95后博士连发Science，机器学习+深度学习在生命科学领域大发异彩！

生信研究的热门到底有那些？

   机器学习模型在生物医学应用中具有巨大的潜力。一个名为GradioHub的新平台为临床医生和生物医学研究人员提供了一种交互式和直观的方式来试用模型，并在真实世界的训练外数据上测试其可靠性。机器学习（ML）研究人员越来越多地成为跨学科合作的一部分，他们与领域专家密切合作，以应对高影响力的临床和生物医学挑战。例如，已经开发了ML算法，可以直接从皮肤病学和放射学图像中推断诊断，自动将医患对话中的信息转录为结构化的电子健康记录，并指导手术机器人自主执行某些物理操作。然而，ML模型对非技术用户的可访问性以及对它们在真实世界数据上的可靠性的质疑是阻碍ML更广泛部署并充分发挥其在生物医学中潜力的两个关键障碍。

  近年来“基因编辑行业正处于飞速发展的关键时期，涵盖了技术进展、商业化应用、伦理法规、投资合作等多个方面。在技术方面，CRISPR-Cas9技术的出现标志着基因编辑技术的重大突破，这一先进技术已广泛应用于生物医学、农业和疾病治疗等领域。它的精确和高效为整个行业的快速发展提供了强劲动力。商业化应用也在稳步推进。许多公司正在积极探索基于CRISPR的产品，如治疗遗传疾病的药物和改良作物的种子。

   机器学习技术以其独特的优势在各个领域崭露头角，引起了广泛的关注和研究。它的快速发展和广泛应用，正在改变着我们的生活方式和工作方式。本文将从机器学习技术的发展现状和未来趋势两个方面进行探讨。

  由于该项研究资料和学习平台较少，信息技术公开度低，培训学习迫在眉睫，特此诚挚邀请您参加下述专题线上培训课程。

九大热门

MONDAY

机器学习代谢组学

机器学习微生物

CRISPR-Cas9基因编辑技术

深度学习基因组学

机器学习在生物医学中应用专题

蛋白晶体结构解析

冷冻电镜结构解析

CADD计算机辅助药物设计

AIDD人工智能药物发现

内容介绍

Part.专题一

机器学习代谢组学

第一天

 A1 代谢物及代谢组学的发展与应用

（1） 代谢生理功能；

（2） 代谢疾病；

（3） 非靶向与靶向代谢组学；

（4） 空间代谢组学与质谱成像（MSI）；

（5） 代谢流与机制研究；

（6） 代谢组学与药物和生物标志物。

A2 代谢组学实验流程简介

A3 色谱、质谱硬件原理

（1） 色谱分析原理；

（2） 色谱的气相、液相和固相；

（3） 色谱仪和色谱柱的选择；

（4） 质谱分析原理及动画演示；

（5） 正、负离子电离模式；

（6） 色谱质谱联用技术；

（7） LC-MS 的液相系统

A4 代谢通路及代谢数据库

（1） 几种经典代谢通路简介；

（2） 能量代谢通路；

（3） 三大常见代谢物库：HMDB、METLIN 和 KEGG;

（4） 代谢组学原始数据库：Metabolomics Workbench 和Metabolights.

