Systeembiologie

Coordinator

dr. Kirsten ten Tusscher
leerstoelgroep Theoretische Biologie en Bioinformatica
e-mail: K.H.W.J.tenTusscher@uu.nl

Docenten

dr. Kirsten ten Tusscher, K.H.W.J.tenTusscher@uu.nl (Wiskunde en Theoretische Biologie)
prof.dr. Rob De Boer, R.J.DeBoer@uu.nl (Theoretische Biologie)
dr. Bas Dutilh, B.E.Dutilh@uu.nl (Bioinformatic Data Analysis)

Cursus informatie

Cursuscode: B-B1SYSB09
Studiepunten: 7.5
Timeslot: B+C
Ingangseisen: VWO met profiel "Natuur en Gezondheid" of "Natuur en Techniek" met Biologie 1 en 2

Leerdoelen

Na het volgen van de cursus kun je:

bioinformatics analyses uitvoeren, zoals werken met clusteringmethoden, fylogenetische bomen, sequentie alignment, en homologie searches,
sequentiegegevens analyseren uit het aanbod van bioinformatische data op het internet,
reductionistische versus systeembiologische aanpak van complexe biologische vragen herkennen,
wiskundige modellen uit een aantal verschillende disciplines van de biologie lezen, begrijpen, analyseren en interpreteren in termen van de biologische betekenis,
werken met onderdelen van de wiskunde die belangrijk zijn voor de modellering met differentiaalvergelijkingen en parametervrije functies tekenen,
het gedrag van wiskundige modellen voorspellen door deze te analyseren in een faseruimte met isoclines en evenwichten.

Vaardigheden

Lezen van wetenschappelijke artikelen,
beroepsspecifieke tools,
computer als leeromgeving,
bioinformatics tools gebruiken,
werken met complexe systemen en wiskunde,
creatief, kritisch en probleemoplossend denken en werken.

Inhoud

Complexiteit is een fenomeen waarbij vele kleine onderdelen samenkomen in een groter, complex systeem. Biologische systemen zijn complex op elk niveau. Traditioneel worden biologische systemen reductionistisch bestudeerd, door ze uit elkaar te halen en kennis te verzamelen over de kleine deelsystemen. In de systeembiologie gaat het juist over het integreren van kleine onderdelen tot een groter geheel. Daarbij worden allerlei gerelateerde biologische feiten gecombineerd in een model om op die manier de complexiteit van het gehele biologische systeem beter te begrijpen. De moderne biologie verzamelt in een hoog tempo bijzonder veel nieuwe feiten, die opgeslagen worden in grote databanken. Voorbeelden hiervan zijn de complete genomen van verschillende soorten organismen, de expressiepatronen van genen in verschillende cellen, en de netwerken van interacties tussen de verschillende eiwitten in een cel. De systeembiologie probeert deze schat aan biologische gegevens te combineren, integreren en analyseren.

Systeembiologie is een theoretische benadering waarin we met wiskundige modellen en bioinformatische methoden experimentele gegevens verwerken. Voorbeelden van bioinformatische methoden zijn het automatisch zoeken in databanken (denk aan BLAST) en het automatisch rangschikken van genexpressie data. Wiskundige modellen en/of computer simulatiemodellen worden gebouwd door biologische kennis te combineren tot één werkend modelsysteem dat we veel beter kunnen bestuderen dan het oorspronkelijke (natte) biologische systeem.

Het eerste deel van de cursus gaat over Bioinformatic Data Analysis. Je maakt kennis met de werking van algemene methodes als fylogenie, sequence alignment en zoeken in databases, en leert de resultaten van dergelijke analyses interpreteren. Dit deel van de cursus neemt de helft van de cursusduur in beslag en wordt afgesloten met een toets.

Het tweede deel van de cursus gaat over Wiskunde en Theoretische Biologie. Het combineert de wiskunde van differentiaalvergelijkingen met de analyse van biologische modellen. De modeleringstak binnen de systeembiologie wordt ook wel computationele levenswetenschappen genoemd. In dit deel van de cursus leer je hoe je wiskundige modellen kunt lezen, interpreteren, analyseren en op een computer simuleren. We behandelen de wiskundige technieken die je hier voor nodig hebt. Je leert evenwichten te bepalen en faseruimtes te schetsen waaruit we de stabiliteit van deze evenwichten aflezen. We behandelen wiskundige modellen uit een aantal verschillende biologische disciplines zodat je ziet dat de systeembiologie op veel terreinen gebruikt wordt. Dit deel van de cursus neemt de helft van de cursusduur in beslag en wordt afgesloten met een toets.