Activity Axis 5: Bioinformatics Print E-mail

Συντονιστής: Α. Τσακαλίδης
Συμμετέχοντα μέλη του Δικτύου: Κλάπα Μ., Λυκοθανάσης Σ., Λυγερού Ζ Μαυρουδή Σ., Μοσχονάς Ν., Μπερμπερίδης Κ., Πατρινός Γ, Τσακαλίδης Α., Ψαράκης Μ.

Εισαγωγή
Βρισκόμαστε πλέον σε μια εποχή, όπου είναι εμφανής η αλληλεπίδραση μεταξύ των διαφόρων επιστημονικών πεδίων κυρίως στις Επιστήμες Ζωής. Βλέπουμε να εμφανίζεται η Βιολογία σαν μία επιστήμη της Πληροφορίας και κινούμαστε προς την ενοποίηση της Βιολογίας και της Ιατρικής. Η Βιοπληροφορική και η Ιατρική Πληροφορική είναι ήδη καλώς προσδιορισμένες και ταχέως εξελισσόμενες επιστήμες. Οι εξελίξεις στη Μοριακή Βιολογία, στην Γενετική, τη Γονιδιωματική και όλες τις τεχνολογίες υψηλής απόδοσης (high throughput) διευρύνουν το ερευνητικό πεδίο της Βιοπληροφορικής για να μπορεί να αγκαλιάσει την βιολογία του κυττάρου, των ιστών, των οργάνων, των οργανισμών και των πληθυσμών. Όλο και περισσότερο η Ιατρική κατανοεί καλύτερα την μοριακή βάση των παθήσεων καθώς και τη συμβολή του γονότυπου στην εξέλιξη των νόσων και την αποτελεσματικότερη αντιμετώπισή τους. Η καταγραφή σε Η/Υ και συστηματική ομαδοποίηση του τεράστιου όγκου των βιολογικών δεδομένων, η ποσοτικοποίηση της πολυεπίπεδης γονιδιακής ενεργότητας, η δημιουργία πληροφοριακών και συμβατών μεταξύ τους βάσεων δεδομένων με αναφορά στα πολλαπλά επίπεδα οργάνωσης της βιολογικής λειτουργίας και η δημιουργική εξόρυξη πληροφορίας από την διαρκώς αυξανόμενη παραγωγή και δημοσίευση πειραματικών αποτελεσμάτων, αποτελούν στόχους της Βιοπληροφορικής και δημιουργούν μια ιδιαίτερα υποσχόμενη και ενδιαφέρουσα διεπιφάνεια ανάμεσα στην πληροφορική, τα υπολογιστικά μαθηματικά και τις επιστήμες της ζωής.
Στα πλαίσια του Δικτύου «MGN_UPatras», επιχειρείται η συστηματοποίηση και επέκταση της ήδη υπάρχουσας συνεργασίας σε θέματα Βιοπληροφορικής, μιας ισχυρής ομάδος ερευνητών του Τμήματος Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής της Πολυτεχνικής Σχολής με μέλη των Τμημάτων Ιατρικής και Φαρμακευτικής. Η ομάδα συμπληρώνεται με την εξωτερική συνεργάτιδα του δικτύου Μ. Κλάπα (ερευνήτρια του Ινστ. Χημ. Μηχαν. & Χημ. Διερ. Υψηλής Θερμ.–ΙΤΕ) με ερευνητική εμπειρία σε σχετικά θέματα και πολυετή συμμετοχή στη διδασκαλία προπτυχιακών και μεταπτυχιακών μαθημάτων Βιοπληροφορικής στο Παν/μιο Πατρών. Τέλος, υπογραμμίζεται ο υποστηρικτικός ρόλος των ειδικών της Πληροφορικής σε όλους τους Άξονες δραστηριοποίησης του Δικτύου.