第二天

B1 代谢物样本处理与抽提

（1） 组织、血液和体液样本的提取流程与注意事项；

（2） 用 ACN 抽提代谢物的流程与注意事项；

（3） 样本及代谢物的运输与保存问题；

B2 LC-MS 数据质控与搜库

（1） LC-MS 实验过程中 QC 样本的设置方法；

（2） LC-MS 上机过程的数据质控监测和分析；

（3） XCMS 软件数据转换与提峰；

B3 R 软件基础

（1） R 和 Rstudio 的安装；

（2） Rstudio 的界面配置；

（3） R 的基本数据结构和语法；

（4） 下载与加载包；

（5） 函数调用和 debug；

B4 ggplot2

（1） 安装并使用 ggplot2

（2） ggplot2 的画图哲学；

（3） ggplot2 的配色系统；

（4） ggplot2 画组合图和火山图；

第三天

机器学习

C1 无监督式机器学习在代谢组学数据处理中的应用

（1） 大数据处理中的降维；

（2） PCA 分析作图；

（3） 三种常见的聚类分析：K-means、层次分析与 SOM

（4） 热图和 hcluster 图的 R 语言实现；

C2 一组代谢组学数据的降维与聚类分析的 R 演练

(1) 数据解析；

(2) 演练与操作；

C3 有监督式机器学习在代谢组学数据处理中的应用

（1） 数据用 PCA 降维处理后仍然无法找到差异怎么办？

（2） PLS-DA 找出最可能影响差异的代谢物；

（3） VIP score 和 coef 的意义及选择；

（4） 分类算法：支持向量机，随机森林

C4 一组代谢组学数据的分类算法实现的 R 演练

(1) 数据解读；

(2) 演练与操作；

第四天

D1 代谢组学数据清洗与 R 语言进阶

（1） 代谢组学中的 t、fold-change 和响应值；

（2） 数据清洗流程；

（3） R 语言 tidyverse

（4） R 语言正则表达式；

（5） 代谢组学数据过滤；

（6） 代谢组学数据 Scaling 原理与 R 实现；

（7） 代谢组学数据的 Normalization；

（8） 代谢组学数据清洗演练；

D2 在线代谢组分析网页 Metaboanalyst 操作

（1） 用 R 将数据清洗成网页需要的格式；

（2） 独立组、配对组和多组的数据格式问题；

（3） Metaboanalyst 的 pipeline 和注意事项；

（4） Metaboanalyst 的结果查看和导出；

（5） Metaboanalyst 的数据编辑；

（6） 全流程演练与操作

第五天

E1 机器学习与代谢组学顶刊解读（2-3 篇）；

（1） Nature Communication 一篇代谢组学小鼠脑组织样本 database 类型的文献；

（2） Cell 一篇代谢组学患者血液样本的机器学习与疾病判断的文献；

（3） 1-2 篇代谢组学与转录组学和蛋白组学结合的文献。

E2 文献数据分析部分复现（1 篇）

（1） 文献深度解读；

（2） 实操：从原始数据下载到图片复现；

（3） 学员实操。

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Part.专题二

    机器学习微生物组学

第一天

1. 微生物学基础知识回顾

2. 机器学习基本概念介绍

a. 什么是机器学习

b. 监督学习、无监督学习

c. 常用机器学习模型介绍

3. 混淆矩阵

4. ROC曲线

第二天

R语言简介与实操

1. R语言概述

2. R studio软件与R包安装

3. R语言语法及数据类型

4. 条件语句和循环

Linux实操

1. Linux操作系统

2. Linux操作系统的安装与设置

3. 网络配置与服务进程管理

4. Linux的远程登录管理

5. 常用的Linux命令

6. 在Linux下获取基因数据

7. Shell script与Vim编辑器

第三天

微生物组常用分析方法（实操）

1. 微生物丰度分析

2. 转录组丰度分析

3. 进化树分析

4. 降维分析

第四天

机器学习在微生物组学中的应用案例分享

1. 疾病预测应用：利用机器学习基于微生物组学数据预测疾病状态

2. 肠道菌群研究：机器学习研究饮食对肠道微生物的影响

第五天

机器学习模型训练和分析（实操）

1. 加载数据及数据归一化

2. 构建训练模型（GLM, RF, SVM）

3. 模型参数优化

4. 模型错误率曲线绘制

5. 混淆矩阵计算

6. 重要特征筛选

7. 模型验证，ROC曲线绘制利用模型进行预测

利用机器学习基于微生物组学数据预测宿主表型

1. 加载数据

2. 数据归一化

3. OUT特征处理

4. 机器学习模型构建（RF, KNN, SVM, Lasso等多种机器学习方法）

5. 绘制ROC 曲线，比较不同机器学习模型模型性能评估

利用机器学习基于临床特征和肠道菌群预测疾病风险

1. 加载数据

2. 机器学习模型构建（RF, gbm, SVM等等）

3. 交叉验证

4. 模型性能评估

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Part.专题三   

CRISPR-Cas9基因编辑技术

第一天

基因编辑简介

1.基因编辑基本概念介绍

2.使用单基因遗传病数据库 (实操)

3. 5524种单基因遗传病的发病率及对应基因

4.使用网站查找突变位点周围碱基 选择基因编辑工具(实操)

5.基因编辑历史

6.TALEN

7.Zinc finger

8.Base editor

9.Prime editor

 第二天

1.如何选择正确Cas9蛋白类型

2.单碱基编辑(base editor) gRNA设计和软件(实操)

3.sgRNA修饰

4.手动设计PegRNA的八个要点(实操)

5.七种PegRNA辅助设计软件

6. 查找不同PAM的Cas9的碱基序列

7. 设计Cas9 mRNA及其体外转录所需的DNA

8. 如何设计深度测序(NSG)所需的引物

9. 如何准备深度测序(NGS)所需样品

10. Sleeping beauty

11. PiggyBac

12. 肽核酸Peptide nucleic acids

13. 外显子跳读Exon skipping

14. 介绍CRISPR knock out库 (GeCKO v2.0)

15. 简单介绍Base editing在微生物中的应用

第三天

1.AAV递送(组织靶向)

2.脂质体递送

3.核糖核蛋白递送

4.高分子递送

5.Viral like particles递送

6.外泌体递送

7.无机纳米粒递送

8. 电转

9. 超声

10. 显微注射

第四天

1.动物模型

2.质粒

3.分子克隆基础

4.AAV设计(实操)

5.Base editing文章分析

6.Prime editing 相关的140篇文章概览

7.如何提高Prime editing效率

第五天

1.基因编辑已经批准的药物

2. 临床试验

3.主要公司、科学家和专利

4.副作用和退市的产品

5.FDA政策

6.CRISPR在诊断中的应用

7.CRISPR library

8.CRISPR与单细胞测序

9. CRISPR与表观遗传学

10. CIRPSR在植物学中的应用

11. 设计课题与评价(实操)

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Part.专题四

深度学习基因组学

第一天

理论部分

深度学习算法介绍

1.有监督学习的神经网络算法

1.1全连接深度神经网络DNN在基因组学中的应用举例

1.2卷积神经网络CNN在基因组学中的应用举例

1.3循环神经网络RNN在基因组学中的应用举例

1.4图卷积神经网络GCN在基因组学中的应用举例

2.无监督的神经网络算法

2.1自动编码器AE在基因组学中的应用举例

2.2生成对抗网络GAN在基因组学中的应用举例

实操内容

1.Linux操作系统

1.1常用的Linux命令

1.2 Vim编辑器

1.3基因组数据文件管理, 修改文件权限

1.4查看探索基因组区域

2.Python语言基础

2.1.Python包安装和环境搭建

2.2.常见的数据结构和数据类型

第二天

理论部分

基因组学基础

1. 基因组数据库

2. 表观基因组

3. 转录基因组

4. 蛋白质组

5. 功能基因组

实操内容

基因组常用深度学习框架

1. 安装并介绍深度学习工具包tensorflow, keras，pytorch

2. 在工具包中识别深度学习模型要素

2.1.数据表示

2.2.张量运算

2.3.神经网络中的“层”

