Студия "Генные сети"

Материал из StemCamp
Перейти к: навигация, поиск

 Название лаборатории

Gennye seti.png​​​​​​​

Руководители лаборатории

Chekantsev.png

Чеканцев Антон Дмитриевич, магистрант НГУ

Старший лаборант, ИЦиГ СО РАН.

Работает по направлениям: Математическая биология, биоинформатика и вычислительная биология; Математическое и компьютерное моделирование генных сетей; Визуализация и графическое моделирование.


Научные руководители

KazantsevFV.png

Казанцев Федор Владимирович

м.н.с. сектора компьютерного анализа и моделирования биологических систем, ИЦиГ СО РАН.

м.н.с. лаборатории компьютерной транскриптомики и эволюционной биоинформатики ФЕН НГУ (ЛКТиЭБ ФЕН НГУ)

Работает по направлениям: Высокопроизводительные вычисления; Системная биология; Биоинформатика; Математическое и компьютерное моделирование генных, белковых, метаболических и сигнальных сетей.

Соавтор научных статей в ведущих российских и зарубежных рецензируемых журналах.

Анонс

В лаборатории вам предстоит познакомиться с основами компьютерного моделирования молекулярно-генетических систем. Вы узнаете, насколько непростыми бывают отношение между белковыми молекулами и ДНК. Узнаете, как небольшие изменения окружающей среды могут изменить динамику поведения молекулярных систем.

Мы начнем с построения математических моделей простых био-молекулярных процессов. Исследуем, к чему приведет объединение моделей двух и более процессов. Мы научимся создавать программы по генерации графиков, диаграмм и поверхностей для того что бы убедительно продемонстрировать результаты анализа. Например, программа по генерации приведенной ниже диаграммы сильно помогла нам при проведении визуального анализа в работе над статьей Mironova V. V. et al. (2012), где исследовали распределения фитогормона в кончике корня растения.

Модель контроль из статьи Mironova et al 2012.

Таким образом, освоив эти техники, на выходе должны будут получиться компьютерная модель биологической системы и инструментарий по численному анализу с наглядным отображением результатов.

Уровень сложности: **средний, ** высокий

Результат работы

Будет подготовлена презентация/доклад по выбранной модели био-молекулярной системы. Будет реализован набор программных инструментов в системе SCILAB, который запускает модель на расчет и переводит результаты моделирования в графическую форму.

День первый

Прошли короткий ликбез по Биоинформатике, Системной Биологии и Математическому Моделированию. Познакомились с масштабами стоящих в этих областях задач. Начали освоение универсальной среды математического моделирования SCILAB (scilab.org). Освоили базовые структуры и конструкции языка среды моделирования. Освоили работу с матрицами. Научились рисовать простые графики.

День второй

Разобрались с понятием "производной", ее физическим смыслом и графической интерпретацией. Освоили методы численного решения систем обыкновенных диференциальных уравнений в среде Scilab. Закрепили знания построением серии моделей популяционной динамики (рост численности бактерий, рост численности с ограничением на субстрат, взаимодействие двух видов по механизму "Хищник-жертва"). Освоили расчет серии моделей с варьированием параметров. Освоили построение серии графиков на одном экране, демонстрирующих поведение модели (Кривые динамики, фазовые траектории). Построили несколько аттракторов на графике с фазовой плоскостью.

День третий

Начали с изучения основ устройства и функционирования моделей генных сетей. Рассмотрели серию регуляторных механизмов синтеза белковых молекул: принципы организации и точки воздействия на систему. Построили модель генной сети биосинтеза двух белковых молекул взаимно-ингибирующих синтез друг-друга: "молекулярный триггер". Реконструировали математическую модель генной сети биосинтеза трех белковых молекул ингибирующих друг-друга по циклу: "репрессилятор". Реконструировали математическую модель генной сети функционирующей в двух клетках, между которыми происходит обмен белковыми молекулами. Для каждой модели реализовали графическое отображение результатов моделирования: динамика по времени и фазовые траектории, которые помогли в анализе поведения моделей.

День четвертый

Готовились к презентации проектов: доснимали ряд сцен для видео, монтировала ролик, оформляли графики моделей (подписи, цвет, общая структура). Сделали модель репреселятора в четырех клетках, где каждая из них осуществляет пассивный транспорт молекул в две соседнии (квадратная структура). Для этой модели построили 3-х мерные графики с фазовой кривой, где по осям отложена концентрация белка в каждой из соседствующих клеток. Оптимизировали процесс выписывания диф. уравнений для повторяющихся в разных клетках процессов.

Для ярмарки проектов распределили модели для демонстрации. Вопросы на ярмарке были разнообразные, и на все из них были даны ответы. Если один из членов команды затруднялся в ответе, подхватывали другие. Эксперты высоко оценили презентацию результатов работы лаборатории.

В качестве заключения.

Студия удалась, несмотря на экстремальные условия работы.

Предметные знания и навыки, которые получат участники в ходе работы

Основы моделирования, основы молекулярной биологии, освоение математического пакета, способы визуализации данных.

