الخبرة المهنية والطلابية في مجال التكنولوجيا الحيوية وعلوم البيانات الطبية الحيوية. تعلم منهجيات في بيولوجيا الأنظمة بما في ذلك: المعلوماتية الحيوية، والنمذجة الديناميكية، وعلم الجينوم، والنماذج الشبكية والإحصائية، والبروتينات، وتقنيات أومي، وموارد أبحاث الخلية الواحدة.
Suggested by: Coursera (What is Coursera?)
No prior knowledge required
No unnecessary risks
يغطي التخصص في بيولوجيا النظم المفاهيم والأساليب المستخدمة في تحليل النظم البيولوجية على مستوى الأنظمة.
في المشروع النهائي، سيقوم الطلاب بتطبيق الأساليب التي تعلموها في خمس دورات من التدريب على مشروع بحثي.
سيعرّف هذا المقرر الطلاب على بيولوجيا الأنظمة الحديثة، والتي تركز على خلايا الثدييات ومكوناتها ووظائفها. يتقدم علم الأحياء من الجزيئي إلى المعياري. بينما نزيد معرفتنا بالجينوم والتعبير الجيني، ونطور قوائم الجزيئات (البروتينات والدهون والأيونات) المشاركة في العمليات الخلوية، سنحتاج إلى فهم كيفية تفاعل هذه الجزيئات مع بعضها البعض لتشكيل وحدات تعمل كحالات وظيفية متميزة . تشكل هذه الأنظمة الأساس للعمليات الخلوية الفرعية الرئيسية مثل نقل الإشارات والنسخ والحركة والإثارة الكهربائية. تتجمع هذه العمليات معًا لعرض السلوكيات الخلوية مثل الإفراز والثقافة وإمكانات العمل.
ما هي خصائص هذه الأنظمة التحت خلوية والخلوية؟ ما هي الآليات التي من خلالها تتطور السلوكيات الجديدة في الأنظمة؟ ما هي أنواع التجارب التي تشجع التفكير على مستوى النظام؟ لماذا نحتاج إلى الحسابات والمحاكاة لفهم هذه الأنظمة؟
ستعمل الدورة على تطوير عدة خطوط تفكير للإجابة على الأسئلة المذكورة أعلاه. هناك خطان أساسيان للمناقشة هما: تصميم وتنفيذ وتفسير التجارب متعددة المتغيرات التي تنتج تفكيرًا كميًا ونماذج وعمليات محاكاة. “كيف” تتطور الوظائف على المستوى الخلوي ومعرفة “لماذا” الآلية تسمح لنا بالتنبؤ بالسلوكيات الخلوية التي يمكن أن تؤدي إلى حالات مرضية واستجابات للأدوية.
تعرف على التقنيات التي تقود إلى التجريب في بيولوجيا الأنظمة، مع التركيز على تسلسل الحمض النووي الريبي (RNA)، والبروتينات القائمة على الكتلة، وقياس التدفق / الكتلة الخلوية، وتصوير الخلايا الحية.
المحرك الرئيسي لمجال بيولوجيا الأنظمة هو التكنولوجيا التي تسمح لنا بالتعمق أكثر فأكثر في كيفية استجابة الخلايا للاضطرابات التجريبية. وهذا يسمح لنا ببناء نماذج كمية أكثر تفصيلاً للعمل الخلوي، والتي يمكن أن توفر رؤية قيمة لتطبيقات تتراوح من التكنولوجيا الحيوية إلى الأمراض البشرية. يقدم هذا المقرر نظرة عامة واسعة على مجموعة متنوعة من التقنيات التجريبية الحديثة في بيولوجيا النظم، مع التركيز على الحصول على البيانات الكمية المطلوبة لأغراض النمذجة الحسابية في التحليلات اللاحقة.
نحن نتعامل مع أربع تقنيات رئيسية:
تُستخدم هذه التقنيات بشكل متكرر في بيولوجيا الأنظمة ويتم تنفيذها على نطاق جينومي واسع يصل إلى تغطية جزيء واحد، من ملايين الخلايا إلى خلية واحدة، وبين نقاط زمنية فردية ومسارات عالية التردد مقاسة. نحن لا نقدم الخلفية النظرية التي تعمل على أساسها هذه التقنيات فحسب، بل ندخل أيضًا إلى المختبرات الرطبة لتقديم كيفية تنفيذ هذه التقنيات عمليًا، وكيف يتم تحليل البيانات الناتجة من حيث الجودة والمحتوى.
