Biologia molekularna, IV rok

Biologia molekularna, IV rok. Ćwiczenia z bioinformatyki I .
Autor: mgr Małgorzata Maciukiewicz, mgr Sylwia Alaba

Ćw1 - Wprowadzenie do systemu Linux.

Linux jest, w przeciwieństwie do MS Windows, darmowym systemem operacyjnym..

Jego wielką jest to, że instalując system użytkownik od razu ma niezbędne aplikacje (jak
pakiet Office) i nie musi ich instalować z oddzielnych płyt. Po wykonaniu podstawowej
instalacji użytkownik dostaje pełen i gotowy do pracy system operacyjny. Korzystając z
najnowszych dystrybucji nie ma potrzeby szukania w sieci sterowników ani instalowania ich
z dodatkowych płyt jak to ma miejsce w przypadku Windowsa XP, a w mniejszym stopniu
Visty czy Windows 7. System od razu wykryje kartę sieciową, graficzną, dźwiękową itd.

Większość popularnych programów pod MS Windows posiada swoje odpowiedniki w

systemie Linux.

Aplikacja w Windows

Aplikacja w Linux

MS Office

Open Office

Windows Media Player,
Power DVD

VLC Media Player

Totem

Internet Explorer,
Mozilla, Netscape

Mozilla, Opera, Netscape

Gadu-Gadu

Kadu

Corel Draw

Inscape

Adobe Photoshop

Gimp

Winamp

Rhytmbox, Amarok

Notatnik

Gedit

Dodaj/usuń programy z
Panelu Sterowania

Menedżer pakietów
Synaptic

Tabela 1- Popularne aplikacje w systemie Windows i ich odpowiedniki w systemie Linux. Oczywiście

odpowiedników można znaleźć więcej.

Jeśli nowemu użytkownikowi systemu Linux ciężko się rozstać z ulubionymi

programami działającymi w systemie Windows może zainstalować je w nowym systemie,
korzystając z tzw. emulatorów (jak płatwy CrossOver) czy aplikacji typu darmowy Wine.
Zainstalowaną, podstawową wersję systemu zawsze można wzbogacić o dodatkowe pakiety.
Najwygodniejszą metodą jest włączenie menedżera pakietów (System->Administracja-
>Synaptic Menedżer pakietów w Ubuntu, lub Centrum Sterowania Gnome->Dodaj lub Ususń
Pakiety w Mandrivie) Menedżer pakietów działa analogicznie do Panelu Sterowania w
systemie Windows. Bardziej zaawansowani użytkownicy mogą pokusić się o kompilację i
instalowanie pakietów z poziomu konsoli.

1 Część programów posiada wersje uruchamialne pod systemami Windows oraz Linux

Istnieje wiele dystrybucji systemu Linux. Niektóre jak Mandriva czy Ubuntu są

polecane dla początkujących użytkowników. Z kolei dystrybucje jak Gentoo czy Debian są
wskazane dla osób bardziej zaawansowanych. Istnieją też wersje ‘dziedzinowe’ jak BioLinux.
Na ogół jednak dla każdej dystrybucji dostępnych jest bardzo dużo pakietów dodatkowych
tak, że każdy może łatwo dostosować system do swoich potrzeb.

Specyfika systemu Linux polega na kontroli użytkownika nad systemem, znacznie

większej niż w przypadku Windows. Choć większość rzeczy można ‘wyklikać’ w środowisku
graficznym, warto poznać podstawy pracy w konsoli.

Część I - GUI

Skrót GUI pochodzi od Graphical User Interface, i oznacza graficzny interfejs użytkownika.
Układ Menu systemowego różni się od tego znanego z Windows.
Istnieją dwa środowiska graficzne w systemach Linux: Gnome i KDE. W Ubuntu domyślnym
środowiskiem jest Gnome z kolei w Mandrivie KDE. Wybór między Gnome a KDE jest
kwestią wyłącznie estetyczną. Aktualna dystrybucja KDE 4.4 bardzo przypomina menu i
układ graficzny z sytemu Windows Vista. Mimo dla osób po raz pierwszy stykających się z
systemem Linux prościej opanować Gnome.
Zadanie 1 - pakiet biurowy OpenOffice
Pakiet Office. Pakiet OpenOffice posiada analogiczne aplikacje w stosunku do MS Office.

Power Point Prezentacja OpenOffice Org

MS Word

Edytor tekstu Oo.org

MS Excel

Arkusz kalkulacyjny Oo.org

MS Access

Baza danych Oo.org

Tabela 2 Części pakietu MS Office i ich zamienniki w OpenOffice (Oo).