2.4.由层构成的模型

2.5.损失函数与优化器

2.6.数据集分割

2.7.过拟合与欠拟合

3.基因组数据处理

3.1安装并使用keras_dna处理各种基因序列数据如BED、 GFF、GTF、BIGWIG、BEDGRAPH、WIG等

3.2使用keras_dna设计深度学习模型

3.3使用keras_dna分割训练集、测试集

3.4使用keras_dna选取特定染色体的基因序列等

第三天

理论部分

卷积神经网络CNN在基因调控预测中的应用

1. Chip-Seq中识别基序特征G4，如DeepG4

2. Chip-Seq中预测DNA甲基化，DeepSEA

3. Chip-Seq中预测转录调控因子结合，DeepSEA

实操内容

复现卷积神经网络CNN识别基序特征DeepG4、非编码基因突变DeepSEA复现DeepG4从Chip-Seq中识别G4特征

1. 安装selene_sdk，复现DeepSEA从Chip-Seq中预测DNA甲基化，非编码基因突变

第四天

理论部分

深度学习在识别拷贝数变异DeepCNV

1. SNP微阵列中预测拷贝数变异CNV，DeepCNV

2. RNA-Seq中预测premiRNA，dnnMiRPre

实操内容

1. 复现DeepCNV利用SNP微阵列联合图像分析识别拷贝数变异

2. 复现循环神经网络RNN工具 dnnMiRPre，从RNA-Seq中预测premiRNA 

第五天

理论部分

深度学习在识别及疾病表型及生物标志物上的应用

1. 从基因表达数据中识别乳腺癌分型的深度学习工具DeepType

实操内容

1. 复现DeepType，从METABRIC乳腺癌数据中区分乳腺癌亚型

第六天

理论部分

深度学习在预测药物反应机制上的应用

1. 联合肿瘤基因标记及药物分子结构预测药物反应机制的深度学习工具SWnet

实操内容

1. 预处理药物分子结构信息

2. 计算药物相似性

3. 在不同数据集上构建self-attention SWnet

4. 评估self-attention SWnet

5. 构建多任务的SWnet

6. 构建单层SWnet

7. 构建带权值层的SWnet

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Part.专题五

机器学习在生物医学中应用专题

第一天

机器学习及相关概念介绍

机器学习基本概念介绍

常用机器学习模型介绍

主成分分析

一致性聚类分析

ROC曲线及时间依赖的ROC曲线

生存分析及生存曲线

预后模型介绍

R语言入门

R语言概述

R软件及R包安装

R语言语法及数据类型

条件语句

循环

函数

常用的机器学习相关的R包介绍

第二天

机器学习在生物医学中的应用案例分享

利用机器学习方法筛选疾病相关的生物标志物

机器学习+生存分析预测患病风险

机器学习+生存分析预测患者预后

常用生物医学公共数据库介绍

TCGA数据库介绍

TCGA数据库表达谱数据下载

TCGA临床数据下载

合并TCGA表达谱数据

GEO数据库介绍

GEO数据库检索

GEO数据下载

第三天

机器学习+ GEO公共数据，复现科研文章

差异表达分析

主成分分析

机器学习模型构建

特征筛选及重要性评估

模型评估及ROC曲线绘制

构建nomogram模型，绘制列线图

矫准曲线绘制

决策曲线绘制

一致性聚类分析

GSEA分析

第四天

机器学习+TCGA公共数据，复现科研文章

差异表达分析

主成分分析

火山图，热图绘制

GO和KEGG富集分析及可视化

生存分析，生存曲线绘制

一致性聚类分析

训练集，测试集拆分

单因素，多因素cox分析

Lasso回归分析

风险评估模型构建

riskscore计算

Nomogram模型构建，绘制列线图

时间依赖ROC曲线绘制

矫准曲线，决策曲线绘制

第五天

ceRNA网格构建

miRNA，lncRNA，circRNA介绍

miRNA，lncRNA，circRNA相关数据库及工具介绍

ceRNA案例分享

实操部分

差异mRNA，lncRNA，miRNA分析

火山图，热图，聚类图，柱状图

差异表达基因GO,KEGG富集分析，气泡图，柱状图，KEGG通路图展示

生存分析，生存曲线绘制

mRNA，lncRNA表达相关性分析，相关性散点图

mRNA, lncRNA, miRNA网络构建

cytoscape展示ceRNA网络，hub基因筛选

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结果展示：

Part.专题六

蛋白晶体结构解析

一、蛋白质结晶前准备 

课程介绍和蛋白质结构功能基本介绍

提纯蛋白质,确定浓度、pH值、缓冲液等条件,控制蛋白质稳定性等。

1、目的蛋白质信息检索与调查

– 利用生物信息学工具搜集目标蛋白质的基因序列、结构域、同源蛋白质的信息

– 分析目标蛋白质的理化性质,如分子量、等电点、聚合程度、稳定性等

2、质粒制备

– 设计引物,克隆目标基因到表达载体

– 转化表达宿主,提取重组质粒

– 质粒测序等验证目标基因插入

3、蛋白质纯化

– 选择合适的诱导表达等条件,表达可溶性或不溶性重组蛋白

– 裂解菌体,释放重组蛋白质

– 蛋白质纯化:亲和层析、离子交换层析、凝胶过滤等层析技术的原理和实践等

4、蛋白质不表达和包涵体问题

– 分析不表达的原因,优化诱导条件

– 改进溶解缓冲液条件,提高蛋白从包涵体中释放

5、蛋白质活性鉴定

– 进行Western Blot或酶活性实验验证蛋白质活性

