Kursplan för Nanobiovetenskap för informationsbehandling

Mikroelektronik går för närvarande in i en tid präglad av nanoelektronik. Denna nedskalning av mikroprocessorer kommer så småningom att kräva helt nya datorarkitekturer och beräkningskoncept. Man måste ta itu med frågor som: hur små kan programmerbara logiska grindar bli, kan de vara gjorda av andra enheter på nanoskala än konventionella transistorer? Helt klart är alla dessa frågor är icke-triviala och det kommer att ta år av forskning innan vi kan svara på dem.

Men varför uppfinna hjulet? Naturen har redan utformat underbara informationsprocess-arkitekturer. Det enda vi behöver göra är att förstå dessa mönster och anpassa dem till våra behov. När det kommer till informationsbehandling med mycket små komponenter, är den levande cellen en arena som är värd att förstå och utnyttja. Intracellulära komponenter utför en myriad av informationsbehandlingsuppgifter och har utvecklat sinnrika sätt att göra det på. Kursen kommer att introducera dig till denna värld. Syftet är att introducera studenterna till ett nytt tankesätt, och att förse studenterna med en ( minimal ) uppsättning färdigheter som är nödvändiga för en självständig verksamhet inom detta område, både från teoretisk och experimentell synpunkt. Således bortses från att diskutera informationsbehandlingsaspekter, vi kommer att fokusera på att förstå "hur vet vi", dvs vilka experiment kan man göra för att karakterisera biologiska modellsystem för informationsbehandling.

Analysera biologiska processer i den levande cellen från informationsbehandlingssynpunktgenom och kunna jämföra den levande cellen med datorer.

För en given biokemisk krets bestämmer dess funktion, det vill säga analysera vilken typ av beräkning kan göra ( t.ex. NAND eller NOT -grind ) . Omvänt , givet en logisk grind konstruera den biokemiska krets som skulle kunna fungera som grinden.

Exemplifiera hur man konstruerar enkla kemiska analoga enheter som transistorn eller förstärkaren.

Förklara hur DNA- maskiner fungerar och vilken roll den har i den intracellulära informationsbehandling.

Förklara fåtal utvalda biologiska uppgifter av DNA maskiner: förklara vad en polymeras, promotorn, eller operatorn är.

Förklara hur genetiska nätverk fungerar. Beskriv vad transkriptionsfaktorer är och hur de interagerar med DNA, och eventuellt med varandra.

För en given egenskap som du vill mäta i den levande cellen, identifiera och förklara lämplig experimentell utrustning som kan användas för uppgiften.

För en given del av det levande cell (t.ex. en lång molekyl, en kort molekyl, ett enzym, ett protein , en reaktion nätverk ) identifiera det rätta teoretiska ramverket och förklara vilka teoretiska verktyg kan användas för uppgiften.

Beskriv vad som styr formen av proteinet.

Beskriva och exemplifiera vad ett biokemiskt motiv är.

Fenomen, modellering och tillämpningar:

Fenomen = grundläggande cellbiologi kring genetiska nätverk.

Modellering = Experimentella och teoretiska metoder. Lipid membran och vesiklar. Nanoscale reaktorer och nätverk. Reaktion - diffusion ekvationer med tillämpningar.

Tillämpningar = DNA-logiken och DNA-beräkning, cellsignalering, metabolisk reglering, neurela nätverk, syntetisk biologi och biokemiska kretsar.

De olika ämnen kommer att täckas genom regelbundna föreläsningar.

Majoriteten av föreläsningarna kommer att vara från Uri Alon , En introduktion till systembiologi : Designprinciper för biologiska kretsar , Chapman & Hall . Det här är boken som vi huvudsakligen kommer att följa.

Inlämningsuppgifter varje vecka (obligatoriska, inga betyg). Två muntliga tentor där slutbetyget är ett  genomsnitt av dessa två. Slutbetyg från den muntliga tentamen kan höjas (med ett steg max) om alla hemuppgifter är inlämnade i tid (förseningar tolereras men måste godkännas av läraren). Det innebär att du måste vara med hela tiden.

VIKTIGT: Betygskriterier för den muntliga tentamen är följande: (3) en elev vet men examinatorn måste hjälpa en hel del, (4) en elev vet med mycket lite hjälp från examinator, (5) examinatorn har en känsla av att han talar till en kollega (naturligtvis inom ramen för kursplanen). Det finns en enorm flexibilitet att arrangera muntliga tentamen. Naturligtvis får detta system in missbrukas. Studenten kommer att få ytterligare tentamensmöjligheter (tex. för att höja betyg) under förutsättning att man ärligt försöker förbättra kunskaper.