|
|
Computational Design of Stable Proteins
Musil, Miloš ; Lexa, Matej (referee) ; Vinař, Tomáš (referee) ; Zendulka, Jaroslav (advisor)
Stabilní proteiny nacházejí široké uplatnění v řadě medicínských a biotechnologických aplikacích. Přírodní proteiny se vyvinuly tak, aby fungovaly převážně v mírných podmínkách uvnitř buněk. V důsledku toho vzniká zájem o stabilizaci proteinů za účelem jejich širšího uplatnění také v průmyslovém prostředí. Obor proteinového inženýrství se v posledních letech rozvinul do úrovně umožňující modifikovat proteiny pro různá využití, ačkoliv identifikace stabilních mutací je stále zatížená drahou a časově náročnou experimentální prací. Výpočetní metody se proto uplatňují jako atraktivní alternativa, která dovoluje prioritizovat potenciálně stabilizující mutace pro laboratorní práci. Během posledních let bylo vyvinuto velké množství výpočetních strategií: i) výpočty energie pomocí silových polí, ii) evoluční metody, iii) strojové učení a iv) kombinace více přístupů. Spolehlivost a využití nástrojů jsou často limitovány predikcí pouze jednobodových mutací, které mají malý dopad na stabilitu proteinů, zatímco sofistikovanější metody pro predikci multibodových mutací vyžadují větší množství práce na straně uživatele. Hlavním záměrem této práce je poskytnout uživatelům plně automatizované metody, umožňující návrh vysoce stabilních vícebodových mutantů bez potřeby pokročilých znalostí bioinformatických nástrojů a zkoumaného proteinu. V této práci jsou prezentovány následující nástroje a databáze: FireProt je plně automatizovaná metoda pro návrh stabilních vícebodových mutantů z kategorie tzv. hybridních přístupů. Ve svém výpočetním jádře spojuje jak energetické tak i evoluční metody, přičemž evoluční informace jsou užívány především jako filtry pro časově náročné výpočty energií. Kromě detekce potenciálně stabilizujících mutací se FireProt rovněž snaží spojit tyto mutace do jednoho vícebodového mutanta s minimalizací rizika vzniku antagonistických efektů. FireProt-ASR je plně automatizovaná platforma pro rekonstrukci ancestrálních sekvencí, která dovoluje uživatelům využít tuto strategii bez nutnosti velkého objemu manuální práce a hluboké znalosti zkoumaného proteinu. FireProt-ASR řeší všechny kroky ancestrální rekonstrukce, včetně sběru biologicky relevantních sekvencí, konstrukce zakořeněného fylogenetického stromu a rekonstrukce ancestrálních sekvencí.HotSpotWizard je nástroj pro návrh mutací a mutačních knihoven za účelem zlepšení stability a aktivity zkoumaných proteinů. Nástroj dovoluje provést i širší analýzu za využití čtyř různých strategií běžně používaných v oboru proteinového inženýrství: i) identifikace evolučně variabilních pozic v blízkosti katalytických kapes a tunelů, ii) identifikace pohyblivých regionů, iii) výpočet sekvenčního konsensu a iv) identifikace korelovaných pozic.FireProt-DB je databáze dostupných experimentálních dat popisujících stabilitu proteinů. Hlavním účelem této databáze je standardizovat data v oblasti proteinové stability, poskytnout uživatelům platformu k jejich snadnému ukládání a umožnit intuitivní vyhledávání, které by mohly být využité k trénování nových nástrojů s využitím technik strojového učení.
|
|
| |
|
|
Approximate Palindrome Detection in DNA Sequences
Divila, Jaroslav ; Lexa, Matej (referee) ; Martínek, Tomáš (advisor)
This work deals with conception and implemetation of tools for finding approximate palindromes in DNA sequences. The work focuses on the description of DNA structure, and on the function of palindromes in DNA sequences, and on the description of methods for finding approximate palindromes. Main part of thesis is focused on conclusion and description of implementation approximate palidromes finding tool.
