Genome Informatics

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Vorlesung "Computational Omics"

!! Raumänderung bei der Vorlesung !!


Inhalt (Vorlesungskommentar)

Die Vorlesung gibt eine Übersicht über die aktuellen informatischen Methoden zur Daten­analyse in den in den "Omiken" der Lebens­wissenschaften (Genomik, Transkriptomik, Epigenomik, Proteomik, Metabolomik, Interaktomik, ...). Sie besteht aus mehreren Einheiten, die sich jeweils einem dieser Themenbereiche und zugehörigen Technologien widmen:
  • PCR-Verfahren in Genomik, Transkriptomik und Epigenomik
  • Hochdurchsatzsequenzierverfahren in Genomik, Transkriptomik und Epigenomik
  • DNA-Microarrays in der Transkriptomik
  • Flüssigkeits- und Gaschromatographie mit Massenspektrometrie in der Proteomik, Metabolomik und Interaktomik
  • Ionenmobilitätspektrometrie in der Metabolomik
  • Tandem affinity purification und andere Verfahren in der Interaktomik
In den Einheiten wird jeweils eine Einführung in die zugrundeliegenden Technologien gegeben; dabei wird der Art und Erzeugung der Daten besondere Aufmerksamkeit gewidmet. Es schließen sich typische Fragestellungen an, die aktuell anhand der gewonnenen Daten gestellt und beantwortet werden können. Dazu werden jeweils die wichtigsten Datenanalysemethoden besprochen. Diese unterteilen sich häufig in sogenannte low-level-Verfahren zur Vorverarbeitung, die sich vor allem nach der Art der Daten richten und high-level-Verfahren aus dem Bereich des maschinellen Lernens, die die gewünschten Informa­tionen aus den Daten extrahieren. Aufgrund des hierbei auftretenden Datenvolumens stehen dabei besonders ressourceneffiziente Algorithmen im Vordergrund. Aus statistischer Sicht geht es zusätzlich darum, sinnvoll mit dem Problem hochdimensionaler Daten bei kleiner Stichprobengröße (n < p - Problematik) umzugehen.
Das Praktikum ersetzt die sonst üblichen Übungsaufgaben; hier werden die besprochenen und verwandte Methoden von den TeilnehmerInnen selbstständig auf öffentlich verfügbare Datensätze angewendet.

Prüfungen

Diese Veranstaltung gibt es als Master-Vertiefungsmodul (2V+2P; 6 LP) INF-MSc-5xx (zurzeit in der LuSt beantragt) sowie als Diplom-Spezialvorlesung mit dem gleichen Umfang in den SpGs 4,6,7 nach DPO'01.
Zeiten und Anmeldung:
  • Wintersemester 2011/12: Prüfungstemine stehen noch nicht fest
  • Vordruck für die Prüfungsanmeldung ausfüllen, bei Frau Jankord (OH14 / R2.39) einen Termin/Uhrzeit geben lassen, von Prof. Rahmann oder Frau Jankord unterschreiben lassen; wird von Frau Jankord zur Prüfungsverwaltung (Dez. 7.3) geschickt.

Mögliche Prüfungsleistungen im Master-Vertiefungsmodul INF-MSc-5xx

  • mündliche Prüfung von 30-35 Minuten Dauer

Mögliche Prüfungsleistungen im Diplom (SpG 4,6,7)

  • Leistungsnachweis (Schein), unbenotet; durch Besuch der Vorlesung, erfolgreiches Bearbeiten der Praktikumsaufgaben, abschließendes Gespräch
  • mündliche Fachprüfung von 30-40 Minuten Dauer zu Vorlesung und Praktikum

Literatur, Material, Skript

Zeitplan Wintersemester 2011/12

Vorlesung: Do 08:30-10:00 in OH14 / R2.03
Praktikum: Fr 12:00-14:00 in OH14 / R2.04 (Präsenzzeit)
                  Betreuung: Dominik Kopczynski
                  Die Aufgaben werden in Eigenregie bearbeitet. Dafür steht der (Linux-)Pool des LS XI (OH14 / R2.04) grundsätzlich zur Verfügung.
                  Zu den Präsenzzeiten besteht die Gelegenheit zu Fragen; ausserdem sollen die gelösten Aufgaben vorgestellt werden
Material:    Aktueller Skript-Entwurf vom 01.12.11. Achtung! Das Skript ist auf Englisch und nur eine knappe Zusammenfassung des Stoffs.
                  Projektaufgaben stehen am Ende jedes Kapitels.
                  Hauptziel der Veranstaltung ist, dass Sie möglichst viele Projektaufgaben erfolgreich bearbeiten!
Prüfungen: Terminvereinbarung: siehe oben. Der Prüfungsstoff umfasst insbesondere die Projektaufgaben!

 Do 13.10.
Introduction. Administrative business.
Technology: PCR. Applications of PCR.
Project: Please do the "Project" sections in Chapter 1 (especially "Simulation", "Computation"). Deadline: Fr 4.11.
 Do 20.10.
no class because of an SFB876 event
 Do 27.10.
Mathematics of the PCR reaction. Estimation problem.
 Do 03.11.
Genomics, transcriptomics, epigenomics:
Sequencing Technologies (cf. Material for videos), data acquisition, data formats.
Slides "Today's and Tomorrow's Sequencing Technologies and their Bioinformatic Challenges".
 Do 10.11.
 Scientific questions addressed by sequencing
Project: Please do the "Project" sections in Chapter 2. Deadline: 01.12.
File: solid-5108-demo.csfasta.gz.
 Do 17.11.
Trasncriptomics: Model-based analysis of RNA-seq data. Preprint by Lior Pachter.
 Do 24.11.
Transcriptomics with DNA microarrays: Principle, technology, data acquisition.
 Do 01.12.
DNA microarrays: data formats, data reduction, multi-array normalization
Project: Please do the "Project" sections in Chapter 3. Deadline: 23.12.
Material: Format specification of .cel files. Arrays: 161.cel, 162.cel, 163.cel.
 Do 08.12.
Transcriptomics: Clustering and Classification
 Do 15.12.
Metabolomics: Multi capillary columns and ion mobility spectrometry (MCC/IMS): Technology, data acquisistion, preprocessing
 Do 22.12.
Metabolomics: MCC/IMS: peak modelling, data reduction, feature extraction
Project: Please do the "Project" sections in Chapter 4. Deadline: 20.01.12
Material: gaussdata.txt, imsmeasurement.csv
 --- 2012 ---
winter holidays
 Do 12.01.
Proteomics/metabolomics: Liquid and gas chromatography with mass spectrometry (LC/MS and GC/MC).
Identification of molecules from their masses.
 Do 19.01.
Interactomics: Experimental and computational methods for inferring protein interactions
 Do 26.01.
Interactomics: Dependencies among interactions, protein hypernetworks.
 Do 02.02.
Project presentations, Summary.


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