理論生物学

1： ガイダンス, 接続テスト(Zoom 接続のURLはITC-LMSを参照してください) 2： 細胞システムの数理(Introduction) ※：コロナの影響で授業予定の変更などの可能性があります。授業のHPに最新情報をUPしますのでチェックをお願いします(https://yaqbio.crmind.net/*****)。 以降、下記よりトピックを受講者のバックグラウンドなどを考慮して選択する(理論生物・生物情報学的トピックを半々くらいで取り上げる)： 今年度取り上げないトピックの一部については、 前年度講義動画のオンデマンドマテリアルも受講者には提供する。 【理論生物学的トピック】 ・反応速度論・微分方程式・フィードバックループ・反応の物理化学 ・反応過程の縮約と実効的方程式(Michaelis-Menten, Hill 方程式) ・細胞反応と非線形応答と細胞の分子認識(シグナル伝達系・免疫応答) ・非線形応答と非平衡性(非線形応答の熱力学的コスト) ・細胞の記憶と多安定状態(遺伝子発現スイッチ) ・振動現象と負のフィードバック(概日リズム) ・動的な入力への細胞応答(動的入力に誘導される細胞分化) ・環境変動への適応と化学走性(完全適応) ・パラメータ変化へのロバスト性(温度補償現象) ・分子濃度変化に対するロバストネス(絶対濃度補償性) ・自己複製にともなう拘束と普遍性(細胞の成長則) 【生物情報学的トピック】 ・イメージングデータからダイナミクスを推測する(隠れ状態推定の原理と応用) ・scRNAseqデータからダイナミクスを推測する(RNA velocityの原理と応用) ・グラフ上のダイナミクスと生体情報への応用(非ユークリッド低次元化・クラスタリング)

講義による。

出席とレポートによって評価する。 詳細についてはガイダンス時に伝える。

教科書は指定しない。

以下の書籍や記事が参考になる： ・"システム生物学入門 -生物回路の設計原理"、Uri Alon (著), 倉田 博之 (翻訳), 宮野 悟 (翻訳) 、共立出版. ・"生命科学の新しい潮流 理論生物学"、望月 敦史 (編集) 、共立出版. ・ウェットウェア: 単細胞は生きたコンピューターである、デニス・ブレイ (著), 熊谷　玲美 (翻訳), 田沢　恭子 (翻訳), 寺町　朋子 (翻訳) 、早川書房 ・"定量生物学 生命現象を定量的に理解するために", DOJIN BIOSCIENCE SERIES, 化学同人 ・"生命システムを定量する!", 実験医学 2013年5月号, 羊土社 ・"数でとらえる細胞生物学", 舟橋　啓/翻訳，Ron Milo，Rob Phillips/著, 2020, 羊土社 ・"Physical Biology of the Cell", Rob Phillips(他), Garland Science. ・"Biophysics: Searching for Principles", Bialek, W., Princeton University Press ・"Cell Biology by the Numbers", Ron Milo & Rob Phillips, Garland Science さらに学びたい場合には以下のまとめを参照すること： ・細胞の理論生物学の学び方(学部前期向け)：https://zenn.dev/***** ・細胞の理論生物の学び方(学部後期・大学院編)：https://zenn.dev/*****

各問題についての具体的な生物学的な知識は仮定しないが、DNAやタンパク質、セントラルドグマ、化学反応などの基本的事項は理解していることが望ましい。 数理的な側面については、線形代数や微分方程式の基礎(学部1,2年生程度)については勉強したことがあることを想定する。 追試・追レポート等がある場合は、理学部3号館412講義室前掲示板、生物情報HP（http://www.bs.s.u-tokyo.ac.jp/*****）に掲載するので注意すること。