|
|
|
Transcriptomic Characterization Using RNA-Seq Data Analysis
Abo Khayal, Layal ; Babula, Petr (referee) ; Lexa,, Matej (referee) ; Provazník, Ivo (advisor)
Vysoce výkonné sekvenční technologie produkují obrovské množství dat, která mohou odhalit nové geny, identifikovat splice varianty a kvantifikovat genovou expresi v celém genomu. Objem a složitost dat z RNA-seq experimentů vyžadují škálovatelné metody matematické analýzy založené na robustníchstatistických modelech. Je náročné navrhnout integrované pracovní postupy, které zahrnují různé postupy analýzy. Konkrétně jsou to srovnávací testy transkriptů, které jsou komplikovány několika zdroji variability měření a představují řadu statistických problémů. V tomto výzkumu byla sestavena integrovaná transkripční profilová pipeline k produkci nových reprodukovatelných kódů pro získání biologicky interpretovovatelných výsledků. Počínaje anotací údajů RNA-seq a hodnocení kvality je navržen soubor kódů, který slouží pro vizualizaci hodnocení kvality, potřebné pro zajištění RNA-Seq experimentu s analýzou dat. Dále je provedena komplexní diferenciální analýza genových expresí, která poskytuje popisné metody pro testované RNA-Seq data. Pro implementaci analýzy alternativního sestřihu a diferenciálních exonů jsme zlepšili výkon DEXSeq definováním otevřeného čtecího rámce exonového regionu, který se používá alternativně. Dále je popsána nová metodologie pro analýzu diferenciálně exprimované dlouhé nekódující RNA nalezením funkční korelace této RNA se sousedícími diferenciálně exprimovanými geny kódujícími proteiny. Takto je získán jasnější pohled na regulační mechanismus a poskytnuta hypotéza o úloze dlouhé nekódující RNA v regulaci genové exprese.
|
|
|
Reconstruction of Repetitive DNA Segments
Bikár, Robert ; Lexa, Matej (referee) ; Martínek, Tomáš (advisor)
Hlavní motivací diplomové práce bylo najít vhodný algoritmus, který by vytvořil grafovou reprezentaci NGS sekvenačních dat v lineárním čase. Zvolenou metodou pro reprezentaci je de Bruijnův graf. V další části práce byl navrhnut nástroj, který je schopen transformovat graf do přijatelné podoby pro vykreslování, a dále je schopen odstraňovat chyby, které vznikají při konstrukci grafu. Cílem práce je vytvořit nástroj, který rekonstruuje repetitivní segmenty v DNA. Implementovaný nástroj byl otestován a je schopen identifikovat opakující se segmenty, určit jejich typy, vizualizovat je a sestavit jejich sekvenci na jednodušších genomech s velkou přesnotí. Při použití složitějších genomů, nástroj nalezne pouze fragmenty repetitivních segmentů.
|
|
|
Methods for Comparative Analysis of Metagenomic Data
Sedlář, Karel ; Vinař,, Tomáš (referee) ; Lexa, Matej (referee) ; Provazník, Ivo (advisor)
Moderní výzkum v environmentální mikrobiologii využívá k popisu mikrobiálních komunit genomická data, především sekvenaci DNA. Oblast, která zkoumá veškerý genetický materiál přítomný v environmentálním vzorku, se nazývá metagenomika. Tato doktorská práce se zabývá metagenomikou z pohledu bioinformatiky, která je nenahraditelná při výpočetním zpracování dat. V teoretické části práce jsou popsány dva základní přístupy metagenomiky, včetně jejich základních principů a slabin. První přístup, založený na cíleném sekvenování, je dobře rozpracovanou oblastí s velkou řadou bioinformatických technik. Přesto mohou být metody pro porovnávání vzorků z několika prostředí podstatně vylepšeny. Přístup představený v této práci používá unikátní transformaci dat do podoby bipartitního grafu, kde je jedna partita tvořena taxony a druhá vzorky, případně různými prostředími. Takový graf plně reflektuje kvalitativní i kvantitativní složení analyzované mikrobiální sítě. Umožňuje masivní redukci dat pro jednoduché vizualizace bez negativních vlivů na automatickou detekci komunit, která dokáže odhalit shluky podobných vzorků a jejich typických mikrobů. Druhý přístup využívá sekvenace celého metagenomu. Tato strategie je novější a příslušející bioinformatické nástroje jsou méně propracované. Hlavní výzvou přitom zůstává rychlá klasifikace sekvencí, v metagenomice označovaná jako „binning“. Metoda představená v této práci využívá přístupu zpracování genomických signálů. Tato unikátní metodologie byla navržena na základě podrobné analýzy redundance genetické informace uložené v genomických signálech. Využívá transformace znakových sekvencí do několika variant fázových signálů. Navíc umožňuje přímé zpracování dat ze sekvenace nanopórem v podobě nativních proudových signálů.
