a los alumnos con anterioridad al examen.



En todo caso el alumnado tendrá derecho a ser evaluado mediante el sistema de evaluación final, independientemente de que haya participado o no en el sistema de evaluación continua. Para ello, el alumnado deberá presentar por escrito al profesorado responsable de la asignatura la renuncia a la evaluación continua, para lo que dispondrán de un plazo de 9 semanas para las asignaturas, a contar desde el comienzo del cuatrimestre o curso respectivamente, de acuerdo con el calendario académico del centro.



En el caso de evaluación continua, el alumnado podrá renunciar a la convocatoria en un plazo que, como mínimo, será hasta un mes antes de la fecha de finalización del período docente de la asignatura correspondiente. Esta renuncia deberá presentarse por escrito ante el profesorado responsable de la asignatura.



La renuncia a la convocatoria supondrá la calificación de no presentado.

Ordenador con conexión a Internet
Contenidos docentes de la página http://www.ehu.eus/biofisica/juanma/bioinf/

Bibliografía básica

1.- Understanding bioinformatics

Marketa Zvelebil y Jeremy O. Baum

Garland Science (2008)



2.- Bioinformatics and Functional Genomics (3rd edition)

Jonathan Pevsner

Wiley Blackwell (2015)



3.- Bioinformatics. Sequence and genome analysis (2nd edition)

David W. Mount

CSHL Press (2004)



4.- Essential bioinformatics

Jin Xiong

Cambridge University Press (2006)



5.- Bioinformatics for dummies (2nd edition)

Jean-Michel Claverie y Cedric Notredame

Wiley Publishing Inc. (2007)



6.- Introduction to Bioinformatics

Anna Tramontano

Chapman & Hall-CRC (2007)

Bibliografía de profundización

1.- Biological sequence analysis. Probabilistic models of proteins and nucleic acids
R. Durbin, S. Eddy, A. Krogh y G. Nitchison
Cambridge University Press (2006)

2.- Introduction to computational genomics
Nello Cristianini y Matthew W. Hahn
Cambridge University Press (2007)

Revistas

Bioinformatics
Database
Nucleic Acid Research (Database issue)