výpočetní systémová biologie

studium bioinformatiky na fakultě informatiky MU

Co je výpočetní systémová biologie?

Co mají společného buňky a informatici? Každou živou buňku lze chápat jako ohromně výkonný počítač, který je ovládán prostřednictvím sofistikovaných programů. Abychom dokázali správně využít živou buňku, případně jen správně opravit špatně fungující (nemocnou) buňku, je nezbytné porozumět jejímu chování a tedy programům, jež v ní probíhají. Tímto problémem se zabývá systémová biologie za pomoci počítačových modelů buněčných procesů. K pochopení chování buňky a jiných živých systémů je tak nezbytné zkoumat dynamiku součinnosti jejích vnitřních komponent. Systémová biologie je moderní přístup k porozumění a predikci vlastností a principů živé hmoty opřený o přesná bioinformatická data týkající se těchto komponent a jejich vztahů. Jedná se o mezioborovou problematiku, v níž hraje nepostradatelnou roli aplikace informatických metod a systémového myšlení, často se používá modelování a simulace.

Hlavním cílem výpočetní systémové biologie je objevovat dosud neznámé vlastnosti živé hmoty s využitím moderních metod a technik informatiky. V prostředí tradiční experimentální laboratoře je prakticky možné ověřovat pouze již známé hypotézy. Důvodem jsou omezené možnosti měření, nákladné přístroje a média, doba přípravy a trvání experimentů. Proto jsou v systémové biologii používány počítačové modely živého organismu, na nichž je možné provádět experimenty bez těchto praktických omezení. Na bázi výpočetních nástrojů tak vzniká virtuální digitální laboratoř, která je určitou paralelou laboratoře experimentální. Na základě výsledků zjištěných prostřednictvím simulací a analýzy ve virtuální laboratoři lze potom vybírat vhodné živé experimenty, které prokáží reálnou platnost modelových hypotéz.

Proč studovat bioinformatiku a systémovou biologii na FI?

I když bioinformatiku lze studovat na mnoha vysokých školách v ČR, Fakulta informatiky jako jediná vysoká škola v ČR nabízí ucelený studijní program pro systémovou biologii jak na bakalářské tak i na magisterské úrovni. Při výuce spolupracujeme s Přírodovědeckou fakultou MU a centrem CEITEC. Studenti mají možnost se již během studia zapojit do práce na výzkumných projektech realizovaných v Laboratoři systémové biologie SYBILA na Fakultě informatiky. Skladba předmětů oboru je unikátní svým propojením informatiky a biologie se zásadním důrazem na nejmodernější informatické metody a na kvalitu informatického vzdělání. Absolvent tak bude profesionálem v informatice, ale zároveň bude schopen být plnohodnotným členem týmu zabývajícím se vývojem bezpečných biotechnologií, nových léků nebo biopaliv třetí generace.

Co se naučíte?

Absolvent bakalářského studia bude schopný navrhovat vhodné analýzy bioinformatických dat, bude ovládat výpočetní nástroje, které mu umožní manipulaci a prezentaci takových dat, dokáže spravovat počítačový systém, instalovat na něm potřebné programové vybavení a toto vhodným způsobem modifikovat a navzájem propojovat k dosažení výsledků interpretovatelných biologem, popřípadě chemikem, lékařem a pod. K oblastem, které v současnosti využívají metody bioinformatiky, patří zejména biologie, moderní biotechnologie, zdravotnictví a kriminalistika. Existuje rovněž celá řada firem, které se zabývají vyrobou zařízení a programového vybavení pro vědecké i komerční aplikace bioinformatiky a předpoklady dalšího rozvoje těchto oblastí jsou více než dobré.