Τρέχουσες συνεργασίες
·     Γενετικές βάσεις δεδομένων: Αφορά βάσεις δεδομένων συγκεκριμένων γονιδίων (Locus-Specific databases), εθνικές και εθνολογικές γενετικές βάσεις δεδομένων (National/Ethnic Genetic databases) και εθνικές και εθνολογικές βάσεις δεδομένων συχνοτήτων μεταλλαγών (National/Ethnic Mutation Frequency databases). Στις δύο τελευταίες κατηγορίες, η ερευνητική ομάδα Α. Τσακαλίδη και Γ. Πατρινού έχει συμβάλλει στην διαμόρφωση του εν λόγω πεδίου διεθνώς με την ανάπτυξη ειδικού λογισμικού για τη δημιουργία και λειτουργία τέτοιων βάσεων δεδομένων (ETHNOS) ενώ έχει δημοσιεύσει συγκεκριμένες οδηγίες για το περιεχόμενο των εν λόγω βάσεων δεδομένων και τα στοιχεία ποιότητας με σκοπό την καλύτερη και πληρέστερη καταγραφή συχνών και σπανίων γενετικών ασθενειών, γενετικών εργαστηρίων και συχνοτήτων μεταλλαγών σε διαφόρους πληθυσμούς, γεγονός που έχει θετικό αντίκτυπο στην γενετική διάγνωση κληρονομικών ασθενειών. Η ομάδα Γ. Πατρινού βρίσκεται σε συνεργασία με το Erasmus University Medical Center (Rotterdam, the Netherlands), το Πανεπιστήμιο του Cagliari (Cagliari, Italy), το Πανεπιστήμιο Αθηνών, το Πανεπιστήμιο της Μάλτας (Ιατρική Σχολή) και το Κυπριακό Ινστιτούτο Νευρολογίας και Γενετικής.
·     Εξόρυξη Γνώσης και ποιοτική αξιολόγηση από Βάσεις Δεδομένων με Πρωτεϊνικές Αλληλεπιδράσεις: Συνάθροιση δεδομένων (Data aggregation) και ανάλυση πληροφορίας (data warehousing) από βάσεις δεδομένων όπου καταγράφονται πρωτεϊνικές αλληλεπιδράσεις. Προσδιορισμός κανόνων συσχέτισης και ελαχιστοποίηση εσφαλμένων συσχετίσεων με στόχο την βελτίωση της αξιοπιστίας της παρεχόμενης πληροφορίας. Στο ερευνητικό αντικείμενο συνεργάζονται οι ομάδες Α. Τσακαλίδη και Ν. Μοσχονά στα πλαίσια μια διπλωματικής εργασίας του Μεταπτυχιακού Προγράμματος Πληροφορικής Επιστημών Ζωής. Σημαντικό συστατικό αυτής της προσπάθειας είναι ο εμπλουτισμός της πληροφορίας μέσω της εξόρυξης γνώσης από βιολογικά δεδομένα και συλλογές Κειμένων Βιολογίας. Η εξόρυξη γνώσης είναι η αρχή της ταξινόμησης τεράστιου όγκου βιο-πληροφοριών και η τελική επιλογή των πλέον κατάλληλων για εξαγωγή ασφαλών συμπερασμάτων για το βιολογικό ρόλο των βιομορίων και τον σχεδιασμό αποδοτικών πειραμάτων. Σε αυτό συμβάλλουν η ανάπτυξη αλγόριθμων ομαδοποίησης κειμένων με έμφαση στα βιολογικά κείμενα και η εξόρυξη concept με χρήση τεχνικών λανθάνουσας σημασιολογίας. Οι τεχνικές του data mining μπορούν σήμερα να συμβάλλουν στα: αλληλούχιση DNA και πρωτεϊνών, ανάλυση της δομής των μακρομορίων, ανάλυση και αναζήτηση μοριακών μονοπατιών, ανάλυση δεδομένων από μικροσυστοιχίες, φυλογενετική ανάλυση κλπ.

