Danmarks Tekniske Universitet

Transkript

1 Side 1 of 15 Danmarks Tekniske Universitet Skriftlig prøve, den 2/ Kursus navn: Introduktion til SystemBiologi Tilladte hjælpemidler: Alle "Vægtning" Angivet ved de individuelle opgaver. Kursusansvarlig Thomas Nordahl Petersen

2 Side 2 of 15 Eksamen Marts 2012 Dette sæt indeholder 5 opgaver (side 1-14) check at du har alle sider. Opgave 1 DNA, gener og celleorganeller (20%) Opgave 2 Tekstgenkendelse (15%) Opgave 3 Biologiske netværk (20%) Opgave 4 Chemoinformatics (25%) Opgave 5 Genotype og fænotype (20%) En online version af opgavesættet vil være tilgængeligt fra kursets lektionsplan - Friday_March_2_-_written_exam Svaret skal uploades på CampusNet ( under "Opgaver". Husk at gemme seneste version af dokumentet inden du uploader svaret. Når du afleverer får du en kode som skal skrives i feltet "Afleveringskode" nedenfor. VIGTIGT: Dit studienummer skal fremgå af filnavnet (fx. s doc eller s txt) og skal også stå i starten af dokumentet (fx: "Studienummer: s022717") Udfyld denne forside og aflever den til eksamensvagten. Navn: Studienummer: Afleveringskode:

3 Side 3 of 15 Ang. brug af Internettet Trådløst internet: Du skal koble dig på det helt normale DTU Wireless system. Online materialer: Linksamlingen til bioinformatik serverne findes via kursets lektionsplan. BEMÆRK: I er ikke begrænset til kun de links der findes her det er tilladt at søge information andetsteds. Det er IKKE tilladt at kommunikere med andre over nettet under eksamen. Sluk telefonen. Der vil blive taget stikprøver af netværkstrafikken for at sikre dette. Hvad gør man hvis en web-server ikke virker: 1) Verificer at input-data er i korrekt format. Forkert inputdata er i næsten alle tilfælde årsagen til problemet. 2) Prøv evt. at finde en alternativ server med samme funktion (Google). 3) Rapporter fejlen til eksamensvagten - den kursusansvarlige vil så blive tilkaldt. HUSK altid: Don t panic Held og lykke med eksamenen. -Thomas

4 Side 4 of 15 Opgave 1 DNA, gener og celleorganeller (20%) 1) Herunder er vist et Enkelt-strenget DNA molekyle. Hvilke af DNAstrengene a-e, er den komplimentære DNA streng? Enkelt-strenget DNA molekyle: 5 CCGTGTGCAA 3 a. 5 GGCACACGTT 3 b. 3 GGCACACGUU 5 c. 3 CCGTGTGCAA 5 d. 5 TTGCACACGG 3 e. 5 AACGTCTCCC 3 svar: d 2) Når et protein skal nedbrydes, bliver det først mærket med ubiquitin, dvs ubiquitin binder til proteinet. Hvad kaldes det protein-komplex som nedbryder proteiner? Svar: proteosome 3) Hvad er forskellen mellem euchromatin og heterochromatin? Svar: heterochromatin er tæt pakket, normalt transkriberes gener ikke fra disse områder. Euchromatin er en lettere pakket form af chromatin og traskription forekommer normalt fra disse områder. 4) Hvad kaldes den/de dele af gener som er tilstede i pre-mrna, men som er klippet ud i det modne mrna og derfor ikke koder for nogle aminosyrer? Svar: Introns 5) Hvilken af nedenstående type organel findes i planter men ikke i dyr? a. Ribosomer. b. Mitochondrier. c. Nucleus.

5 Side 5 of 15 d. Plastider. e. Alle ovenstående findes både i planter og dyr. Svar: d, plastider 6) Der er ca gener i det humane genom, men det viser sig at der er væsentligt flere humane mrna er. Hvad er den primært årsag til dette? Svar: alternativ splicning