6、蛋白质结晶前分析

– 测定蛋白质的纯度、聚合状态、稳定性等

– 优化缓冲液条件,调整蛋白质到适宜的pH和离子浓度等

 二、 蛋白质结晶与衍射数据收集  

利用协同结晶筛选获得蛋白质结晶,在同步辐射光源下收集衍射数据。

1、蛋白质结晶

– 蛋白质结晶的基本原理

– 蛋白质结晶的影响因素

– 蛋白质结晶的基本方法

– 结晶条件筛选策略– 结晶条件筛选策略

– 没有晶体或者改善晶体质量的策略

– 晶体后处理

– 晶体冻存的基本原理和策略

2、SSRF（同步辐射光源） 的介绍

– SSRF简介

– SSRF的光源优势

– SSRF的实验站介绍

3、蛋白质晶体衍射数据收集

– X射线结晶学基本原理

– 晶体探针和晶体定位

– 晶体测试和优化

– 衍射数据收集参数设定和收集策略

– 衍射数据处理和分析

 三、蛋白质晶体结构解析软件安装 

安装相关计算机程序,如Phenix, XDS, Pymol等用于后续的数据处理与模型建立。

1、下载和安装简要介绍

2、蛋白质晶体结构解析软件安装

– CCP4安装

– Phenix安装

– Coot安装

– PyMol安装

– 其他结构解析支持软件安装

依次介绍CCP4、Phenix、Coot、PyMol等主要的结构解析软件的下载和安装方法。也可以介绍一些结构解析中需要的其他软件工具的安装。

 Index、integrate与scale & merge等软件使用和介绍

利用软件index及integrate衍射点,scale& merge等处理衍射数据以校正强度。

1、晶体结构学基础知识

– 晶体学中的衍射理论基础

– 布拉格定律和倒易空间

– 晶体的对称性

2、蛋白质晶体结构解析流程

– 蛋白质的表达与纯化

– 蛋白质的结晶

– X射线晶体学数据收集

– 晶体结构解析流程概述

3、Index和integrate

– Indexing的目的和原理

– Integration的目的和过程

4、Scale & merge

– Scale & merge的目的——校正数据

– Scale& merge常用方法

5、使用Scala/XSCALE/Aimless等进行Scale & merge

– Scala/XSCALE/Aimless等软件介绍

– Scala/XSCALE/Aimless进行数据scale& merge的步骤

6、使用HKL2000进行index、integrate和scale & merge

– HKL2000软件介绍

– 使用HKL2000进行indexing

– 使用HKL2000进行integration

– 使用HKL2000进行scaling & merge

 四、相位解析、电子密度重构、分子结构模型构建修正和优化与结构提交 

利用直接法/分子置换法/M(S)AD/M(S)IR 等等相位解析方法确定蛋白质框架,手动模型构建余下结构,进行修正和优化后达到标准后提交蛋白质坐标库。

1、 直接法/分子置换法/M(S)AD/M(S)IR 等方法解析相位

(1)直接法/分子置换法/M(S)AD/M(S)IR等的基本原理

(2) 直接法/分子置换法/M(S)AD/M(S)IR等的目的

(3) 常用的软件介绍

(4) 直接法/分子置换法/M(S)AD/M(S)IR等的具体操作步骤

2．电子密度修饰：

（1）电子密度修饰的基本原理：

（2）电子密度修饰的目的

（3）电子密度修饰的常用软件介绍

（4）电子密度修饰的具体操作步骤

3．电子密度重构

（1）电子密度重构的目的和基本原理

（2）电子密度重构的操作

4、蛋白质晶体结构模型构建

(1) 蛋白质序列比对确定构建起始模型

(2) 主链构建方法

(3) 侧链构建方法

(4) 构建完成后的模型检查

5、蛋白质晶体结构修正与优化

(1) 能量最小化原理

(2) 模拟退火原理

(3) 分子动力学模拟原理

(4) 优化过程中的评估标准

（5）结构修正常用软件介绍

（6）结构修证的具体操作步骤

6、蛋白质晶体结构验证

(1)结构验证的目的和基本原理

(2) Ramachandran图分析

(3) 各类键长和键角分布

(4) 密接点分析

(5) B因子分布

(6) 电子密度匹配度评价

(7)各种指标与统计数据

7、蛋白质晶体结构提交到PDB

(1) PDB数据提交要求

(2) 各项验证确认无误后压缩需提交文件

(3) 在PDB网站提交表单,上传文件,等待审核结果，回复信息

 五、蛋白质晶体结构展示与分析 、结构与功能的关系

5.1 利用Pymol等软件分析并展示蛋白质的二级结构、三级结构,活性口袋等结构信息。

1、pdb格式文件简介

– pdb文件概述:包含蛋白质晶体学数据的标准格式

– 原子坐标:记录每个原子的xyz坐标

– 温度因子:记录每个原子的热运动参数

– 二级结构:记录α螺旋和β片层的位置

– 结构注解:记录配体、酶活性中心等重要结构信息

2、PyMOL制作蛋白质晶体结构图 

– PyMOL简介:流行的分子可视化软件

– 加载pdb文件

– 显示蛋白质链、α螺旋和β片层

– 调整视角、变色和放大关键结构

– 导出高质量图像3、使用PyMOL制作蛋白质配体结合位点信息

– 识别蛋白质与配体的相互作用

– 突出显示配体结合位点残基

– 在结合位点生成表面模型

– 制作配体结合位点的特写图

4、使用PyMOL调查蛋白质的温度因子B-factors

– 显示温度因子putty图

– 分析柔性域和稳定域

– 与酶活性中心和功能位点的关系

5、使用PyMOL重叠对比不同的蛋白质晶体结构