Wizualnie Open Office przypomina MS Office w wersji 2003 i wcześniejszej (zupełnie
inaczej niż MS Office 2007 czy 2010). W sieci dostępne są obszerne tutoriale, także w języku
polskim, do Open Office, z których osoby zainteresowane mogą skorzystać w celu
pogłębienia swej wiedzy.

1. Writer
a) Otwórz Open Office Writer (Programy->Biuro->Edytor Tekstu OpenOffice.org) i napisz
kilka zdań różnymi czcionkami (domyślnie w systemie Linux nie ma znanych z Windows
czcionek jak 'Times New Roman' czy 'Arial'. Aby z nich korzystać należy zainstalować pakiet
'Microsoft TrueType Fonts' z poziom Synaptic).
b) W tekstach prac często zamieszcza się tabele oraz podsumowania. Umieść w dokumencie
tabelę składającą się z 3 kolumn i dwóch wierszy. Kolor tła komórek w pierwszym wierszu
niech będzie zielony, zaś tekst w drugim wierszu czerwony.

c) Bardzo użyteczną i wbudowaną opcją pakietu OpenOffice jest możliwość bezpośredniego
drukowania   bieżącego   dokumentu   jako   PDF.   W   przypadku   MS   Office   trzeba   znaleźć
odpowiednie dodatki lub zainstalować programu typu PDF creator.   Zapisz dokument jako
PDF i dołącz do protokołu.
2. Calc
a)  Otwórz OpenOffice Calc. Otworzy się zeszyt wyglądający  jak zeszyty w MS Excel z
trzema arkuszami. Na początek zmień nazwy arkuszy na: ark1, ark2, ark3.
b)  Calc posiada wiele znanych z MS Excel funkcji. Przejdź do arkusza pierwszego. W dwóch
pierwszych kolumnach wpisz dowolne dwie liczby zaś w trzeciej kolumnie iloczyn liczb z
dwóch poprzednich  kolumn.  Pierwszy wiersz niech  będzie  wierszem  nagłówka- pierwsza
kolumna niech zostanie opisana jako liczba1, następna jako liczba2 a ostatnia jako iloczyn. W
podobny   sposób   wypełnij   pierwsze   dziesięć   wierszy.   Uwaga!   Nie   jest   potrzebne   by   za
każdym razem korzystać wykorzystywać kreatora funkcji do rozpisania iloczynu. Wystarczy
skopiować zawartość komórki- kopiowanie są całe formuły! (aby skopiować komórkę należy
‘przeciągnąć’ jej zawartość na sąsiednie komórki).
c)  Sortowanie.   Dane   biologiczne   jakie   są   przedmiotem   analiz   często   zawierają   wartości
numeryczne. Posortuj wstawione wartości po kolumnie iloczyn tak od wartości największych
do najmniejszych (Dane->Sortowanie->Sortuj według->Iloczyn)
d) Filtrowanie . Kolejną z bardzo użytecznych funkcji używanych na danych jest filtrowanie.
Odfiltruj dane w ten sposób aby w arkuszu znalazły się jedynie te wiersze, w których iloczyn
jest większy lub równy 20 (Dane->Filtr->Filtr standardowy).

Cześć II - Konsola

Choć wiele rzeczy można obecnie ‘wyklikać’ w środowisku graficznym czasem

zachodzi skorzystania z poziomu wiersza poleceń. Nie każdy program posiada graficzny
interfejs użytkownika (GUI), dlatego warto poznać sposoby poruszania się po drzewie
katalogów, tworzeniu katalogów.

W razie jakichkolwiek wątpliwości warto skorzystać z polecenia man. Po wpisaniu

man [nazwa_polecenia] np. man copy w oknie terminala pojawi się pełna dokumentacja na
temat wybranej komendy. Podobne rezultaty zostaną uzyskane przy użyciu komendy help.
Aby zakończyć wyświetlanie stron manuala wciśnij CTRL+Z lub naciśnij klawisz 'q'. Na
stronie

http://linuxreviews.org/man/index.html.pl

znajduje się opis (w języku polskim) wielu

komend systemu Linux.

W dalszej części zajęć komendy będą podawane w następujący sposób:

komenda [opcje_dodatkowe]

Wpisując wspomniane opcje dodatkowe jak na przykład man copy, nie używamy

nawiasów kwadratowych. Komendy zawsze piszemy z małej litery. Pomiędzy komendą a jej
opcjami pozostawiamy JEDNĄ spację.

Zadanie1 - drzewo katalogów w systemie Linux i poruszanie się po nim
Otwórz konsolę (Aplikacje->Akcesoria->Terminal).

1.  Aby sprawdzić w jakim katalogu znajduje się użytkownik należy użyć polecenia pwd.  W
jakim katalogu otwiera się domyślnie konsola?   (Katalogi w systemie Linux oznaczane są
poprzez:   /nazwa_katalogu, na przykład  /home/malgosia, co oznacza katalog domowy
użytkownika malgosia. Po znakach / można prześledzić pełną ścieżkę dostępu do naszego
katalogu od katalogu nadrzędnego, czyli danej partycji systemowej).