Σχεδιαζόμενες ερευνητικές/αναπτυξιακές συνεργατικές δραστηριότητες
Τα μέλη του δικτύου θα επιδιώξουν τον εμπλουτισμό των ήδη υπαρχόντων συνεργασιών και τη δημιουργία νέων, στην βάση κοινών ενδιαφερόντων. 
Η ομάδα Σ. Λυκοθανάση / Σ. Μαυρουδή (Εργ. Αναγνώρισης προτύπων) θα συμβάλλει στη συνεργασία Α. Τσακαλίδη / Ν. Μοσχονά με τη 
·     Σχεδίαση Δικτύων Πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων (Protein-Protein Interaction Networks). Εφαρμογή αλγορίθμων ομαδοποίησης σε δεδομένα πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων με στόχο τον εντοπισμό σημαντικών ομάδων πρωτεϊνών που θα βοηθήσει στον χαρακτηρισμό της λειτουργίας αγνώστων μέχρι σήμερα πρωτεϊνών ή την καταγραφή πρωτεϊνικών συμπλεγμάτων. Επίσης στην υλοποίηση web εργαλείων τα οποία εκτός από την ομαδοποίηση θα παρέχουν και επιπλέον υπηρεσίες όπως είναι στατιστικές μετρήσεις και συνεργασία με άλλα βιοπληροφοριακά εργαλεία (οπτικοποίηση, αναζήτηση επιπλέον πληροφορίας μέσα από online βάσεις δεδομένων κλπ) καθώς θα υποστηρίζουν web services.
Επίσης σε συνεργασία με τα μέλη του Άξονα 1 (Ζ. Λυγερού, Μ. Κλάπα, Κ. Σταθόπουλος), θα συμβάλλουν στην
·     Ανάλυση δεδομένων –omics με μεθόδους υπολογιστικής νοημοσύνης. Κλασσικές Στατιστικές και Υπολογιστικές μεθόδοι για την ανάλυση –omics συνόλων δεδομένων, όπως είναι τα δεδομένα που προκύπτουν από πειράματα μικροσυστοιχιών ή τα πρωτεϊνικά και μεταβολικά δεδομένα, δεν επαρκούν. Τα ειδικά χαρακτηριστικά τους (μεγάλες διαστάσεις, πολυπλοκότητα, θόρυβος), καθιστούν καταλληλότερες τις μεθόδους Υπολογιστικής Νοημοσύνης. Η ομάδα σχεδιάζει μοντέλα που προσπαθούν να συνδυάσουν τα πλεονεκτήματα των μεθόδων Μάθησης Μηχανής (π.χ. την πολύ καλή απόδοση γενίκευσης) με τα πλεονεκτήματα των Συστημάτων Ασαφούς Λογικής (π.χ. την εύκολη κατανόηση της γνώσης που προκύπτει).
·     Ανάπτυξη μεθοδολογιών για την ανάλυση δεδομένων δυναμικής συμπεριφοράς βιομορίων στο ζωντανό κύτταρο (βλέπε Άξονα 2), την ενσωμάτωση μηχανισμών που θα επιτρέπουν το συνδυασμό διαφορετικών πηγών δεδομένων (dataintegration) και τη μοντελοποίηση βιολογικών διεργασιών, στα πλαίσια της προσέγγισης της Βιολογίας Συστημάτων. Στο πεδίο αυτό έχουν ενεργή παρουσία μέλη του δικτύου (Ζ. Λυγερού) και έχουν αναπτυχθεί διεθνείς συνεργασίες (ETH-Ζυρίχη, MPI-Dortmund, EMBL, Rockefeller) με ανταγωνιστική χρηματοδότηση (EU-NEST/STREP, HFSP)
·     Παράλληλα η ομάδα της Μ. Κλάπα θα αναπτύξει συνεργασίες στα πλαίσια του Αξονα 5 Βιοπληροφορικής, για τη δημιουργία βάσεων δεδομένων για μετρήσεις μεταβολομικής, που θα επιτρέπουν τη συνδυαστική μελέτη δεδομένων από διάφορα βιολογικά συστήματα. Αρχικά και πέραν των ήδη υπαρχόντων δεδομένων, σχεδιάζεται συνεργασία με τους Ν. Μοσχονά, Φ. Γουρζή και Ν. Γεωργόπουλο ώστε να προσδιοριστούν μεταβολομικα πρότυπα για πολυπαραγοντικά νοσήματα (βλ. Άξονα 1). Εκτός από το επιστημονικό ενδιαφέρον για την εύρεση χαρακτηριστικών μεταβολικών προτύπων (pattern recognition analysis) σχετικών με λειτουργίες που είναι κοινές μεταξύ διαφορετικών συστημάτων, η βάση μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για περαιτέρω ανάπτυξη της ίδιας της τεχνολογίας της μεταβολομικής σε συνδυασμό με τη βιβλιοθήκη κορυφών του εργαστηρίου μεταβολομικής, ώστε να ταυτοποιηθούν κορυφές που σήμερα θεωρούνται άγνωστης προέλευσης. Επίσης, σχεδιάζεται η ανάπτυξη συνεργασιών για δημιουργία και εκμετάλλευση στο πλαίσιο του δικτύου, συνδυαστικών βάσεων δεδομένων μετρήσεων από διάφορα επίπεδα κυτταρικής λειτουργίας(που θα παραχθούν από συνεργασίες στο πλαίσιο της γονιδιωματικής ανάλυσης - Άξονας1) & εργαλείων για συνδυαστική οπτικοποίηση αυτών των μετρήσεων στο πλαίσιο των κυτταρικών λειτουργιών και μονοπατιών. Το εργαστήριο δραστηριοποιείται επίσης στην ανάπτυξη αλγορίθμων πολυπαραμετρικής ανάλυσης (datamining) για την εξαγωγή πληροφορίας από τα «-omic» δεδομένα και στη μαθηματική μοντελοποίηση των δεδομένων αυτών προκειμένου να αναπτυχθούν insilico μοντέλα συσχετισμού γονοτύπου-φαινοτύπου. Τα τελευταία μπορούν να βοηθήσουν στον πειραματικό σχεδιασμό πιο εστιασμένων νέων γονιδιωματικών μελετών για περαιτέρω μελέτη των υπό εξέταση προβλημάτων ή/και στην έρευνα (εξατομικευμένων) θεραπειών.
·     Τέλος οι Κ. Μπερμπερίδης και Ε. Ψαράκης (Εργαστήριο Επεξεργασίας Σημάτων και Τηλεπικοινωνιών) με 10ετη συνεχή παρουσία στη διεθνή επιστημονική κοινότητα, δημοσιεύσεις σε έγκριτα επιστημονικά περιοδικά, παρουσιάσεις σε διεθνή συνέδρια, διεθνή διπλώματα ευρεσιτεχνίας, συμμετοχή σε συντακτικές επιτροπές κορυφαίων περιοδικών, συμμετοχή σε επιτροπές οργάνωσης επιστημονικών συνεδρίων, συμμετοχή σε Ελληνικές και Ευρωπαϊκές επιτροπές αξιολόγησης, προσφέρουν τεχνολογίες που μπορούν να αξιοποιηθούν από τα συνεργαζόμενα μέλη του δικτύου στους Άξονες 1, 2 και 3. Ειδικότερα, τεχνολογίες για: 1) Επεξεργασία Βιολογικών Σημάτων, 2) Ανίχνευση και επεξεργασία προκλητών δυναμικών για μη τραυματικές διαγνωστικές μεθόδους, 3) Στοχαστικά μοντέλα με εφαρμογές σε περιγραφή ακολουθιών γονιδιώματος, 4) Κατάτμηση εικόνων μικρο-διατάξεων (microarrays), 5) Οριοθέτηση γονιδίων, 6) Προσαρμοστική ανάλυση γονιδιώματος, 7) Στοχαστική μοντελοποίηση και προσομοίωση γονιδιακών δικτύων και 8) Ανάλυση εικόνων κυτταρικού φαινοτύπου.