– 载入不同状态的pdb文件

– 重叠对齐蛋白质结构

– 比较构象变化,如酶动力学过程中的不同中间状态6、使用PyMOL显示蛋白质晶体结构中配体的电子密度图

– 加载包含配体密度的pdb文件

– 显示2Fo-Fc 和 Fo-Fc电子密度图

– 检查配体与电子密度的匹配程度

– 评估配体定位和取向的准确性7、使用PyMOL结合Chimera实现同步显示非对称单元的蛋白质分子

– 在PyMOL中显示蛋白质非对称单元

– 在Chimera中同步显示非对称单元

– 细节对比不同分子中的相同结构

– 分析蛋白质多聚体形成的分子间相互作用

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Part.专题七

    冷冻电镜结构解析

 冷冻电镜在结构生物学的应用及单颗粒冷冻电镜结构解析

第一天

   一、冷冻电镜的起源和发展

1，冷冻电镜的起源

2，冷冻电镜原理

3，相机的发展

4，冷冻制样方法的发展

   二、冷冻电镜的应用概述

1，单颗粒冷冻电镜（single particle Cryo-EM analysis）

2，原位冷冻电镜（cryo-ET）

3，微晶电子衍射（Micro-ED）

第二天

• 三、冷冻电镜在结构解析中的应用

1，结构解析方法概述

2，单颗粒冷冻电镜方法的应用

3，单颗粒冷冻电镜在结构解析和药物开发中的应用

• 四、冷冻透射电镜的构造和成像原理

1，基本概念

2，冷冻透射电镜的构造

3，成像原理简介

第三天

• 五、冷冻电镜的样品处理

1，冷冻电镜样品概述

2，冷冻电镜样品类型和处理方法

3，样品制备方法及优缺点

4，冷冻载网的选择（载网类型及特点）

• 六、冷冻电镜高分辨数据收集

1，数据收集软件

2，数据收集流程和注意事项

数据分析和评价

第四天

• 七、冷冻电镜数据处理

1，数据处理基本原理软件介绍

2，数据处理过程基本概念

3，软件使用，数据处理流程及注意事项

4，数据处理软件的注意事项和软件系统的相互转换

第五天

  八、电镜map图的展示和处理

1，Chimera，ChimeraX 软件下载安装

2，软件基本使用规则

3，Chimera在冷冻电镜数据处理中的应用

• 九、模型搭建和结构修正

1，Coot，Phenix 软件的下载安装

2，模型搭建基本流程

3，结构修正及评价

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Part.专题八

 CADD计算机辅助药物设计

第一天

上午

导论与基础

1. 蛋白质三维结构的预测对于药物发现的重要性

1.1 同源建模

1.2 从头建模

2. 蛋白质（酶/靶点）活性位点在药物发现的重要性

3. 药物发现中的关键结构特征（特别是小分子）

4. 药物辅助发现常用的计算方法

4.1 分子对接

4.2 虚拟筛选

4.3 分子动力学模拟

4.4 其他

下午

1. PDB数据库的介绍

1.1 检索蛋白

1.2 页面功能及解读

1.3 数据的下载

1.4 PDB文件格式的解读

2. PyMol

2.1 软件介绍

2.2 基本操作介绍

2.3 蛋白及小分子表面图、静电势表示

2.4 绘制相互作用图及制作简单动画

第二天

上午

同源建模

1. 同源建模原理介绍

1.1 同源建模的功能及使用场景

1.2 同源建模的方法

2. Swiss-Model 同源建模；

2.1 同源蛋白的搜索（blast等方法）

2.2 蛋白序列比对

2.3 蛋白模板选择

2.4 蛋白模型搭建

2.5 模型评价（蛋白拉曼图）

2.6 蛋白模型优化                       

实例讲解与练习：用2019-nCoV spike蛋白序列建模，根据相应参数和方法评价模型

下午

小分子构建

1. ChemDraw软件介绍

1.1 小分子结构构建

1.2 小分子理化性质（如分子量、clogP等）计算

1.3 分别构建大环、氨基酸、DNA、RNA等分子

小分子化合物库

2 小分子数据库

2.1 DrugBank、ZINC、ChEMBL等数据库介绍及使用

2.2 天然产物、中药成分数据库介绍及使用

第三天

上午

1. 分子对接基础

1.1 分子对接原理

1.2 分子对接分类

1.3 分子对接打分函数

2. 常规分子对接实践

2.1 对接的执行

2.1.1 药物分子配体的准备

2.1.2 蛋白受体的准备

2.1.3 受体格点计算

2.1.3 执行半柔性对接

下午

1.2对接结果评价

1.2.1 晶体结构构象进行对比

1.2.2 能量角度评价对接结果

1.2.3 聚类分析评价对接结果

1.2.4 最优结合构象的选择

2 对接其他方式的实现

第四天

上午

1 柔性对接

1.1 小分子配体优化准备

1.2 蛋白受体的准备

1.3 柔性残基的定义

1.4 蛋白受体格点计算

1.5 柔性对接计算及结果评价

1.6 半柔性对接与柔性对接比较与选择

2 柔性对接其他方式的实现

下午

基于受体的药物发现

1 虚拟筛选的准备

1.1 小分子文件的不同格式

1.2 openbabel最实用功能的介绍

1.3 小分子不同格式的转化

2. 基于对接的虚拟筛选

2.1 虚拟筛选定义、流程构建及演示

2.2 靶点蛋白选择、化合物库获取

2.3 虚拟筛选

2.4 结果分析（打分值、能量及相互作用分析）

第五天

上午

一些特殊的分子对接

1.小分子-小分子对接

1.1小分子-小分子相互作用简介

