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    Engineering Genetic Circuits: Modeling and Analysis
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    University of Colorado Boulder

    Engineering Genetic Circuits: Modeling and Analysis

    Dieser Kurs ist Teil von Spezialisierung Engineering Genetic Circuits

    Chris Myers
    Lukas Buecherl

    Dozenten: Chris Myers

    Die Dozenten

    Chris Myers
    Chris Myers
    University of Colorado Boulder
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    Lukas Buecherl
    Lukas Buecherl
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    Stufe „Mittel“

    It is recommended learners complete Engineering Genetic Circuits: Design.

    Es dauert 24 Stunden
    3 Wochen bei 8 Stunden pro Woche
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    Was Sie lernen werden

    • Design and analyze models of genetic circuits.

    • Simulate genetic circuit models using ODE simulation methods.

    • Simulate genetic circuit models using stochastic simulation methods.

    • Utilize genetic technology mappers to select parts for genetic designs.

    Kompetenzen, die Sie erwerben

    • Kategorie: Computational Logic
      Computational Logic
    • Kategorie: Chemical and Biomedical Engineering
      Chemical and Biomedical Engineering
    • Kategorie: Mathematical Modeling
      Mathematical Modeling
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      Software Visualization
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    Dieser Kurs ist Teil der Spezialisierung Spezialisierung Engineering Genetic Circuits
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    In diesem Kurs gibt es 5 Module

    This course gives an introduction to how to create genetic circuit models. These models leverage chemical reactions represented using the Systems Biology Markup Language (SBML). The second module introduces methods to simulate these models using ordinary differential equation (ODE) methods. The third module teach stochastic simulation methods. The fourth module introduces several variations of the stochastic simulation algorithm. Finally, the fifth module introduces genetic technology method that leverage computational analysis for selecting parts and verifying their performance.  

    This course can also be taken for academic credit as ECEA 5935, part of CU Boulder’s Master of Science in Electrical Engineering.

    This week will describe the basics of modeling biological systems using chemical reactions, how these models can be represented using the Systems Biology Markup Language (SBML) standard, and how these models can be constructed using software tools such as iBioSim.

    Das ist alles enthalten

    23 Videos6 Lektüren2 Aufgaben1 peer review

    23 Videos•Insgesamt 155 Minuten
    • Chemical Reaction Models•7 Minuten•Modulvorschau
    • Laws of Thermodynamics•9 Minuten
    • Law of Mass Action•10 Minuten
    • Genetic Circuit Models•14 Minuten
    • System Biology Markup Language•11 Minuten
    • Overview•9 Minuten
    • Project Management •5 Minuten
    • Creating a Model•3 Minuten
    • Species•6 Minuten
    • Promoters•4 Minuten
    • Compartments •0 Minuten
    • Modules•7 Minuten
    • Events•14 Minuten
    • Event Examples•15 Minuten
    • Unit Definitions •2 Minuten
    • Model Editor•2 Minuten
    • Constraints, Parameters, and Variables•1 Minute
    • Reactions•6 Minuten
    • SBML Mathematical Formulas•7 Minuten
    • iBioSim Functions•3 Minuten
    • Rules•4 Minuten
    • Constraints •1 Minute
    • Model Editor Preferences•3 Minuten
    6 Lektüren•Insgesamt 120 Minuten
    • Engineering Genetic Circuits - Chapter 1 (Section 1.1)•10 Minuten
    • Engineering Genetic Circuits - Chapter 1 (Section 1.7.4)•10 Minuten
    • SBML Level 3: An Extensible Format for the Exchange and Reuse of Biological Models•25 Minuten
    • iBioSim 3: A Tool for Model-Based Genetic Circuit Design•25 Minuten
    • iBioSim Tutorial•45 Minuten
    • iBioSim Demo Video•5 Minuten
    2 Aufgaben•Insgesamt 25 Minuten
    • Chemical Reaction Model Basics•10 Minuten
    • Genetic Circuit Models Using SMBL•15 Minuten
    1 peer review•Insgesamt 60 Minuten
    • Genetic Toggle Switch Model•60 Minuten

    This module will introduce the theory and methods for the analysis of genetic circuit models using ordinary differential equations (ODEs). In particular, it will describe the classical chemical kinetic model, numerical methods for ODE simulation of these models, and techniques to analyze these ODE models qualitatively.