2. Innym ciekawym poleceniem jest ls ( ang. listing), pozwalające wyświetlić wszystkie
pliki zawarte w bieżącym katalogu. W zależności od opcji polecenia możne wyświetlić
dodatkowe informacje o plikach/katalogach.
Wypróbuj następujące opcje:

–l (wyświetla właściwości plików)
-a (wyświetla ukryte pliki i foldery. Nazwy ukrytych plików zaczynają się do ./)

oraz

–s –h (wyświetla rozmiar plików folderów (ang. size w sposób czytelny dla ludzi).

UWAGA! Pomiędzy znakiem myślnika (-) a nazwą opcji NIE wstawiamy spacji.
a)  W   swoim   katalogu   domowym   (na   przykład  /home/malgosia)   załóż     katalog,   o
dowolnej nazwie, w którym przechowywane będą wszelkie wyniki pracy na ćwiczeniach.
Aby   utworzyć   katalog   należy   wpisać   w   wierszu   poleceń  mkdir  nazwa_katalogu.  Po
utworzeniu warto przejść do nowego katalogu   za pomocą komendy  cd  nazwa_katalogu.
Zamiast   nazwa   katalogu   należy   wpisać   nazwę   utworzonego   katalogu,   na   przykład
cw_bioinfo. Wówczas komenda wygląda:

mkdir cw_bioinfo

oraz

cd cw_bioinfo.

b) Przejdź do utworzonego w podpunkcie a) katalogu i utwórz w nim prosty plik tekstowy o
dowolnej nazwie. Do tworzenia plików służy polecenie touch nazwa_pliku, na przykład

touch plik.txt .

Wykonaj printscreen konsoli z użytymi w powyższym zadaniu komendami i wklej obrazek
do protokołu. Aby wykonać printscreen skorzystaj z klawisza PrtScr, ulokowanego w
okolicach klawisza F12.
Zadanie 2 - prawa dostępu w systemie Linux

W systemach Linux/Unix, bardziej niż w przypadku systemu Windows, ważne są prawa

dostępu do plików. W zależności od uprawnień posiadanych przez danego użytkownika
plik(lub program) można otwierać/edytować/uruchamiać. Prawa oznaczane są następująco:
- do odczytu oznaczane jest jako r (ang. read)
- do zapisu(edycji) jako w (ang. write)
- do uruchamiania jako x (ang. execute)

Aby określić jakie są prawa dostępu do plików w danym katalogu należy użyć polecenia

ls z opcją -l
a) Jakie są prawa dostępu do pliku ex-text-file.txt?

Prawa dostępu dotyczą: właściciela - grup - innych. Zapis r-- r-- r— oznaczają prawa
do odczytu dla: właściciela, grupy oraz innych. Kolejne symbole dotyczące uprawnień dla
wspomnianych osób wyświetlane są w tej właśnie kolejności.
b) Co oznacza zapis:

rwx r-- --- ?

Niektóre programy, używane w analizach bioinformatycznych są uruchamiane z poziomu

linii poleceń. Aby móc uruchomić program należy mieć prawo do jego wykonywania.

Aby zmienić prawa dostępu należy użyć polecenia chmod. Prawa dostępu oznaczane są

też numerycznie, z tego właśnie sposobu zapisu korzysta chmod.

4- prawo do odczytu
2- prawo do zapisu
1-prawo do uruchomienia
0-brak uprawnień.
W systemie numerycznym prawa się sumują, tzn. prawo do zapisu i odczytu (4 i 2)

zapisywane jest jako 6 (suma 4 oraz 2). Prawo do odczytu/zapisu/uruchomienia oznaczane
jest jako 7 (2+4+6).
c) Zmień prawa dostępu do pliku ex-text-file.txt tak aby każdy miał prawo do edycji pliku (to
znaczy aby prawo do otwierania oraz zapisu posiadał: właściciel, grupa oraz inni.) Zapisz
użytą komendę.
Zadanie 3 - operacje na zawartości plików i wyszukiwanie wzorca