1.2小分子结构预处理

1.3小分子-小分子对接（糖-小分子为例）

1.4对接结果展示与分析

2. 蛋白-核酸对接

3. 蛋白-蛋白对接

下午

基于配体的药物发现

1. 3D-QSAR模型构建（Sybyl软件）

1.1 小分子构建

1.2 创建小分子数据库

1.3 小分子加电荷及能量优化

1.4 分子活性构象确定及叠合

1.5 创建3D-QSAR模型

1.6 CoMFA和CoMSIA模型构建

1.7 测试集验证模型

1.8 模型参数分析

1.9 模型等势图分析

1.10 3D-QSAR模型指导药物设计

第六天

上午

1. linux系统介绍

2.常用命令介绍

3. linux上程序的安装（gromacs）

下午

MD实践一：溶剂化下蛋白质分子动力学模拟

全面熟悉分子动力学模拟的一般流程

第七天

上午

MD实践二：溶剂化下蛋白质-配体的分子动力学模拟

掌握处理非标准残基的力场拟合

下午

分子动力学模拟中的常用分析命令

蛋白-配体结合自由能的结算

 Part.专题九

AIDD人工智能药物发现与设计

第一天

1     人工智能药物发现(AIDD)简介

2     机器学习和深度学习在药物发现领域的应用

2.1  分子属性预测与优化

2.2  虚拟筛选

2.3  药物副作用预测与安全性评估

2.4  新药分子设计

3     工具介绍与安装

3.1  Anaconda3/Pycharm 安装

3.2  Numpy 基础

3.3  Pandas 基础

3.4  Matplotlib 基础

3.5  Scikit-learn 基础

3.6  Pytorch 基础

3.7  RDKit 基础

第二天

1     机器学习简介

1.1     机器学习四要素

1.2     数据模块

1.3     核心和高级 API

2     回归算法与应用

2.1     线性回归

2.2     Lasso 回归

2.3     Ridge 回归

2.4     ElasticNset 弹性网络

3     分类算法与应用

3.1     逻辑回归

3.2     朴素贝叶斯

3.3     KNN

3.4     SVC

3.5     决策树

3.6     随机森林

3.7     集成学习

4     聚类算法

4.1     KMeans

4.2     密度聚类 DBSCAN

5     降维

5.1     奇异值分解 SVD

5.2     主成分分析 PCA

5.3     非负矩阵分解 NMF

6     模型的评估方法和评价指标

6.1     超参数优化

6.2     交叉验证

6.3     评价指标

7     特征工程

8     机器学习药物发现案例（一）

——化合物生物活性分类模型

9     机器学习药物发现案例（二）

——化合物生物活性回归模型

10   机器学习药物发现案例（三）

—— 药物副作用预测模型

第三天

1     深度学习与药物发现（ 一）

1.1  深度神经网络

1.2  正向和反向传播

1.3  优化方法

1.3.1  梯度下降增加动力

1.3.2   自适应学习

1.3.3  Adam

1.4  损失函数

1.4.1  平均绝对误差

1.4.2  均方误差损失函数

1.4.3  交叉熵损失函数

1.5  卷积神经网络

1.5.1  卷

1.5.2  填充和步幅

1.5.3  池化层

1.5.4  LeNet 网络

1.5.5  AlexNet 网络

2     深度学习药物发现案例（一）

—— 药物-药物相互作用预测模型

第四天

1     深度学习与药物发现（ 二）

1.1  循环神经网络

1.2  消息传递神经网络

1.3   图卷积神经网络

1.4   图注意力神经网络

1.5   图采样和聚合

2     深度学习药物发现案例（二）

—— 药物靶标相互作用预测模型

3     深度学习药物发现案例（三）

—— 药物重定位模型

第五天

1     深度学习与药物发现 （三）

1.1  注意力机制

1.2   自注意力模型

1.3  多头自注意力模型

1.4  交叉注意力模型

1.5  Transformer 模型

2     深度学习药物发现案例（四）

—— 药物-药物相互作用预测模型

3     深度学习药物发现案例（五）

—— 药物靶标结合亲和力预测模型

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副作用在药物-药物相似性网络中传播

利用药物关联网络特征和深度神经网络识别药物之间潜在相互作用事件

通过深度学习整合来自异构网络的邻接信息以发现新的药物靶点相互作用

将药物和蛋白质信息关联起来的带有注意力区块的 AttentionDTA 模型

讲师介绍

01.「蛋白晶体结构解析」

范教授毕业于中国科学院生物物理研究所，师从著名结构生物学家王院士，具有美国耶鲁大学留学六年多的背景，为独立PI。研究方向是结构生物学和免疫学；除了深钻结构生物学和免疫学，还在积极参与和推动结构生物学的教育工作，应邀在多所高校或者科研研究所开展结构生物学课程讲授，在多种国际期刊上发表论文30余篇，均为SCI，作为第一作者或通讯作者4篇一区，包括国际顶尖杂志PNAS两篇，一区top2篇等。并承担国家自然科学基金面上项目等；作为国际著名学术杂志Nature Communication和Journal of Virology, Structure等的审稿人。