    Das ist alles enthalten

    13 Videos3 Lektüren3 Aufgaben1 peer review

    13 Videos•Insgesamt 98 Minuten
    • Overview•10 Minuten•Modulvorschau
    • Classic Chemical Kinetic Model•9 Minuten
    • ODE Model Example•9 Minuten
    • Differential Equation Simulation•2 Minuten
    • Euler's Method•12 Minuten
    • Runge-Kutta Method•3 Minuten
    • Adaptive Stepsize Control•9 Minuten
    • Qualitative ODE Analysis•2 Minuten
    • Saddle-Node Example•7 Minuten
    • Transcritical Bifurcation Example•2 Minuten
    • Pitchfork Bifurcation Example•1 Minute
    • Two-Dimentional ODE Model•10 Minuten
    • Spatial Methods•16 Minuten
    3 Lektüren•Insgesamt 40 Minuten
    • Engineering Genetic Circuits Chapter 3 (Section 3.1)•10 Minuten
    • Engineering Genetic Circuits Chapter 3 (Section 3.2)•15 Minuten
    • Engineering Genetic Circuits Chapter 3 (Sections 3.3 and 3.4)•15 Minuten
    3 Aufgaben•Insgesamt 60 Minuten
    • Chemical Kinetic Models•15 Minuten
    • ODE Simulation Methods•30 Minuten
    • Qualitative ODE Analysis•15 Minuten
    1 peer review•Insgesamt 60 Minuten
    • ODE Simulation Using iBioSim•60 Minuten

    This module will introduce stochastic analysis methods for genetic circuits. In particular, it will introduce the stochastic chemical kinetics model, Gillespie's Stochastic Simulation Algorithm (SSA) to analyze these models, and various alternative stochastic analysis methods. Finally, the module will conclude with some additional topics: the Chemical Langevin Equation, stochastic Petri nets, the phage lambda model, and spatial Gillespie methods.

    Das ist alles enthalten

    20 Videos4 Lektüren4 Aufgaben1 peer review

    20 Videos•Insgesamt 155 Minuten
    • Introduction•5 Minuten•Modulvorschau
    • Stochastic Chemical Kinetic Model•8 Minuten
    • Biomolecular Reaction Channel•14 Minuten
    • Monomolecular Reactions•1 Minute
    • Trimolecular Reactions•6 Minuten
    • Jump Markov Processes•8 Minuten
    • Introduction•1 Minute
    • Derivation of Gillespie's Stochastic Simulation Algorithm•8 Minuten
    • Implementation of Gillespie's SSA•2 Minuten
    • Gillespie's SSA Examples•6 Minuten
    • Gillespie's First Reaction Method•4 Minuten
    • Gibson/Bruck's Improvements•8 Minuten
    • Composition and Rejection•8 Minuten
    • Tau Leaping•18 Minuten
    • Explicit Tau-Leaping Simulation Algorithm•12 Minuten
    • The Chemical Langevin Equation•8 Minuten
    • The Reaction Rate Equation•8 Minuten
    • Stochastic Petri Nets•6 Minuten
    • Phage Lambda Model•11 Minuten
    • Spatial Gillespie•3 Minuten
    4 Lektüren•Insgesamt 65 Minuten
    • Engineering Genetic Circuits Chapter 4 (Sections 4.1 and 4.2)•15 Minuten
    • Engineering Genetic Circuits Chapter 4 (Section 4.3)•15 Minuten
    • Engineering Genetic Circuits Chapter 4 (Sections 4.4 and 4.5)•15 Minuten
    • Engineering Genetic Circuits Chapter 4 (Sections 4.6 to 4.9)•20 Minuten
    4 Aufgaben•Insgesamt 70 Minuten
    • Stochastic Chemical Kinetics•10 Minuten
    • Stochastic Simulation Methods•30 Minuten
    • Alternative Stochastic Simulation Algorithms•15 Minuten
    • Additional Stochastic Simulation Topics•15 Minuten
    1 peer review•Insgesamt 60 Minuten
    • Stochastic Simulation Using iBioSim•60 Minuten

    This module presents several variations on the SSA algorithm to solve particular analysis problems. In particular, the hierarchical SSA (hSSA) methods enable the analysis of large models, the weighted SSA (wSSA) methods allow for the analysis of rare events, and the incremental SSA (iSSA) methods enable the determination of typical behaviors.

