Departamento de Informática e Estatística

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Programa de Ensino 20192

Aprovado pelo Departamento em: 13-6-2019

  1. Identificação: Visualizar em PDF
    • Disciplina: INE5449 - Tópicos Especiais em Aplicações Tecnológicas II
    • Carga horária: 72 horas-aula      Teóricas: 54      Práticas: 18
    • Período: 2º semestre de 2019 até a presente data
  2. Curso(s):
    • Ciências da Computação (208)
  3. Requisito(s):
    • Ciências da Computação (208)
      • INE5412 - Sistemas Operacionais I
  4. Ementa:
    • Ementa livre para assuntos relevantes na área de Aplicações Tecnológicas.
  5. Objetivo(s):
    • Geral: Compreender os princípios de organização, funcionamento e engenharia de sistemas biológicos unicelulares e também conhecer técnicas modernas de biotecnologia e biologia computacional para poder modelar, simular e analisar redes de sinalização bioquímica e redes metabólicas, e compreender formas de processamento bioquímico de informação para implementar sistemas digitais e computacionais em sistemas biológicos.
    • Específicos:
      1. Compreender e correlacionar os conceitos, definições e fundamentos relacionados à biologia molecular, biotecnologia e bioengenharia.
      2. Utilizar técnicas, algoritmos, softwares e bases de dados de bioinformática para genômica, proteômica e metabolômica.
      3. Resolver numericamente equações diferencias ordinárias (parciais).
      4. Modelar reações bioquímicas e enzimáticas, simulá-las e analisar os resultados obtidos, utilizando técnicas adequadas.
      5. Modelar redes metabólicas, simulá-las e analisar os resultados obtidos, utilizando técnicas adequadas.
      6. Modelar mecanismos de regulação da expressão genética e circuitos genéticos, simulá-los e analisar os resultados obtidos, utilizando técnicas adequadas.
      7. Modelar o comportamento de bactérias, simulá-los e analisar os resultados obtidos, utilizando técnicas adequadas.
      8. Apresentar resultados científicos e técnicos em publicações, seminários e outras formas de expressão.
      9. Investigar problemas utilizando metodologia científica e planejar procedimentos adequados para testar as hipóteses levantadas
      10. Agir de forma ética e profissional, buscando a autonomia intelectual, o desenvolvimento do espírito científico e do pensamento reflexivo, e a pesquisa e investigação científica.
      11. Demonstrar condições de trabalhar e cooperar com outras pessoas em equipe e atuar como líder de equipe.
  6. Conteúdo Programático:
    • Fundamentos de biologia celular e molecular [6 horas-aula]
      • Introdução à biologia unicelular e molecular (Taxonomia, Estrutura celular e Organelas, Metabolismo, ciclo celular, Replicação, Transcrição, Tradução).
      • Regiões gênicas, Fatores de Transcrição, Promotores, Sítios de ativação, ORFs, Splicing, Estruturas do RNA.
      • Proteínas, Códons, Aminoácidos, Estruturas secundárias e terciárias, Funções, Enzimas.
    • Sistemas biológicos e técnicas experimentais de biotecnologia e bioengenharia [6 horas-aula]
      • Organismos vivos como sistemas, Projeto e engenharia de organismos vivos, estado da arte.
      • Técnicas para genômica (Vetores de Transmissão, Enzimas de restrição, Primers, PCR, Eletroforese, Microarray) e para proteômica (Cristalografia, Ab-initio, Blast, Gel-2D, Mald-tof, etc)
    • Técnicas computacionais de bioinformática e biologia computacional [14 horas-aula]
      • Bancos de dados biológicos (GenBank, EBI, Swiss-prot, etc) e formatos (SBML, SBOL, PDB, etc).
      • Ferramentas web diversas (Análise de sequência, Predição de genes, Alinhamentos, Árvores filogenéticas, Predição da estrutura e função de proteínas).
      • Padronização, Repositórios de componentes biológicos reusáveis (biobricks, virtual parts, etc), Método de utilização de biobricks como componentes reusáveis de circuitos genéticos, iGEM.
      • Frameworks (COPASI, BioJade, BioStudio, etc), Integração de frameworks com linguagens de programação C++ e Java, Prática com COPASI,
      • Ferramentas (TinkerCell, VirtualCell, etc), CADs (BioCAD, GenoCAD), Prática com TinkerCell.
    • Métodos de modelagem e simulação de vias bioquímicas, redes metabólicas e bactérias [20 horas-aula]
      • Cinética molecular, Michaelis-Menten, Equação de Hill, Modelagem de vias bioquímicas por equações diferenciais ordinárias, Resolução numérica por Runge-Kutta
      • Portas lógicas e circuitos eletrônicos genéticos, Biestabilidade, Osciladores, Motifs.
      • Plano de fase, Nullclines, Estabilidade no estado estacionário, Bifurcação, Sensibilidade e Ajuste de parâmetros.
      • Simulação e análise de vias bioquímicas com COPASI e TinkerCell.
      • Redes metabólicas, Redes de Petri, Redes Bayesianas, Análise de balanço de fluxo.
      • Modelagem e simulação de bactérias com linguagem de programação Gro.
    • Processamento bioquímico de informação e biocomputação [26 horas-aula]
      • Biossensores e bioatuadores (princípios, projeto, funcionamento, exemplos)
      • Formas de processamento de informação (Eletrônica molecular e Bioeletrônica, Computação com DNA, Computação com RNA, Computação com Reação-Difusão química, Codificação de informação em polímeros, Proteínas como máquinas de processamento).
      • Componentes biológicos de um sistema computacional.
      • Circuitos sequenciais assíncronos, Síntese de circuitos digitais combinacionais e sequenciais em sistemas orgânicos, estado da arte.
  7. Bibliografia Básica:
    • Alberts Bruce; Molecular biology of the cell. ISBN: 978-0-8153-4105-5.
    • Nelson David L.; Lehninger principles of biochemistry. ISBN: 0-7167-4339-6.
    • ARBEX, Wagner (Ed.). Talking about computing and genomics TACG: modelos e métodos computacionais em bioinformática. Brasília, DF: EMBRAPA, 2014. 199 p. ISBN 9788570353825.
    • Apostila da disciplina fornecida pelo professor.
    • Artigos científicos fornecidos pelo professor.
  8. Bibliografia Complementar:
    • Cooper GM, Hausman RE ; The Cell: A Molecular Approach, 2013. ISBN: Sixth Edition
    • Tanya Sienko (ed), Andrew Adamatzky, Michael Conrad, Nicholas G. Rambidi. Molecular Computing, 2003. The MIT Press. ISBN-13: 978-0262693318
    • Evgeny Katz (ed). Biomolecular Information Processing: From Logic Systems to Smart Sensors and Actuators. July 2012.ISBN:9783527332281