Téma disertační práce

Školitel:Zendulka Jaroslav, doc. Ing., CSc.
Téma:Pokročilé bioinformatické nástroje pro identifikaci, anotaci a inženýrství proteinů
Zahájení v ak.r.:2015/2016
Charakteristika řešeného problému:

Proteiny se staly ústředními molekulami v biotechnologiích a biomedicíně, jejich vlastnosti však často nejsou pro praktické využití optimální. Řešením je buď identifikace nových proteinů s požadovanými vlastnostmi či úprava stávajících proteinů pomocí metod proteinového inženýrství. Hlavní obtíže přístupu založeného na identifikaci nových proteinů spočívají ve složitém prohledávání obrovského množství proteinů s neznámými vlastnostmi a biochemickými funkcemi dostupných v sekvenčních databázích. V případě proteinového inženýrství je zásadní kvalifikovaný výběr vhodných pozic v proteinech pro cílenou modifikaci struktury vedoucí ke zlepšení užitných vlastností.

Cílem disertační práce je vyvinout nové algoritmy a bioinformatické nástroje, které umožní biochemické komunitě automatickou identifikaci vhodných proteinů s potenciálně zajímavými vlastnostmi. Dalším cílem bude přispět k  rozvoji metod sloužících k identifikaci míst vhodných k inženýrství proteinů a ohodnocení vlivu konkrétních mutací na stabilitu a funkci proteinů. Pro tyto účely bude z části možné integrovat již existující metody, přičemž bude potřeba nejprve metody pro daný úkol porovnat, kriticky ohodnotit a vybrat nejvhodnější z nich.  Celá řada potřebných algoritmů však zatím neexistuje a bude potřeba je navrhnout, implementovat a validovat na reálných biochemických datech. V rámci řešení se očekává využití některých z technik strojového učení, umělé inteligence nebo návrhu vhodných heuristik pro prohledávání stavového prostoru s ohledem na biochemické a strukturní vlastnosti proteinů.

Příklady dílčích úkolů

  • Identifikace proteinů patřící do dané proteinové rodiny [2, 3, 4]

  • Rozpoznání experimentálně charakterizovaných proteinů z dané proteinové rodiny [5]

  • Předpověď rozpustnosti, exprese či stability proteinů na základě jejich sekvence [6, 7]

  • Předpověď důsledku aminokyselinové substituce na stabilitu proteinů [8, 9]

  • Automatický design knihoven mutantů pro experimentální testování [10].

Literatura
  1. Pavelka, A., Chovancova, E. and Damborsky, J. (2009) Nucleic Acids Res.,37 W376-383.

  2. Sievers, F. et al. (2011) Mol. Syst. Biol.,7 539.

  3. Punta, M. et al. (2012) Nucleic Acids Res,40 D290-D301.

  4. Barrett, T. et al. (2012) Nucleic Acids Res,40.

  5. Li, W., Cong, Q., Kinch, L. N. and Grishin, N. V. (2013) BMC Bioinformatics,14 30.

  6. Smialowski, P., Martin-Galiano, A. J., Mikolajka, A., Girschick, T., Holak, T. A. and Frishman, D. (2007) Bioinformatics,23 2536-2542.

  7. Ebrahimi, M., Lakizadeh, A., Agha-Golzadeh, P., Ebrahimie, E. and Ebrahimi, M. (2011) PLoS One,6.

  8. Potapov, V., Cohen, M. and Schreiber, G. (2009) Protein Eng. Des. Sel.,22 553-560.

  9. Dehouck, Y., Kwasigroch, J. M., Gilis, D. and Rooman, M. (2011) BMC Bioinformatics,12 151.

  10. Sebestova, E., Bendl, J., Brezovsky, J. and Damborsky, J. (2014) Methods Mol. Biol.,1179 291-314.

Školitel - specialista: Ing. Tomáš Martínek Ph.D.

Vaše IPv4 adresa: 35.175.191.168
Přepnout na https