Studijní program Umělá inteligence a zpracování dat, jehož součástí je specializace Bioinformatika a systémová biologie na magisterské úrovni, připravuje studenty na práci v oblasti návrhu a vývoje inteligentních systémů a analytiky rozsáhlých dat. Jde o oblasti informatiky, které se dnes velmi rychle vyvíjejí a nabývají stále větší důležitosti. Program studenty vede k důkladnému pochopení základních teoretických pojmů a metod. Již v průběhu studia studenti řeší konkrétní případové studie, při kterých se seznámí s aktuálně používanými nástroji a technologiemi. Studenti tak získají zkušenosti, které jim umožní bezprostředně využít aktuální stav poznání v praxi, i pevné základy, díky kterým mohou nadále samostatně sledovat další vývoj v oblasti. Program se dělí do čtyř specializací, které prohlubují znalosti ve vybraném směru. Specializace sdílí společný základ studia, který představuje studentům nejdůležitější matematické, algoritmické i technologické aspekty práce oboru. Specializace Bioinformatika a systémová biologie je určena pro studenty, kteří chtějí získat vedle všeobecných poznatků z informatiky i nejnovější znalosti v dynamicky se rozvíjejících oborech na pomezí informatiky a biologie. Výběrem této specializace student získá hluboké znalosti týkající se zpracování, ukládání a analýz biologických dat nebo pro využití formálních metod pro analýzu a predikci chování biologických systémů.

Jak probíhá studium?

Systémovou biologii lze na FI studovat na bakalářské i navazující magisterské úrovni. Na bakalářské úurovni je studium otevřeno jako zaměření v programu Informatika, na magisterské úrovni jako specializace v programu Umělá inteligence a zpracování dat.

bakalářské studium

Hlavním cílem na úrovni bakalářského studia je umožnit absolventům orientaci v problémech oboru, vyzbrojit je znalostmi, které jim umožní tyto problémy nejen pochopit, ale i řešit nejtypičtější situace, se kterými se mohou setkat v praxi. Tomu je přizpůsobena i skladba předmětů. Kromě standardních informatických předmětů nabízí zaměření řadu specializovaných kurzů:

  • Bioinformatika I
  • Biochemie pro informatiky
  • Úvod do systémové biologie
  • Projekt z bioinformatiky a systémové biologie
  • Výpočetní metody v bioinformatice a systémové biologii

magisterské studium

Specializace Bioinformatika a systémová biologie se zaměřuje na pokročilé počítačové metody pro automatizovanou analýzu rozsáhlých biologických dat a pro vytváření prediktivních modelů biologických procesů za účelem lepšího pochopení komplexních biologických systémů. Specializace nabízí tyto předměty:

  • Bioinformatika II
  • Projekt z bioinformatiky I
  • Spojité a hybridní systémy
  • Formální modely v systémové biologii
  • Projekt ze systémové biologie
  • Modelování a predikce v systémové biologii
  • Seminář ze systémové biologie
  • Optimalizace
  • Laboratoř systémové biologie
  • Pokročilé metody bioinformatiky
  • Biocomputing
Kam po studiu?

Díky dynamickému vývoji oblasti, na kterou studenty program připravuje, mají absolventi širokou škálu uplatnění, přičemž konkrétní způsoby uplatnění kontinuálně vznikají a mnohé se teprve objeví v průběhu studia. Rámcové možnosti uplatnění představují: aplikovaný i základní výzkum, typicky zpracování rozsáhlých dat, často ve spolupráci s odborníky z jiných oborů jako je biologie nebo lingvistika; práce ve firmách, jejichž bezprostředním zájmem jsou umělá inteligence a zpracování dat (např. Seznam, Google), například na pozicích Data Scientist a Machine Learning Engineer; práce ve firmách, které mají k dispozici cenná a často rozsáhlá data (např. bankovnictví, telekomunikační operátoři), ale i firmách poskytující technologie pro datovou analytiku v cloudech, například na pozicích Business Intelligence Analyst a Data Analyst; založení vlastního start-upu specializujícího se na využití metod umělé inteligence v konkrétní oblasti.

Další možností je pokračovat ve studiu na doktorské úrovni, které je možné i na Fakultě informatiku MU. Výzkumný tým, do kterého jsou doktorští studentí zapojeni, patří mezi přední světová pracoviště v oblasti výpočetní systémové biologie.

PODAT PŘIHLÁŠKU NA BC STUDIUM