|
|
Zpracování a visualizace hmotnostních spekter
Beneš, Ondřej ; Bendl, Jaroslav (oponent) ; Martínek, Tomáš (vedoucí práce)
Jedna z nových technik v oblasti analytické chemie, které nalézá stále více uplatnění v praxi, je zobrazovací hmotnostní spektrometrie. Díky její schopnost zaznamenat zastoupení látek ve vzorku při analýze tkáně však vznikají až GB dat a tyto data je nutné zpracovávat programově. Cílem této práce je vytvořit aplikaci pro zpracování a vizualizaci dat z nového standardu imzML. Součástí práce je stručný úvod do problematiky hmotnostní spektrometrie, konkrétněji pak typu MALDI TOF a jsou zde popsány některé metody předzpracování hmotnostně spektrometrických dat. V práci je také nahlédnuto na současný stav existující software a na základě požadavků spolupracující laboratoře je navržena a implementována nová aplikace nejen umožňující zobrazení dat, ale i jejich předzpracování jako jsou například metody vyhlazování dat Savitzky-Golay, interní kalibrace či vyhledávání píků pomocí spojité vlnkové transformace. K závěru jsou i některé ukázky vizualizovaných dat z reálných experimentů.
|
|
|
Evoluční strategie v úloze predikce vlivu aminokyselinových mutací na stabilitu proteinu
Pavlík, David ; Martínek, Tomáš (oponent) ; Bendl, Jaroslav (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá otázkou predikce změn stability proteinů v důsledku aminokyselinových mutací. Cílem je vytvořit meta-klasifikátor, který bude využívat výsledky predikcí vybraných nástrojů, použít evoluční strategii pro přiřazení vah jednotlivým nástrojům a dosáhnout tak větší úspěšnosti predikce než při použití nástrojů samostatně. Bylo vybráno celkem pět dostupných nástrojů, jejichž výsledky predikcí byly váhovány. Jsou zde zkoumány a porovnávány dvě odlišné metody evoluční strategie. První je evoluční strategie s pravidlem 1/5 a druhou je evoluční strategie s autoevolucí řídících parametrů typu 2. Pro trénování a následné ověření úspěšnosti navrženého meta-klasifikátoru byly vytvořeny dvě nezávislé sady mutací. Z provedených experimentů a dosažených výsledků byl zjištěn možný přínos evoluční strategie, ovšem za podmínek pečlivého výběru sady nástrojů a datových sad pro trénování a testování.
|
|
|
Vizualizace genomických rysů transposonů
Nétková, Barbora ; Bendl, Jaroslav (oponent) ; Vogel, Ivan (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá vizualizací genomických rysů transposonů. Vstupní soubor k vizualizaci je typu GFF. Tento typ souboru má pevnou definici a v dnešní době je tento typ souboru běžně používaný k popisu genomů. Přestože již existuje několik nástrojů, které vizualizaci z GFF souborů umožňují, volně dostupný nástroj s různými možnostmi vizualizace a snadným ovládáním chybí. Aplikace prezentovaná v této práci má za úkol spojit výhody existujících komerčních produktů s volnou dostupností. K ovládání aplikace slouží grafické uživatelské rozhraní. Aplikace umožňuje snadno nahrát vstupní soubor, vytvořit hierarchicky strukturovaný strom z jednotlivých prvků a následně umožní vizualizaci jednotlivých prvků a jejich vnitřní struktury v pravé části okna aplikace.
|
|
|
Predikce sekundární struktury proteinů pomocí celulárních automatů
Brigant, Vladimír ; Drahošová, Michaela (oponent) ; Bendl, Jaroslav (vedoucí práce)
Tato práce popisuje návrh metody predikce sekundární struktury proteinů založenou na celulárních automatech (CA) - CASSP. Optimální parametry modelu a přechodové funkce jsou získany pomocí evolučního algoritmu. Predikční model využíva pouze statistických vlastností aminokyselin, takže je velice rychlý. Dosažené výsledky byly porovnány s výsledky existujících metod. Byla také otestováná společná predikce navrženého systému CASSP s existujícím nástrojem PSIPRED. Nepodařilo se však dosáhnout výsledků, ktoré by tento existujíci nástroj převyšovali. Částečné zlepšení se dosáhlo při predikci pouze motivů sekndární struktury alpha-helix, co může pomoci v případe, že požadujeme co nejpřesenjší predikcii právě těchto motivů. K navrženému systému bylo také vytvořeno webové rozhraní.