Σχεδιαζόμενες εκπαιδευτικές δραστηριότητες
·     Επίβλεψη μεταπτυχιακών και διδακτορικών διατριβών
·     Συμμετοχή σε διοργάνωση σεμιναρίων και διεθνών συνεδρίων.
·     Υποστήριξη προπτυχιακών και μεταπτυχιακών μαθημάτων από απόσταση με την πλατφόρμα e-learning του Εργαστηρίου Αναγνώρισης Προτύπων.
Για την εκπαίδευση από απόσταση, θα σχεδιαστούν σε συνεργασία με άλλα μέλη του δικτύου μαθήματα και θα αναπτυχθεί εκπαιδευτικό υλικό, για τη διεξαγωγή μαθημάτων από απόσταση, σε θέματα σχετικά με τους στόχους του Δικτύου.

Β3. Ενδυνάμωση εκπαιδευτικής διαδικασίας
Τα μέλη του Δικτύου “MGN_UPatras” διαθέτουν μακρόχρονη εμπειρία σε διδασκαλία σχετικών με το Δίκτυο προπτυχιακών και μεταπτυχιακών μαθημάτων στα πλαίσια των εκπαιδευτικών καθηκόντων τους και τη μακρόχρονη συμμετοχή τους σε Διατμηματικά Μεταπτυχιακά Προγράμματα Σπουδών. Κάθε μέλος συμμετέχει σε τουλάχιστον δύο σχετικά ΜΠΣ και έχει αναδείξει ένα μεγάλο αριθμό νέων επιστημόνων αρκετοί από τους οποίους σταδιοδρομούν στο εξωτερικό, άλλα ελληνικά Πανεπιστήμια ή έχουν επιστρέψει ως μέλη ΔΕΠ στο Παν/μιο Πατρών. Στα πλαίσια του Δικτύου, προγραμματίζονται συγκεκριμένες δράσεις για την αναβάθμιση του εκπαιδευτικού έργου σε προπτυχιακό και μεταπτυχιακό επίπεδο με την αναβάθμιση σύγχρονων «εργαλείων» και μορφών εκπαίδευσης και διδασκαλίας, την διοργάνωση επιμορφωτικών σεμιναρίων και εξειδικευμένων θεωρητικών και πρακτικών workshops με τη συμμετοχή κορυφαίων συνεργατών από την Ελλάδα και το εξωτερικό και τη χρήση υψηλής τεχνολογίας εξοπλισμού και πειραματικών διατάξεων. Με τις δράσεις αυτές, το Δίκτυο φιλοδοξεί όχι μόνο στην αναβάθμιση της κατάρτισης των φοιτητών του Παν/μιου Πατρών αλλά και στην αναγνώριση του χώρου σε εθνικό ή και διεθνές επίπεδο ως πόλος εκπαιδευτικής αριστείας. Μεσοπρόθεσμος στόχος είναι η προσέλκυση νέων υψηλής ποιότητας μεταπτυχιακών φοιτητών και μεταδιδακτορικών ερευνητών και η δημιουργία αναβαθμισμένου ερευνητικού δυναμικού.

 


Powered by Joomla! Σχεδίαση - Ανδρέας Παπαδόπουλος