Высокопроизводительное секвенирование (NGS) является одним из ключевых движителей прогресса современных биологических и биомедицинских исследований. Развитие NGS привело к революционным открытиям в микробиологии, эволюционной биологии, антропологии, генетике, а также изменило существующую практику диагностики наследственных и онкологических заболеваний. Фактором, препятствующим более широкому применению NGS, является недостаток квалифицированных специалистов, которые способны к планированию экспериментов и интерпретации результатов. Курс «Современные методы анализа данных NGS» направлен на восполнение этого пробела.
Курс состоит из нескольких смысловых блоков, объединенных объектом и/или биологической задачей.
Первый блок посвящен работе с данными секвенирования ДНК для таких задач, как поиск генетических вариантов (однонуклеотидного полиморфизма и вариаций копийности) и полногеномный анализ ассоциаций на основании известных референсных геномов и сборка геномов референсного качества de novo. Блок включает лекционные и практические занятия (с преобладанием последних), а также семинары с разбором публикаций по темам поиска генетических вариантов и сборки геномов. На практических занятиях студенты освоят такие программы как GATK, TASSEL, Flye, Spades, а также вспомогательные программы для проверки качества и улучшения геномных сборок.
Второй блок объединяет темы, связанные с анализом экспрессии на основе данных секвенирования РНК. В этой части курса студенты получат углубленные сведения как об экспериментальных аспектах работы — о различных протоколах работы с РНК, о принципах планирования экспериментов для анализа общей РНК (bulk RNA-seq) и транскриптома единичных клеток (single cell RNA-seq), так и о биинформатических протоколах, а также статистических методах, лежащих в их основе. Практические занятия будут включать оценку уровней экспрессии генов (как с помощью выравнивания чтений, так и альтернативными методами, основанными на k-мерах), поиск дифференциально экспрессирующихся генов с помощью пакета DESeq2 и функциональный анализ результатов, а также работу с инструментами, специфичными для анализа транскриптома единичных клеток.
Третий блок объединяет темы, относящиеся к регуляторной геномике – применение NGS для понимания взаимодействия между транскрипционными факторами и ДНК (ChIP-seq), конформации хроматина (Hi-C), эпигенетических модификаций. Практические занятия будут посвящены анализу данных HiC, ChIP-seq и поиску метилирования цитозина с помощью платформ NGS второго и третьего поколения.
Четвертый блок посвящен метагеномике – анализу смешанных образцов, что необходимо для понимания разнообразия сообществ микроорганизмов, а также решения некоторых практических задач (диагностики инфекционных заболеваний, анализа пищевых продуктов). Будут освещены два подхода к метагеномному анализу – основанный на маркерных участках и основанный на полногеномном секвенировании, их преимущества и недостатки, даны рекомендации по планированию экспериментов в области метагеномики. Практическая часть включает работу с пайплайном QIIME2.
По каждому из блоков будет набор домашних заданий, включающих теоретические вопросы и практические (расчётные) задачи.
В завершение курса студентам будет предложен проект – задача, основанная на темах одного или нескольких блоков — что обеспечит дальнейшее закрепление полученных практических навыков.
Преподаватели
- Мария Логачева
- Сергей Исаев