|
|
|
Strojové učení v úloze predikce vlivu aminokyselinových mutací na stabilitu proteinu
Malinka, František ; Martínek, Tomáš (oponent) ; Bendl, Jaroslav (vedoucí práce)
Tato práce popisuje nový přístup k predikci vlivu aminokyselinových mutací na změnu stability proteinu. Cílem je vytvořit nový meta-nástroj, který kombinuje výstupy osmi vybraných nástrojů, díky čemuž je schopen svoji predikční schopnost zlepšit. Pro nalezení optimálního konsenzu mezi těmito nástroji je použito různých metod strojového učení. Ze všech testovaných metod strojového učení dosahuje KStar nejvyšší úspěšnosti predikce na trénovacím datasetu tvořeného experimentálně ověřenými mutacemi z databáze ProTherm. Právě z tohoto důvodu je KStar vybrán jako optimální predikční technika. Pro prokázání korektnosti výsledků tohoto meta-nástroje je použito testovacího datasetu vytvořeného ojedinělým způsobem, a to z vícebodových mutací extrahovaných taktéž z databáze ProTherm. Jelikož nebyly vícebodové mutace použity pro natrénování žádného z integrovaných nástrojů, předpokládá se, že takovéto porovnání je objektivní. Ve výsledku se tímto přístupem podařilo pomocí metody strojového učení KStar zvýšit korelační koeficient na trénovacím datasetu o 0,130, respektive o 0,239 na datasetu testovacím oproti nejúspěšnějšímu integrovanému nástroji. Na základě zjištěných údajů je možné říci, že metody strojového učení jsou vhodnými technikami pro problémy z oblasti proteinových predikcí.
|
|
|
Computational Methods for Annotation Analysis of Genetic Variations
Fülöp, Tibor ; Bendl, Jaroslav (oponent) ; Martínek, Tomáš (vedoucí práce)
Analysis and interpretation of DNA variations is very crucial for research trying to solve genetic background of heritability, diseases and other traits. This thesis briefly introduces the field of molecular biology and basic principles of genetics, discusses genetic variation annotation methods, genome-wide association studies and enrichment analysis methods with their implementation algorithms. As a part of this thesis, we introduce a novel web tool called Varanto that can be used to annotate, visualize and analyse genetic variations. It can be used to perform hypergeometric test based annotation enrichment analysis for a set of genetic variations. Varanto includes a web based user interface developed using Shiny web application framework for R. Varanto's performance and functionality is tested and showcased by performance benchmarks and by analysing and interpreting data from previously published genome-wide association studies.
|
|
|
Instrukcemi řízené celulární automaty
Bendl, Jaroslav ; Žaloudek, Luděk (oponent) ; Bidlo, Michal (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá návrhem nového konceptu řízení celulárního automatu založeného na tzv. instrukcích. Instrukci lze chápat jako určité pravidlo ověřující stavy předem definované skupiny buněk v sousedství vyšetřované buňky, přičemž při splnění stanovené podmínky kladené na danou skupinu je její stav změněn dle daného předpisu. Jelikož je možné v rámci jednoho výpočetního kroku uvažovat sekvenci složenou z více instrukcí, přičemž každá instrukce může změnit stav centrální buňky ihned po své aplikaci, lze jejich posloupnost pokládat za určitou formu krátkého programu. Tento koncept je zároveň možné rozšířit o jednoduché operace aplikované na buněčné okolí a prováděné během interpretace jednotlivých instrukcí - příkladem takové operace může být řádkový nebo sloupcový posun. Výhoda použití instrukcí tkví v redukci vyhledávacího prostoru, neboť oproti obvykle používané tabulkové metodě není nutné prohledávat množinu všech možných konfigurací buněk v okolí, nýbrž pouze několik oblastí vymezených předpisy instrukcí. Zatímco skupiny vyšetřovaných buněk v rámci instrukce jsou navrhovány ručně na základě analýzy řešené úlohy, posloupnost jejich umístění v chromozomu je optimalizována prostřednictvím genetického algoritmu. Úspěšnost navržené metody řízení celulárního automatu je zkoumána na vybraných benchmarkových úlohách - majoritě, synchronizace, samoorganizaci a návrhu kombinačních logických obvodů.