|
|
|
Quadruplex Detection in DNA Sequences
Sečka, Martin ; Lexa, Matej (referee) ; Martínek, Tomáš (advisor)
This master's thesis focuses on search for sequences potentially forming quadruplexes in DNA sequences, their visualization and filtration. For this purpose a web application was created in cooperation with the Institute of biophysics of Academy of science of Czech republic. This application uses a newly created algorithm able to find all possible formations of quadruplex within given input sequence. Design and implementation of this algorithm are also part of this thesis.
|
|
|
Methods for Predicting Drug Side Effects in Silico
Cicková, Pavlína ; Lexa,, Matej (referee) ; Berka,, Karel (referee) ; Provazník, Ivo (advisor)
Vývoj a výzkum léčiv je oblastí současné vědy, jejíž nedílnou součástí je i využití výpočetních metod. Z důvodu nákladnosti a časové náročnosti laboratorních přístupů, metody in silico sehrávají svou významnou roli. I přes rychlý vývoj výpočetních technik využívaných při vývoji léků, však není drtivá většina zkoumaných molekul v procesu vývoje úspěšná a do schvalovací fáze nepostoupí. Nejen proto se nejmodernější strategie návrhu potenciálních nových léčiv zaměřují na opětovné zkoumání již schválených léků a berou do úvahy i analýzu podobností. Tato práce popisuje vývoj a aplikaci souboru několika workflow, jež byl vytvořen v rámci analytické platformy KNIME a jež implementuje metody strojového učení za účelem predikce nežádoucích účinků léčiv. Součástí prezentovaných workflow je získání dat, jejich předzpracování, výpočet metrik podobností a provedení explorační analýzy. Následně je využito klasifikačních modelů k predikci specifických nežádoucích účinků léčiv. Tato predikce vychází z principů technik založených na podobnosti. K natrénování modelů rozhodovacích stromů pro predikci potenciální asociace nežádoucích účinků s léčivy byly využity strukturní a jiné podobnosti schválených molekul léčiv. Hlavní přínos práce spočívá především v přenositelnosti použitých metod. Soubor workflow je určen k využití jako vhodný nástroj k řešení výzkumných otázek ohledně podobnosti léčiv a jelikož analytická platforma KNIME poskytuje uživatelsky přívětivé grafické rozhraní, není nutné, aby měli uživatelé pokročilé zkušenosti v oblasti strojového učení nebo programování, aby mohli soubor navržených workflow v rámci této platformy pro své analýzy využít.
|
|
|
Quantitative correlation of textural data obtained with CIP and EBSD method
Slunská, Petra ; Lexa, Ondrej (advisor) ; Machek, Matěj (referee)
Since 2011, the Institute of Petrology and Structural Geology, Charles University in Prague, worked with CIP - Computer Integrated Polarization microscopy as fast, inexpensive measurement of c-axis orientation of uniaxial minerals, mostly quartz in high definition. CIP method is developed from the early nineties in Switzerland (Heilbronner & Pauli 1993) and later in many other workplaces. The aim of this work was testing and calibration of optical and camera equipment to verify the accuracy and reliability of data obtained. Served as an independent measurement of EBSD (Electron Backscatter Diffraction) data obtained from the same part of the studied thinsections. The data obtained were analyzed by quantitative analysis of microstructures (PolyLX - MATLABTM toolbox; Lexa 2003). The samples used for testing the methodology mentioned were taken on the profile of Hvězdná and Zdobnice near Rokytnice in the Eagle Mountains by contact orlica-snieznik complex and its mantle. Field studies showed the existence of west dipping shear zone along the said contact and deformed orthogneiss show a macroscopic superposition of several deformation events. The resulting frequency histograms similarities and differences of angles c-axes and angles misorientace grains have a high consensus in the azimuthal criterion, axes...
