bioinf/doc/modules/bio.tex

\item
\begin{center}
    \fbox{
        \begin{minipage}{0.9\textwidth}
            \textbf{Projektowanie systemu CRISPR do edycji genów Arabidopsis z użyciem Biopythona}
        \end{minipage}
    }
\end{center}

\vspace{1cm}
\textbf{Cel:}
\begin{itemize}
    \item Nauczenie projektowania sekwencji gRNA do edycji genów.
    \item Wykorzystanie Biopython do edycji genów odporności na suszę w \textit{Arabidopsis thaliana}.
    \item Zaprojektowanie gRNA do wyciszenia lub modyfikacji genu.
\end{itemize}

\textbf{Wprowadzenie:}
\begin{itemize}
    \item \textit{Arabidopsis thaliana} to modelowy organizm w badaniach roślinnych.
    \item CRISPR umożliwia modyfikację genów związanych z odpornością na suszę.
    \item W ćwiczeniu zaprojektujesz sekwencje gRNA do modyfikacji genów.
\end{itemize}

\section*{Krok 1: Przygotowanie środowiska}
\begin{itemize}
    \item Zainstaluj Biopython:
    \begin{lstlisting}[language=bash]
    pip install biopython
    \end{lstlisting}
    \item Załaduj sekwencje genów \textit{Arabidopsis} do pliku \texttt{arabidopsis\_genes.fasta}.
\end{itemize}

\section*{Krok 2: Analiza sekwencji genów}
\begin{itemize}
    \item Użyj Biopython do załadowania sekwencji genów.
    \item Identyfikuj miejsca docelowe CRISPR w sekwencjach genów.
\end{itemize}

\textbf{Przykładowy kod:}
\begin{lstlisting}[language=Python]
from Bio import SeqIO
from Bio.Seq import Seq

# Załaduj sekwencje genów z pliku FASTA
def load_sequences(file_path):
    return list(SeqIO.parse(file_path, "fasta"))

# Znajdź potencjalne sekwencje gRNA (20 nukleotydów + PAM "NGG")
def find_crispr_sites(sequence):
    pam = "NGG"
    sites = []
    for i in range(len(sequence) - 23):
        target = sequence[i:i+20]
        pam_site = sequence[i+20:i+23]
        if pam_site.endswith("GG"):
            sites.append(target + pam_site)
    return sites

# Przykład użycia
genes = load_sequences("arabidopsis_genes.fasta")
for gene in genes:
    print(f"Gene ID: {gene.id}")
    crispr_sites = find_crispr_sites(str(gene.seq))
    print(f"Potential CRISPR sites: {crispr_sites[:5]}")  # wyświetl tylko 5 pierwszych
\end{lstlisting}

\section*{Krok 3: Projektowanie sekwencji gRNA}
\begin{itemize}
    \item Wyszukaj potencjalne sekwencje gRNA w sekwencjach genów.
    \item Zidentyfikuj najbardziej odpowiednie miejsca do modyfikacji.
\end{itemize}

\section*{Krok 4: Analiza wydajności i specyficzności gRNA}
\begin{itemize}
    \item Upewnij się, że gRNA nie ma niepożądanych miejsc docelowych w genomie.
    \item Użyj dodatkowych algorytmów do oceny specyficzności.
\end{itemize}

\section*{Zadanie:}
\begin{itemize}
    \item Znajdź potencjalne miejsca CRISPR w jednym z wybranych genów.
    \item Wybierz najlepsze gRNA do edycji genu.
    \item Zapisz wyniki w pliku \texttt{selected\_grnas.txt}.
\end{itemize}

\textbf{Przykład formatu pliku wynikowego:}
\begin{verbatim}
Gene ID: AT3G02990
Selected gRNA: ACTGACTGACTGACTGACTGGG (pos: 150-170)
\end{verbatim}

\section*{Dodatkowe wyzwania:}
\begin{itemize}
    \item Zintegruj narzędzia Biopythona do analizy specyficzności gRNA w całym genomie \textit{Arabidopsis}.
    \item Zaprojektuj gRNA do edycji wielu genów jednocześnie.
\end{itemize}

\section*{Podsumowanie:}
\begin{itemize}
    \item Poznasz, jak używać narzędzi bioinformatycznych do projektowania gRNA.
    \item Nauczysz się, jak zwiększać odporność roślin na stresy środowiskowe.
\end{itemize}

\section*{Referencje:}
\begin{itemize}
    \item Biopython Tutorial and Cookbook
    \item Zhang, H. et al. (2019). \textit{Genome editing in plants using CRISPR-Cas9}. Nature Reviews Genetics, 20(12), 769-788.
\end{itemize}