يقدم هذا المقرر طرق تحليل البيانات المستخدمة في بيولوجيا النظم والمعلوماتية الحيوية وأبحاث علم الصيدلة النظم. يغطي المقرر طرق معالجة البيانات الأولية من التجارب لفحص تعبير mRNA في الجينوم (المصفوفات الدقيقة وتسلسل الحمض النووي الريبي) بما في ذلك تطبيع البيانات، والتجميع، وتقليل الأبعاد، والتعبير التفاضلي، وتحليل التخصيب، وبناء الشبكات.
تتضمن الدورة وثائق عملية لاستخدام العديد من أدوات المعلوماتية الحيوية وإنشاء خطوط أنابيب لتحليل البيانات، بالإضافة إلى العمليات الرياضية وراء الأساليب المطبقة على هذه الأدوات وأعمال التدفق. الدورة مناسبة بشكل أساسي للطلاب المتقدمين وطلاب المرحلة الجامعية المتقدمة في مجالات مثل علم الأحياء والإحصاء والفيزياء والكيمياء وعلوم الكمبيوتر والهندسة الطبية الحيوية والهندسة الكهربائية.
يجب أن تكون الدورة مفيدة للباحثين في المختبرات الرطبة والجافة الذين يتعاملون مع مجموعات البيانات الكبيرة في أبحاثهم. وهو يقدم أدوات برمجية طورها مختبر Maayan ( http://labs.icahn.mssm.edu/maayanlab/ ) التابع لكلية الطب في Icahn في Mount Maayan في نيويورك، بالإضافة إلى أدوات تحليل تصور البيانات الأخرى المتاحة مجانًا. الهدف العام للدورة هو تمكين الطلاب من استخدام الأساليب المقدمة فيه لتحليل بياناتهم للمشاريع الشخصية. بالنسبة للطلاب الذين لا يعملون في هذا المجال، يعرض المقرر تحديات البحث في مجال علم الأحياء الجهازي وعلم الصيدلة الجهازي.
مقدمة لطرق النمذجة الديناميكية المستخدمة في أبحاث بيولوجيا النظم الحديثة. نحن نتبع نهجًا قائمًا على الحالة لتدريس تقنيات النمذجة الرياضية الحديثة. الدورة مناسبة للطلاب الجامعيين المتقدمين وطلاب الدراسات العليا المبتدئين.
توفر المحاضرات خلفية بيولوجية وتشرح تطور النماذج الرياضية الكلاسيكية والتمثيلات الحديثة للعمليات البيولوجية. ستكون الدورة مفيدة للطلاب الذين يخططون لاستخدام التقنيات التجريبية في نهجهم المختبري وتطبيق النموذج الحسابي كأداة لفهم التجارب بعمق. ستكون الدورة أيضًا ذات قيمة كمقدمة للطلاب الذين يخططون لإجراء بحث أصلي في نمذجة النظم البيولوجية.
يركز هذا المقرر على تقنيات النمذجة الديناميكية المستخدمة في أبحاث بيولوجيا النظم. تعتمد هذه التقنيات على آليات بيولوجية، وتنتج عمليات المحاكاة باستخدام هذه النماذج تنبؤات يمكن اختبارها تجريبيًا. غالبًا ما توفر هذه التنبؤات القابلة للاختبار رؤى جديدة للعمليات البيولوجية.
يمكن تقسيم الأساليب التي يتم تدريسها هنا إلى الفئات التالية:
سيركز هذا المقرر على تطوير المهارات التكاملية من خلال القراءة الموجهة وتحليل الأدبيات الأولية الحالية، لتمكين الطالب من تطوير مشروع الأطروحة كاختبار شامل نهائي للتخصص في بيولوجيا النظم.
تجدر الإشارة إلى: من أجل أخذ هذه الدورة يجب إكمال المقررات التالية في مسار الإشارة: مقدمة في بيولوجيا الأنظمة، تحليل الشبكات في بيولوجيا الأنظمة، طرق النمذجة الديناميكية لبيولوجيا الأنظمة، الطرق التجريبية في بيولوجيا الأنظمة والتحليل المتكامل في بيولوجيا الأنظمة بيولوجيا النظم.