|
|
|
Computational Design of Stable Proteins
Musil, Miloš ; Lexa, Matej (referee) ; Vinař, Tomáš (referee) ; Zendulka, Jaroslav (advisor)
Stabilní proteiny nacházejí široké uplatnění v řadě medicínských a biotechnologických aplikacích. Přírodní proteiny se vyvinuly tak, aby fungovaly převážně v mírných podmínkách uvnitř buněk. V důsledku toho vzniká zájem o stabilizaci proteinů za účelem jejich širšího uplatnění také v průmyslovém prostředí. Obor proteinového inženýrství se v posledních letech rozvinul do úrovně umožňující modifikovat proteiny pro různá využití, ačkoliv identifikace stabilních mutací je stále zatížená drahou a časově náročnou experimentální prací. Výpočetní metody se proto uplatňují jako atraktivní alternativa, která dovoluje prioritizovat potenciálně stabilizující mutace pro laboratorní práci. Během posledních let bylo vyvinuto velké množství výpočetních strategií: i) výpočty energie pomocí silových polí, ii) evoluční metody, iii) strojové učení a iv) kombinace více přístupů. Spolehlivost a využití nástrojů jsou často limitovány predikcí pouze jednobodových mutací, které mají malý dopad na stabilitu proteinů, zatímco sofistikovanější metody pro predikci multibodových mutací vyžadují větší množství práce na straně uživatele. Hlavním záměrem této práce je poskytnout uživatelům plně automatizované metody, umožňující návrh vysoce stabilních vícebodových mutantů bez potřeby pokročilých znalostí bioinformatických nástrojů a zkoumaného proteinu. V této práci jsou prezentovány následující nástroje a databáze: FireProt je plně automatizovaná metoda pro návrh stabilních vícebodových mutantů z kategorie tzv. hybridních přístupů. Ve svém výpočetním jádře spojuje jak energetické tak i evoluční metody, přičemž evoluční informace jsou užívány především jako filtry pro časově náročné výpočty energií. Kromě detekce potenciálně stabilizujících mutací se FireProt rovněž snaží spojit tyto mutace do jednoho vícebodového mutanta s minimalizací rizika vzniku antagonistických efektů. FireProt-ASR je plně automatizovaná platforma pro rekonstrukci ancestrálních sekvencí, která dovoluje uživatelům využít tuto strategii bez nutnosti velkého objemu manuální práce a hluboké znalosti zkoumaného proteinu. FireProt-ASR řeší všechny kroky ancestrální rekonstrukce, včetně sběru biologicky relevantních sekvencí, konstrukce zakořeněného fylogenetického stromu a rekonstrukce ancestrálních sekvencí.HotSpotWizard je nástroj pro návrh mutací a mutačních knihoven za účelem zlepšení stability a aktivity zkoumaných proteinů. Nástroj dovoluje provést i širší analýzu za využití čtyř různých strategií běžně používaných v oboru proteinového inženýrství: i) identifikace evolučně variabilních pozic v blízkosti katalytických kapes a tunelů, ii) identifikace pohyblivých regionů, iii) výpočet sekvenčního konsensu a iv) identifikace korelovaných pozic.FireProt-DB je databáze dostupných experimentálních dat popisujících stabilitu proteinů. Hlavním účelem této databáze je standardizovat data v oblasti proteinové stability, poskytnout uživatelům platformu k jejich snadnému ukládání a umožnit intuitivní vyhledávání, které by mohly být využité k trénování nových nástrojů s využitím technik strojového učení.
|
guest ::
RSS feed.