Требования к участникам

Иметь представление о таких структурах как ДНК, РНК, белок и что их связывает.

Знание основ программирования: условные операторы, операторы ветвления и циклы.

Иметь представление из школьного курса алгебры о производной и ее интерпретациях.

Материалы для подготовки  учащихся

http://www.bionet.nsc.ru/ICIG/session/1999/rus/part1/1_18.pdf
http://www.scilab.org/
https://help.scilab.org/docs/5.5.2/ru_RU/index.html

В качестве общего кругозора – занимательные лекции от сотрудников ИЦиГ СО РАН и не только:

http://icg.nsc.ru/lectures/

Материалы для работы

http://www.bionet.nsc.ru/ICIG/session/1999/rus/part1/1_18.pdf
http://www.scilab.org/
https://help.scilab.org/docs/5.5.2/ru_RU/index.html

Работа студии

День первый.
За один день слишком много селфи. Мы начали познавать тайны сложной молекулярной кухни. Кажется, мы даже что-то понимаем, немного.
Слушали бесподобную лекцию по молекулярной биологии, биоинформатике, мат. биологии. После  пытались кодить в SciLab, как-то правда не задалось.
А еще нас кормили. Но всё же дошик лучше.

Ig14.JPG

GN day1 1.JPG

Наш постер к "Властелину Колец"

GN day1 2.jpeg

Мы бегали и, используя свои огромные и великие познания в высшей математике, матане и геоме,  конечно билогии, выполнили ряд сложнейших задач, например: измерение стадиона шагами, расчёт маяка по кирпичам  и  определения вида растений, хотя никто в студии не силён был в ботанике.

GN day 1 3.JPG

День второй.
Жесткие, скрипящие словно симулятор поезда кровати. Наши ряды сегодня пополнились. Утром мы кодили. Мы кодили днем. Мы кодили вечером. Но, мы ходили за дошиком. Однако неудачно. Завтра будет попытка номер два. Или нет? Зато купили чаёчек и кофеёчек и нашли самую элегантную белочку.

GN day2 1.JPG

Делали "кометку" в SсiLab. c: Это самое прекрасное, что было в этой программе.
А еще были диффуры-фуры. :"D И производные, немного физики в виде механики и другие страшные слова.

GN day2 2.JPG

А еще мы знаем, что происходит с кроликами и лисами в закрытой системе.
И кодить становится интереснее. Да, это важно! Кормят всё ещё хуже дошика :c

GN day2 CarnVict.png

GN day2 3.JPG

Tr1.JPG

День третий.

Сегодня зарядки у нас не было, ибо столовая была сегодня на нас. И это радует. Сегодня, наконец-то, начали понимать что мы, собственно, должны делать.

GN day4 1cell.png

Процесс начал сдивгаться с мёртвой точки. Ну, и мы сегодня очень много кодили, почти весь день, ибо "дедлайн" близко.

GN day3 1.JPG
За сегодня с помощью дивной магии и SciLab мы, будучи 8-11 классниками, решили систему из 12 диффуров и построили мат. модель взаимодействия участка ткани организма из 4-х клеток. Мы - мощь!
Вобщем, проект почти готов. Мы близки к цели.

GN day4 2cells.png

День четвёртый.
Утром нам выдали "инжевичные" футболки и сделали коллективные фотографии. Сегодня мы кодили уже намного меньше,по-сути, наводили красоту в проекте, только разобрасились с функицией построения 3-д графиков. Так что "кометка" в  SciLab теперь объёмная.

GN day4 4cells.png


Сняли последние дубли и доделали трейлер. Он вышел эпичным!

GN day 4 2.JPG

Прошёл кинофестиваль. Наш трейлер оказался самым непонятным. Единственный вопрос, заданный нам: "Что вообще делали?". Это даже было ожидаемо. Ролик лаборатории "Лего" показался нам эпичным.

Прошла ярмарка проектов. Участники других лабораторий сделали интересные проекты. Особенно нам понравились проекты "Канат" и "Аквалангисты" и их магия импульсометра.

На ярмарке задавалось много каверзных вопросов, в частности: "Что вы делали?" и "Что это?", но мы находили ответы и каждому интересующемуся с удовольствием объясняли, что такое генные сети и в чём содержится суть нашего проекта. От нас уходили с одухотворёнными лицами.

Уже два дня не до дошика.

Был ужин, но не помним как прошёл, ибо ждали закрытия кинофестиваля и награждения.

Вручили зефир и грамоты. На общих грамотах забыли Ярика ("обидно"(с) Ярик). upd: утром следующего дня пофиксили баг. Была дискотека, но мы на ней особо не были: зашли посмотрели и ушли.

Был Костёр, были песни под гитару, были "батарйки" и "батареи" в бодром исполнении инженеров.

После, кто-то пошёл спать,  а кто-то всю ночь напролет играл с наставниками в "Дурака" и "Мафию".

День пятый

Мы проснулись. Завтрак был. Сейчас идём собираться, прощаться и поедем домой.

P.S. Если кто-то это читает, то, скорее всего, мы уже дома.