Программа вступительного экзамена в аспирантуру по специальности Математическая биология, биоинформатика 03. 01. 09

1. Основная догма молекулярной генетики. Матричный принцип. Процессы репликации, транскрипции, трансляции. Генетический код.

   
   

2. Структура генов и геномов. Экзон-интронная структура. Хромосомы.

   
   

3. Транскрипция и её регуляция. Транскрипционные факторы. Типы регуляторных районов транскрипции. Структура и функция промотора.

   
   

4. Обобщённые структурно-функциональные характеристики последовательностей. Понятие о конформационных и физико-химических свойствах двойной спирали ДНК.

   
   

5. Структура и функция РНК. Методы предсказания вторичной структуры РНК.

   
   

6. Трансляция РНК. Регуляция трансляции.

   
   

7. Структура и функция белков. Выравнивание белковых структур. Основные понятия о геометрических преобразованиях: сдвиг, поворот, центр масс, главные оси. Распознавание функциональных сайтов и мотивов в белках.

   
   

8. Функциональная геномика. Понятие экспрессии генов. Биочипы.

   
   

9. Понятие «генной сети». Классы функциональных структур и событий, значимых для функционирования генных сетей.

   
   

10. Интернет-технологии и XML технологии в биоинформатике.

    
    

11. Языки программирования в биоинформатике. Сравнительный анализ средств программирования (C/C++, C#, Java (biojava), Perl (bioperl)).

    
    

12. Базы данных в биоинформатике. Типы данных и форматы представления. Модели данных.

    
    

а. Флэт-файл. Формат ASN 1,1.

b. Иерархические и Сетевые модели.

c. Реляционные модели. Реляционная алгебра. Нормальные формы.

d. Объектные и Объектно-реляционные БД.

13. Методы доступа. Индексы. Хэширование. Btree.

    
    

14. Языки запросов. Регулярные выражения и поиск по шаблону. SQL.

    
    

15. Базы знаний. Методы представления молекулярно-генетических знаний.

    
    

16. Проблемы и методы интеграции гетерогенных данных.

    
    

17. Основные информационные ресурсы и базы данных по молекулярной биологии. Содержание и формат баз данных. Основные средства доступа к базам данных.

    
    

18. Структурно-функциональная организация регуляторных районов в базе данных TRRD.

    
    

19. Базы данных по генным сетям и метаболическим процессам. База данных GeneNet.

    
    

20. Понятие алгоритма. Вычислительная сложность алгоритмов. Методы сравнения алгоритмов.

    
    

21. Задача сравнения генетических и белковых последовательностей. Методы выравнивания: парное и множественное, локальное и глобальное. Алгоритм глобального выравнивания Нидльмана-Вунша (Needleman-Wunsh). Алгоритм локального выравнивания Смита-Уотермана (Smith-Waterman). Gibbs sampling.

    
    

22. Пакет Blast. Назначение и основные возможности. Алгоритм.

    
    

23. FASTA. Назначение и основные возможности. Алгоритм.

    
    

24. Поиск повторов, комплементарностей и симметрий в последовательностях.

    
    

25. Основы методов анализа данных. Регрессионный анализ. Дискриминантный анализ. Методы кластеризации. Факторный анализ.

    
    

26. Понятия Datamining и Textmining.

    
    

27. Распознавание структурно-функциональных мотивов в генетических текстах. Понятие консенсуса, весовой матрицы. Оценка точности распознавания.

    
    

28. Методы распознавания промоторов.

    
    

29. Вероятностная модель последовательности. Определение вероятности получить данную последовательность по случайным причинам.

    
    

30. Представление генетического текста в виде марковской цепи. Условное и совместное распределение. Пример применения теоремы Байсса к определению типа последовательности.

    
    

31. Скрытые марковские модели. Вычисление переходных вероятностей, использование для распознавания. Алгоритм Витерби (Viterbi).

    
    

32. Методы оптимизации.

    
    

a. Метод ветвей и границ.

b. Метод динамического программирования.

c. Градиентные методы. Метод Ньютона.

d. Генетические алгоритмы.


Методы моделирования в биоинформатике

33. Понятие модели. Приемы и способы моделирования. Основные этапы построения математических моделей.

    
    

34. Понятие о фазовой плоскости и фазовом портрете системы. Стационарные состояния биологических систем.

    
    

35. Проблема быстрых и медленных переменных. Теорема Тихонова.

    
    

36. Автоколебательные режимы. Предельные циклы и их устойчивость. Примеры.

    
    

37. Базовые модели математической биофизики (Триггер Жакоба и Моно, классические модели Лотки и Вольтерра, модели взаимодействия видов).

    
    

38. Основы кинетики ферментативных реакций. Фермент-субстратный комплекс. Теория Михаэлиса. Математические модели.

    
    

39. Основные методы и подходы к моделированию динамики молекулярно-генетических систем.

    
    

40. Моделирование мутаций в генных сетях.

    
    

41. Методы идентификации параметров математических моделей.

    
    

42. Стохастическая модель трансляции.

    
    

43. Физико-математические модели биомакромолекул. Модели подвижности ДНК.

    
    
    Литература
    

1. Жимулёв И.Ф. Общая и молекулярная генетика // Учебное пособие. Новосибирск. НГУ. 2003.

   
   

2. Кафедра информационной биологии ФЕН НГУ (лекции и методические материалы) http://www.bionet.nsc.ru/chair/cib/php?f=lectures&p=lectures

   
   

3. Рубин А.Б. Биофизика. 1990. http://www.library.biophys.msu.ru/rubin

   
   

4. Ризниченко Г.Ю. Математическое моделирование. 1999. http://www.library.biophys.msu.ru/MathMod/

   
   

5. Ризниченко Г.Ю. Лекции по математическим моделям в биологии // М-Ижевск. Изд. РХД. 2002. 236с. http://www.library.biophys.msu.ru/LectMB/

   
   

6. Шайтан К.В., Сарайкин С.С. Молекулярная динамика. 1999. http://www.library.biophys.msu.ru/MolDyn/

   
   

7. Фомин С.В., Беркинблит М.Б. Математические проблемы в биологии. 1973. 200с. http://www.library.biophys.msu.ru/FominBerk/index2.htm

   
   

8. Реестр моделей http://www.dmb.biophys.msu.ru/models