    Das ist alles enthalten

    18 Videos4 Lektüren3 Aufgaben

    18 Videos•Insgesamt 79 Minuten
    • Population-Based Models•3 Minuten•Modulvorschau
    • The Hierarchical Stochastic Simulation Algorithm•5 Minuten
    • Hierarchical Simulation Example•10 Minuten
    • Runtime Comparison between hSSA and SSA•2 Minuten
    • Array Package for Tracking Cellular Populations•6 Minuten
    • Population of Repressilator Circuits Using Arrays•1 Minute
    • Population of Genetic Toggle Circuits Using Arrays•5 Minuten
    • Motivation and Background•5 Minuten
    • Important Sampling•2 Minuten
    • Underlying Mathematics of the wSSA•7 Minuten
    • The weighted stochastic simulation algorithm •3 Minuten
    • Introduction and Motivation•2 Minuten
    • Incremental Stochastic Simulation Algorithm•4 Minuten
    • Marginal Probability Density Evolution•4 Minuten
    • Mean Path•3 Minuten
    • Median Path•2 Minuten
    • Adaptive Time Step•2 Minuten
    • Multiple Paths•3 Minuten
    4 Lektüren•Insgesamt 125 Minuten
    • Hierarchical Stochastic Simulation Algorithm for SBML Models of Genetic Circuits•35 Minuten
    • Efficient Analysis of Systems Biology Markup Language Models of Cellular Populations using Arrays•30 Minuten
    • An Efficient and Exact Stochastic Simulation Method to Analyze Rare Events in Biochemical Systems•30 Minuten
    • An Incremental Stochastic Simulation Algorithm for Genetic Circuits•30 Minuten
    3 Aufgaben•Insgesamt 35 Minuten
    • Hierarchical SSA (hSSA)•10 Minuten
    • Weighted SSA (wSSA)•15 Minuten
    • Incremental SSA (iSSA)•10 Minuten

    This module presents various ways that modeling can be utilized in genetic circuit design to select parts for optimal performance.

    Das ist alles enthalten

    21 Videos4 Lektüren4 Aufgaben

    21 Videos•Insgesamt 102 Minuten
    • Introduction•3 Minuten•Modulvorschau
    • Crosstalk•1 Minute
    • Signal Mismatch•3 Minuten
    • Roadblocking•8 Minuten
    • Genetic Context Effects•3 Minuten
    • Automation and Computer Aided Design•4 Minuten
    • Library Creation•12 Minuten
    • Existing Technology Mapping•2 Minuten
    • Overview of Cello•6 Minuten
    • Genetic Gate Assignment•5 Minuten
    • Impact of Gate Isolation and Gate and Gate Library•3 Minuten
    • Cello Circuit Examples•6 Minuten
    • Analysis of Circuit Failures•8 Minuten
    • Overview of iBioSim's Technology Mapping•1 Minute
    • DAG Representation•2 Minuten
    • Partitioning and Decomposition•2 Minuten
    • Matching and Covering•7 Minuten
    • Technology Mapping's Cost•2 Minuten
    • Model Generation•3 Minuten
    • Rule 30 Example•2 Minuten
    • Sequential Genetic Circuits•10 Minuten
    4 Lektüren•Insgesamt 120 Minuten
    • Technology Mapping of Genetic Circuits: From Optimal to Fast Solutions•30 Minuten
    • Genetic Circuit Design Automation•30 Minuten
    • Directed Acyclic Graph-Based Technology Mapping of Genetic Circuit Models•30 Minuten
    • Design of Asynchronous Genetic Circuits•30 Minuten
    4 Aufgaben•Insgesamt 50 Minuten
    • Introduction to Genetic Technology Mapping•15 Minuten
    • Cello's Technology Mapping•15 Minuten
    • iBioSim's Technology Mapping•10 Minuten
    • Verification of Genetic Circuit Designs•10 Minuten

    Dozenten

    Chris Myers
    Chris Myers
    University of Colorado Boulder
    3 Kurse•3.541 Lernende
    Lukas Buecherl
    Lukas Buecherl
    University of Colorado Boulder
    3 Kurse•3.541 Lernende

    von

    University of Colorado Boulder

    von

    University of Colorado Boulder

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      Icahn School of Medicine at Mount Sinai

      Dynamical Modeling Methods for Systems Biology

      Kurs

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    Dieses Kurs ist Teil des/der folgenden Studiengangs/Studiengänge, die von University of Colorado Boulderangeboten werden. Wenn Sie zugelassen werden und sich immatrikulieren, können Ihre abgeschlossenen Kurse auf Ihren Studienabschluss angerechnet werden und Ihre Fortschritte können mit Ihnen übertragen werden.¹

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    U

    University of Colorado Boulder

    Master of Science in Electrical and Computer Engineering

    Abschluss · 2 years

    ¹Erfolgreiche Bewerbung und Einschreibung sind erforderlich. Es gelten die Zulassungsbedingungen. Jede Einrichtung legt die Anzahl der Credits fest, die durch die Absolvierung dieser Inhalte anerkannt werden und auf die Abschlussanforderungen angerechnet werden können, wobei bereits vorhandene Credits berücksichtigt werden. Klicken Sie auf einen bestimmten Kurs, um weitere Informationen zu erhalten.

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