grep   jest bardzo użytecznym poleceniem pozwalającym na szybkie przeszukanie czy w
danym   pliku   znajduje   się   interesujący   użytkownika   wzorzec.   Wzorcem   może   być   każdy,
dowolny ciąg znaków: słowo, kilka liter czy fragment sekwencji DNA czy białka.
Plik  GSM424848-tbl-1.txt  zawiera   krótkie   sekwencje   pochodzące   z  Arabidopsis   thaliana.
Jedna linia pliku zawiera dane dotyczące tylko jednej sekwencji.
a) Sprawdź ile sekwencji (w tym wypadku linii) znajduje się w pliku   GSM424848-tbl-1.txt
używając komendy  wc  z odpowiednią opcją (znajdź ja przy pomocy poznanych wcześniej
poleceń umożliwiających  przeglądanie  dokumentacji  dotyczących  poszczególnych  komend
Linuxa). Jakiego polecenia użyłeś aby poznać tę opcję? Podaj wynik działana użytej komendy
wc z wybraną przez Ciebie opcją.
b) użyj polecenia grep w celu wyświetlenia tylko tych sekwencji z pliku GSM424848-tbl-
1.txt, które zawierają w sobie 'CATGTAAGCACGTC'. Ile jest takich sekwencji?
b)   Powtórz   zadanie   z   podpunktu   a)   tym   razem   wyszukując   sekwencję   '
TTTTTTTCATGTAAGCACGTCGGTT'. Czy w którejś (jeśli tak to w której)  linii znajduje
się ta sekwencja? Która z opcji polecnia  grep pozwala określić linię, w której znaleziono
szukaną frazę? Zapisz użytą komendę do protokołu.

c) powtórz komendę z podpunktu b) dodając opcję -o. Na podstawie uzyskanego razultatu
krótko opisz działanie tej opcji.

c) użyj polecenia grep z opcją –v w celu wyświetlenia wszystkich linii prócz tych
zawierających w sekwencji adeninę. Korzystając z poznanej w podpunkcie b) opcji grep

wypisz numery ostatnich trzech linii, w których nie występuje poszukiwany nukleotyd. Podaj
w protokole jakiej komendy użyłaś/eś. Spróbuj zmienić wielkość liter we wzorcu. Czy wynik
działania komendy uległ zmianie?
Zadanie 4 - wyświetlanie plików z linii komend

1. cat jest poleceniem pozwalającym na wyświetlenie zawartość pliku (lub kilku plików
jednocześnie) na ekranie lub na przekierowanie jego (ich) zawartości do pliku przy użyciu
symbolu przekierowania >. Komenda cat w połączeniu z grep pozwala wyświetlać linijki
zawierające określone słowo lub frazę. Jest to szczególnie przydatne w przypadku edytowania
plików konfiguracyjnych, których nie można edytować w trycie graficznym!!

a) Proszę za pomocą polecenia cat wyświetlić zawartość pliku ex-text-file.txt i zapisać ją do
pliku o nazwie tmp.txt. Aby zapisać zawartość pliku do innego pliku należy użyć symbolu
przekierowania >. W przypadku korzystania z cat składnia polecenia wygląda następująco:

cat plik1

> plik2.

Przekieruj zawartość pliku ex-text-file.txt do pliku ex1-text-file.txt.
b) W przypadku dużych plików, nie mieszczących się na ekranie terminala, wygodne jest aby
wyświetlać je fragmentami. Wyświetl 10 linii pliku ex-text-file.txt. W celu wyświetlenia
początkowych linii należy skorzystać z opcji : head –liczba_linii plik
Analogicznie do poprzedniego przykładu proszę wyświetlić 10 ostatnich linii z pliku ex-text-
file.txt . W celu wyświetlenia ostatnich linii z pliku należy skorzystać z tail.
Wykonaj print screen komend użytych w podpunktach a) oraz b).
2) Polecenie more bardzo ułatwia przeglądanie dużych plików tekstowych z poziomu konsoli.
Aby przeglądać pliki tekstowe za pomocą more należy wpisać:

more [-dlfpcsu ] [-num ] [+/ wzór] [+ num_linii] [plik...]
a)  opcja  -d  ułatwia   przeglądanie   większych   plików   poprzez   wpisanie   na   końcu   ekranu
komunikatu 'Press space to continue, press q to quit'. Wypróbuj opcję  -d  w połączeniu z
opcją -num. Zapisz wynik działania komendy (zrób print screen'a konsoli)
b) Opcja  +linenum pozwala na rozpoczęcie przeglądania pliku od linii o zadanym numerze.
Rozpocznij przeszukiwanie pliku ex-text-file.txt od linii 12. Zapisz użytą komendę.

c) Korzystając z man odpowiedz na pytanie co znaczą opcje -l, -f, -p, -c, -s, -u?

Zadanie 5 - pakowanie i rozpakowywanie plików z linii komend

Polecenie tar służy do tworzenia archiwum w systemach UNIX/Linux. Korzystając z tar
stwórz archiwum z katalogu w którym zostały wykonane powyższe zadania.
Komenda:

tar cvf katalog.tar katalog
stworzy archiwum o nazwie katalog.tar z katalogu o nazwie katalog. Opcje cvf oznaczają:
c - tworzenie nowego archiwum

Document Outline