6 Side 6 of 15 Opgave 2 Tekstgenkendelse (15%) En matematisk model er blevet trænet udfra mange videnskablige abstrakts, til at genkende om det beskriver naturligt forekommende kemiske forbindelser som findes i planter. Dette gøres i 2 trin (vist herunder) for at finde et sandt par baseret på abstrakt og sætning. Trin1: Er et abstrakt relevant for planter P(abstrakt) Trin2: Beskriver en sætning naturligt forekommende kemiske forbindelser P(sætning) Udfra abstrakt A, forudsiger vores model følgende sandsynlighed P(abstrakt)= I sætningen vist med gult, genkendes de ord som er fremhævet med fed skrift og modellen forudsiger P(sætning)=0.51. Abstrakt A. In this study, the effect of the flavonoids quercetin-3-methyl-ether (isorhamnetin) (1), quercetin-3,7-dimethyl-ether (2) and kaempferol- 3,7-dimethyl-ether (3) isolated from Cistus laurifolius L. (cistaceae) leaves was assessed on lipid peroxidation (liver and plasma), cellular glutathione (GSH) level and plasma AST (aspartate aminotransferase), ALT (alanine aminotransferase) enzyme activities in acetaminophen-induced liver damage in mice. At 114 mg/kg oral dose quercetin-3,7-dimethylether was shown to possess potent antioxidative activity. 1) Har vores model forudsagt et sandt par, dvs identificeret naturligt forekommende kemiske forbindelser som findes i planter? (begrund svaret) Svar: 0.994*0.51= 0.507, produktet af P(abstrakt) og P(sætning) er større end 0.5 og det er derfor klassificeret som et sandt par, men troværdigheden(confidence) er marginal, da grænsen for et sandt par ligger på over 0.5 og her er vi kun lidt over denne grænse.

7 Side 7 of 15 Udfra abstrakt B, har vores model forudsagt P(abstrakt) = 0.201, mens sætningen vist med gult forudsiges med en sandsynlighed på P(sætning)=0.994 til at beskrive naturligt forekommende kemiske forbindelser. Abstrakt B The National Institute of Standards and Technology (NIST), the Food and Drug Administration (FDA) Center for Drug Evaluation and Research (CDER) and Center for Food Safety and Applied Nutrition (CFSAN), and the National Institutes of Health (NIH), Office of Dietary Supplements (ODS) are collaborating to produce a series of standard reference materials (SRMs) for dietary supplements. Standard reference material (SRM) 3276 Carrot Extract in Oil is one in this series, with values assigned for transalpha-carotene, trans- and total beta-carotene, delta- and gammatocopherol, and twelve fatty acids. Results for carotenoids and tocopherols were obtained by use of combinations of liquid chromatography (LC), on columns of differing selectivity, with absorbance and mass spectrometric (MS) detection. Fluorescence detection also was used for the tocopherols. Results for fatty acids were obtained by use of gas chromatography (GC) with both flame-ionization and massspectrometric detection. This material is intended for use as a primary control material when assigning values to in-house (secondary) control materials and for validation of analytical methods for measurement of these analytes in similar matrices. 2) Har vores matematiske model fundet et sandt par udfra abstrakt B? (begrund svaret) Svar: 0.994*0.201= 0.200, produktet af P(abstrakt) og P(sætning) er mindre end 0.5 og det er derfor klassificeret som et falsk par og troværdigheden(confidence) er god da grænsen for et sandt par ligger på over 0.5 og her er vi langt fra denne grænse, dvs en god forudsigelse af et negativt par.

8 Side 8 of 15 Opgave 3 Biologiske netværk (20%) Baseret på et ChIP-Chip eksperiment, har man fundet at transkriptions-faktor A binder til de regulatoriske områder til generne B og C. Gen C koder for en transkriptions-faktor, og vha. endnu et ChIP-Chip eksperiment finder man at det binder til de regulatoriske områder til generne A og B. 1. I figur 1 er en skematisk repræsentation af fire biologiske netværk. Hvilket netværk (1-4) svarer til den information som er beskrevet ovenfor? Svar: netværk 1 er den illistration som svarer til det beskrevet ChIP-Chip eksperiment. 1) 2) A C A C B B 3) 4) A C A C B B Figur 1 Skematisk repræsentation af biologiske netværk. Generne er her vist som cirkler (engelsk: nodes). 2. Hvad er ind-graden (engelsk: in-degree) af gen B baseret på ChIP-Chip eksperimenterne? Svar: Der er 2 indkommende edges til node B, så in-degree er 2.

9 Side 9 of 15 Herunder i figur 2 er vist endnu et netværk, hvor cirklerne fremover vil blive kaldt node/nodes og forbindelseslinierne for edge/edges. Benyt figur 2 til at svare på spørgsmålene 3-6. Figur 2 nodes A til J forbundet via edges. 3. Hvor meget er dette netværk forbundet i middel (engelsk: average node connectivity/degree)? Svar: A: 3, B: 2, C:4, D:4, E:1, F:3, G:4,H:4, I:4, J:1 ( )/10=3 4. Hvis man vælger en tilfældig node, hvor meget vil denne så være forbundet (engelsk: most likely connectivity)? Svar:Der er flest nodes med en connectivity på 4, altså er most likely connecivity Hvis hver edge har længden 1, hvad er så længden af den korteste vej mellem disse par af nodes: Svar: A E 3_ B H 3_ C F 3_ F I 2_ B F 3_