02.「CRISPR-Cas9基因编辑技术」

主讲老师来自加州大学生物医学工程专业博士，曾在麻省理工和哈佛大学从事基因编辑研究，在耶鲁大学从事基因递送工作。文章发表在Nature Biomedical Engineering, Nature Communications等杂志上。曾在天使投资机构工作，主要投资基因编辑、单细胞测序、AI制药等方向的创业公司。

03.「机器学习代谢组学」

主讲老师来自985高校神经科学博士，主要利用代谢组学、转录组学和分子生物学等技术研究神经内科慢性病的发病机制和生物标志物。擅长高效液相色谱-质谱联用（LC-MS）技术进行非靶向和靶向代谢组学从样本制备到数据分析的全流程研究，以及多组学大数据的生物信息学整合分析。5年内在J Clin Invest, EBioMedicine, Cell Death Dis, Cell Death Discov, Nanotoxicology等杂志发表SCI论文10篇。

04.「机器学习微生物组学」

主讲老师来自生物科技公司核心高管，曾在麻省理工学院、加州大学旧金山分校等机构工作，过去5年科研工作发表于Cell, PNAS等杂志

05.「深度学习基因组学」

主讲老师刘老师，生物信息学博士，有十余年的测序数据分析经验。研究领域涉及人工智能、自然语言处理、功能基因组学、转录组学、miRNA及靶基因网络分析，单细胞测序数据分析，基因调控网络时序分析，蛋白质互作网络分析，多组学联合分析等。主持省自然科学基金等项目4项，发表SCI论文23篇，论著一部。

06.「机器学习在生物医学中的应用」

主讲老师生物信息学博士，有十余年的测序数据分析经验。研究领域涉及机器学习，芯片数据分析，核酸及蛋白序列分析，DNA，RNA，甲基化测序数据分析，单细胞测序数据分析，miRNA及靶基因分析，生存分析及预后模型构建等。具有5年培训经验，对常用公共数据库TCGA，NCBI, UCSC, GEO等非常熟悉。发表SCI论文30余篇，其中一作及并列一作15篇。

07.「冷冻电镜结构解析」

刘老师来自中科院所毕业的结构生物学博士，主要利用单颗粒冷冻电镜手段研究作用于药物靶点的的分子机制和基于结构的药物设计。目前主要研究方向为膜蛋白及病毒相关蛋白的结构研究。5年内在国内外顶尖杂志包括Nature,NatureCommunications，Cell Research 等杂志发表文章数篇。

08.「CADD计算机辅助药物设计」主讲老师来自国内高校、中科院等单位，老师主要擅长深度学习、机器学习、药物虚拟筛选、计算机辅助药物设计、人工智能药物发现、分子对接、分子动力学等方面的研究09.「AIDD人工智能药物发现与设计」授课老师余老师，有十余年的计算机算法研究和程序设计经验。研究方向涉及生物信息学，深度学习，药物靶标识别，药物不良反应等。参与了国自然基金2项，主持了省厅级科研项目3项。一作身份发表SCI论文数篇，包括BMC Bioinformatics, Journal of Biomedical Informatics, International Journal of Molecular Sciences等知名期刊。

01

培训对象

    全国各大高校、企业、科研院所从事人工智能、生命科学、代谢工程、有机合成、天然产物、药物、生物信息学、植物学，动物学、化学化工，医学、基因组学、农业科学、植物学、动物学，临床医学、食品科学与工程、肿瘤免疫与靶向治疗、 全基因组泛癌分析、人黏连蛋白折叠基因组机、病毒检测、功能基因组、遗传图谱、基因挖掘变异、代谢组学、蛋白质组学、转录组学、生物医学、癌症、核酸、毒物学等研究科研人员及爱好者。

培训目标

（1）「蛋白晶体结构解析」

近年来结构生物学发展迅速并和其他学科相互渗透交叉,特别是受到结构基因组学等热点学科的极大带动。作为结构生物学的基本手段和技术,蛋白质晶体学从解析简单的蛋白质三维结构延伸到解决各类生物大分子及复合物结构,并更加注重研究结构与功能之间的相互关系,派生出诸如基于结构的药物设计等应用性很强的分支。生物技术及计算机技术的飞速发展,尤其是高通量技术在生物学领域的应用,为蛋白质晶体学带来了全新的概念和更加广阔的前景。

（2）「CRISPR-Cas9基因编辑技术」

课程从全局出发，由浅入深，课程通过基础入门+应用案例实操演练的方式，从最初的原理讲解到最后的应用实战，学完本课程你将掌握基因编辑技术的相关原理及其应用，此外可以学到基因编辑系统的优化策略，可以学到如何操作常用的生物学软件。能够快速运用到自己的科研项目和课题上。