|
|
|
Prediktor vlivu aminokyselinových substitucí na funkci proteinů
Musil, Miloš ; Martínek, Tomáš (oponent) ; Bendl, Jaroslav (vedoucí práce)
Tato práce se zaobírá problematikou predikce škodlivosti aminokyselinových substitucí pomocí metody fylogenetické analýzy, inspirované nástrojem MAPP. Nezanedbatelné množství genetických onemocnění je způsobeno nesynonymními SNPs, projevujícími se jako jednobodové mutace na úrovni proteinů. Schopnost identifikovat tyto škodlivé substituce by mohla být užitečná v oblasti proteinového inženýrství pro testování, zda navržená mutace nepoškodí funkci proteinu a stejně tak k identifikaci choroby způsobujících škodlivých mutací. Experimentální ohodnocení navržených mutací je však nákladné a vyvstala tak potřeba pro predikci vlivu aminokyselinových substitucí počítačovými metodami. Tato práce popisuje návrh a implementaci nového predikčního nástroje, založeného na principech evoluční analýzy a studiu rozdílnosti fyzikálně-chemických vlastností mezi původní a substituovanou aminokyselinou. Vyvinutý algoritmus byl otestován na čtyř datasetech, čítajících celkem 74 192 mutací na 16 256 proteinových sekvencích. Prediktor dosáhl až 72 % přesnosti a ve srovnání s většinou v současné době existujících nástrojů je jeho výpočet výrazně méně náročný na počítačový čas. Ve snaze dosáhnout maximální možnou efektivitu nástroje byl optimalizační proces zaměřen na výběr nejvhodnějších (a) nástrojů třetích stran, (b) rozhodovacího prahu a (c) sady fyzikálně-chemických vlastností.
|
|
|
Predikce vlivu aminokyselinových mutací na sekundární strukturu proteinů
Kadlec, Miroslav ; Vogel, Ivan (oponent) ; Bendl, Jaroslav (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá aminokyselinovými mutacemi a jejich vlivem na sekundární strukturu proteinů. Hlavním cílem je dokázat hypotézu, že ačkoliv během evoluce dochází poměrně často ke změnám v primární struktuře bílkovin, sekundární struktura je vůči nim do jisté míry odolná. Elementy sekundární struktury pak zůstávájí téměř nezměněny i po provedení relativně velkého počtu mutací. Tato hypotéza byla ověřována prostřednictvím vy tvořeného simulátoru evoluce, který pracuje s libovolnou substituční maticí a integruje dva existující predikční nástroje: PSIPRED pro předpovídání sekundární struktury a PhD-SNP pro předpovídání škodlivosti konkrétních aminokyselinových mutací. Výsledky simulačních experimentů jsou graficky znázorněny a je diskutován jejich význam v souvislosti s výše zmíněnou hypotézu.
|
|
|
Vizualizace sekundárních struktur DNA v prostředí R/Bioconductor
Jaroš, Marta ; Bendl, Jaroslav (oponent) ; Martínek, Tomáš (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá zobrazovacími technikami sekundárních struktur DNA. Shrnuje a rozebírá některé současné metody vizualizace. Objasňuje problém a jeho význam z hlediska molekulární biologie. Cílem práce je návrh obecného algoritmu pro vizualizaci sekundárních struktur DNA, konkrétně palindromických a triplexových struktur a jeho implementace do prostředí R/Bioconductor. Zaměřuje se zejména na oblast 2D grafického zobrazování zmíněných sekundárních struktur DNA. Výsledkem práce je vytvořená 2D grafická podpora pro softwarové balíčky určené pro prostředí R/Bioconductor, které zabezpečují vyhledávání charakteristických sekvencí palindromů a triplexů v sekvencích DNA.
|
host ::
RSS.