10 Side 10 of Den længeste vej udfra alle par af korteste veje, kaldes også diameteren af et netværk. Hvad er diameterne af netværket vist i figur 2? Svar: Den længste vej af alle vej er 4 som i B-J

11 Side 11 of 15 Opgave 4 Chemoinformatics (25%) 1. Antag at du har 2 kemiske forbindelser som kan beskrives med følgende signatur (engelsk: fingerprint structural keys): Kemisk forbindelse A: Kemisk forbindelse B: Hvor meget ligner de 2 kemiske forbindelser A og B hinanden, baseret på Tanimoto koefficienten? Svar: Kemisk forbindelse A: Kemisk forbindelse B: TC = (7/( ) = Ved brug af pubchem ( skal du svare på spørgsmål a-c udfra en kemisk forbindelse som er vist herunder i form af canonical SMILES COC1CN(CCC1NC(=O)C2=CC(=C(C=C2OC)N)Cl)CCCOC3=CC=C(C=C3)F og strukturen som er vist i figur 1.

12 Side 12 of 15 figur 1 a. Hvad er navnet og de farmakologiske egenskaber? Svar: Cisapride. It is used in the management of gastroesophageal reflux disease, functional dyspepsia, and other disorders associated with impaired gastrointestinal motility. ( /summary.cgi?cid=2769&loc=ec_rcs) b. Er Lipinski s rules of five opfyldt? (forklar) Svar: Ja Molecular Weight: [g/mol] XLogP3-AA: 3.4 H-Bond Donor: 2 H-Bond Acceptor: 7 c. Medikamentet er trukket tilbage fra markedet p.gr.af en alvorlig bivirkning. Hvad kan denne bivirkning være baseret på medikamentets Bioassay Data information (BioActivity Data)? Hint: Kig på AID kode og lignende, samt google.

13 Side 13 of 15 Opgave 5 Genotype og fænotype (20%) Fire personer (Bruce, Chuck, Vin og Wes) kan karakteriseres med følgende fænotyper (engelsk: phenotypes or traits ): Bruce Dry earwax Straight hair Brown eyes Flushes when he drinks alcohol Non-smoker Lactose intolerant Asian ancestry Chuck Wet earwax Straight hair Blue eyes Non-smoker Immune to malaria European ancestry Vin Wet earwax Bald Brown eyes Heavy smoker High blood pressure European ancestry Wes Wet earwax Curly hair Brown eyes Non-smoker Immune to malaria African ancestry I tabellen (side 13 og 14) herunder er vist genotyperne for 10 SNPs for person A, B, C og D. I første kolonne er hver SNP beskrevet ved et rs number og du skal ved hjælp af disse slå op i SNPedia ( og finde den mulige fænotype og skrive den i tabellen under possible trait. Når du har fundet disse fænotyper skal du

14 Side 14 of 15 svare på hvilken person (A, B, C og D) der svarer til Bruce, Chuck, Vin og Wes. Dette navn skriver du ligeledes i tabellen i rækken Who is it? Person A Person B rs number genotype on dbsnp strand possible trait genotype on dbsnp strand possible trait rs CT wet earwax CC wet earwax rs334 AT carrier of, but unaffected by, sickle cell anemia; greater malaria resistance AA normal rs671 GG normal GG normal rs TT can digest milk CT can digest milk rs CC normal TT associated with heavier smoking in Caucasians rs GG reduced risk of baldness AA increased risk of baldness rs CC straighter hair TT hair curl rs CC blue/gray eyes possible CT brown/black eyes more likely rs AA probably light-skinned, European ancestry rs5186 AA normal risk CC AA probably light-skinned, European ancestry 7.3x increased risk of hypertension Who is it? Chuck Vin Person C Person D rs number genotype on dbsnp strand possible trait genotype on dbsnp strand possible trait rs TT dry earwax CT wet earwax rs334 AA normal AT carrier of, but unaffected by, sickle cell anemia; greater malaria resistance rs671 AG experiences asian flush GG normal rs CC possibly lactose intolerant TT can digest milk rs CC normal CC normal rs GG reduced risk of baldness GG reduced risk of baldness

15 Side 15 of 15 rs CC straighter hair TT hair curl rs TT brown/black eyes more likely CT brown/black eyes more likely rs GG probably darker-skinned, Asian or African ancestry GG probably darker-skinned, Asian or African ancestry rs5186 AA normal risk AA normal risk Who is it? Bruce Wes