（3）「机器学习代谢组学」

熟悉代谢组学和机器学习相关硬件和软件；熟悉代谢组学从样本处理到数据分析的全流程；能复现至少1篇CNS或子刊级别的代谢组学文章图片。

（4）「机器学习微生物组学」

通过本次培训多个案例的系统讲解让参会学员学会机器学习在微生物组数据分析流程，能够快速运用到自己的科研项目和课题上。

（5）「深度学习基因组学」

适于对深度学习、课程通过基础入门+应用案例实操演练的方式，从初学及应用研究的角度出发，带大家实战演练多种深度学习模型（深度神经网络 DNN、 卷积神经网络 CNN、循环神经网络 RNN、可变自动编码器 VAE、图卷积神经网络 GCN）在基因组学分析中的各种应用：识别 G4 基 序特征 DeepG4，识别非编码基因突变 DeepSEA，预测染色体亲和性 Basset，预测基因表达 eQTL 的Enformer、识别拷贝数变异DeepCNV、预测调控因子DeepFactor、预测 premiRNA 的 dnnmiRNA、从基因表达数据中识别乳腺癌分型 DeepType、从高维多 组学数据中识别疾病表型XOmiVAE 、从基因序列及蛋白质相互作用网络中识别关键基因 DeepHE、联合肿瘤基因标记及药物分子结 构预测药物反应机制的 SWnet 等深度学习工具。通过对这些深度学习在基因组学中的应用案例进行深度讲解和实操，让学员能够掌 握深度学习分析高维基因组学、转录组学、蛋白组学等多组学数据流程，系统学习深度学习及基因组学理论知识及熟悉软件代码实操， 熟练掌握这些前沿的分析工具的使用以及研究创新深度学习算法解决生物学及临床疾病问题与需求。

（6）「机器学习在生物医学中的应用」

通过本次学习，你将了解机器学习基本概念及常用机器学习模型的原理；生存分析及风险模型的构建；R语言构建常用机器学习模型；机器学习常见图，表的绘制；生存分析，预后模型常见图，表的绘制

（7）「冷冻电镜结构解析」

冷冻电镜结构解析课程致力于培养学员掌握冷冻电镜在结构生物学和基于结构的药物设计中的应用，掌握单颗粒冷冻电镜结构解析原理，实验方法和实际应用。通过深入的理论讲解和实际操作，学员将逐步建立对这一关键领域的深刻理解。

（8）「CADD计算机辅助药物设计」让学员能够掌握包括PDB数据库、靶点蛋白、蛋白质-配体、蛋白-配体小分子、蛋白-配体结构、notepad的介绍和使用、分子对接、蛋白-配体对接、虚拟筛选、蛋白-蛋白对接、蛋白-多糖分子对接、蛋白-水合对接、Linux安装、gromacs分 子动力学全程实操、溶剂化分子动力学模拟（9）「AIDD人工智能药物发现与设计」本课程让学员了解药物发现的前沿背景，学习人工智能领域的各类常见算法，熟悉工具包的安装与使用，掌握一定的算法编程能力，能够运用计算机方法研究药物相关问题。通过大量的案例讲解和实践操作，具备一定的AIDD模型构建和数据分析能力。

授课时间

蛋白晶体结构解析

2023.12.05-2023.12.08

晚上授课（晚18：30—晚21：30）

2023.12.09-2023.12.10全天授课

（上午9：00-11：30下午14：00-17：30）

2023.12.14-2023.12.15

晚上授课（晚18：30—晚21：30）

CRISPR-Cas9基因编辑技术

2023.12.12-2023.12.15

晚上授课（晚19：00—晚22：00）

2023.12.16-2023.12.17全天授课

（上午9：00-11：30下午13：30-17：00）

2023.12.18-2023.12.19

晚上授课（晚19：00—晚22：00）

机器学习代谢组学

2023.12.12-2023.12.15

晚上授课（晚19：00—晚22：00）

2023.12.16-2023.12.17全天授课

（上午9：00-11：30下午13：30-17：00）

2023.12.18-2023.12.19

晚上授课（晚19：00—晚22：00）

机器学习微生物组学

2023.12.05-2023.12.08

晚上授课（晚19：00—晚22：00）

2023.12.09-2023.12.10全天授课

（上午9：00-11：30下午13：30-17：00）

2023.12.14-2023.12.15

晚上授课（晚19：00—晚22：00）

深度学习基因组学

2023.12.12-2023.12.15

晚上授课（晚19：00—晚22：00）

2023.12.16-2023.12.17全天授课

（上午9：00-11：30下午13：30-17：00）

2023.12.18-2023.12.19

晚上授课（晚19：00—晚22：00）

2023.12.21全天授课

（上午9：00-11：30下午13：30-17：00）

机器学习在生物医学中的应用

2023.12.05-2023.12.08

晚上授课（晚19：00—晚22：00）

2023.12.09-2023.12.10全天授课

（上午9：00-11：30下午13：30-17：00）

2023.12.14-2023.12.15

晚上授课（晚19：00—晚22：00）

冷冻电镜结构解析

2023.12.12-2023.12.15

晚上授课（晚19：00—晚22：00）

2023.12.16-2023.12.17全天授课

（上午9：00-11：30下午13：30-17：00）

2023.12.18-2023.12.19

晚上授课（晚19：00—晚22：00）

CADD计算机辅助药物设计

2023.12.05-2023.12.08

晚上授课（晚19：00—晚22：00）

2023.12.09-2023.12.10全天授课

（上午9：00-11：30下午13：30-17：00）

2023.12.14-2023.12.15

晚上授课（晚19：00—晚22：00）

2023.12.16-2023.12.17全天授课

（上午9：00-11：30下午13：30-17：00）

AIDD人工智能药物发现与设计

2023.12.12-2023.12.15

晚上授课（晚19：00—晚22：00）

2023.12.16-2023.12.17全天授课

（上午9：00-11：30下午13：30-17：00）

2023.12.18-2023.12.19

晚上授课（晚19：00—晚22：00）

（腾讯会议 线上直播课）

02

报名费用及福利

03

学员反馈

04

官方联系方式

联系人:汪老师

咨询电话：17638148717（同V）

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