Contexto da Disciplina e Objetivos

As Ciências Biológicas sofreram uma importante revolução nas últimas décadas com o surgimento de novas tecnologias para a medicão de fenômenos moleculares. Esse fato causou uma transformação no mapa epistemológico, levando a Biologia para a categoria das ciências quantitativas.  Assim, as técnicas matemáticas, estatísticas e computacionais, tradicionalmente aplicadas em disciplinas tais como física, química e engenharia, passaram a ser elementos metodológicos das Ciências Biológicas.

Atualmente, as metodologias de Ciências Exatas sofreram uma grande transformação pela evolução conceitual e tecnológica das áreas de computação e comunicações, que permitem o armazenamento, processamento e distribuição de grandes volumes de dados. A aplicação dessas técnicas a grandes volumes de dados gerados por medidas deu origem à chamada Ciência de Dados. No contexto de ciências biológicas os dados são gerados principalmente por médidas moleculares de larga escala que exploram simultaneamente todo o subsistema estudado (ex., sequência do genoma de uma espécie, identificação de todos os genes dessa espécie, medida de expressão de todos esses genes em estados biológicos diferentes, etc.), armazenados em bancos de dados, em geral públicos, e processados pelas metodologias matemático, estatísticas e computacionais. Essa área que integra a Ciência de Dados às Ciências Biológicas ficou conhecida como Bioinformática, que é o objeto de estudo deste curso.

A Ciência de Dados pode abordar dois aspectos igualmente relevantes do desenvolvimento epistemológico:

• Descoberta de novos conhecimentos
• Síntese do estado da arte do conhecimento em modelos analíticos. Por exemplo, em engenharia, a dinâmica de návios ou aviões são modeladas por sistemas dinâmicos (i.e., sistemas de equações diferenciais ou equações de diferença, na forma discreta) que permitem a simulação em computador desses veículos sob as mais diversas condições ambientais e estados de movimento. Analogamente, em Bioinformática, tenta-se construir modelos analíticos de vias de sinalização celulares, o que permite a predição de estados biológicos  e condições para transformação de um estado em outro, isto é, os efeitos que seriam necessaries para uma droga mover o sistema de um estado para outro.

Assim, o objetivo deste curso é familiarizar o aluno com:

• Aspectos de dinâmicas fundamentais dos seres vivos no nível de Biologia Molecular e com a evolução das espécies
• Fenômenos moleculares que são medidos
• Técnicas de medição
• Repositórios públicos de fenômenos biológicos medidos
• Técnicas de processamento de dados que permitem extrair informação biológica dos fenômenos medido
• Modelos moleculares dinâmicos.
• Pretende-se ainda apresentar exemplos de problemas de bioinformática e de suas soluções

O curso é organizado em três módulos:

• Módulo 1 - apresenta a metodologia de Ciência de Dados e sua contextualização em Ciências Biológicas
• Módulo 2 - apresenta medidas moleculares que permitem estudar fenômenos biológicos tais como genômica, transcriptomica e proteômica, em um dado instante de tempo
• Módulo 3 - apresenta medidas moleculares dinâmicas ou composição de medidas moleculares instantâneas para estudar sistemas biológicos que evoluem no tempo, tais como, o ciclo celular ou o ciclo de vida de um parasita