بیوانفورماتیک چیست؟

بیوانفورماتیک چیست؟ بیوانفورماتیک علم نوینی است که در آن با استفاده از کامپیوتر، نرم افزارهای کامپیوتری و بانک‌های اطلاعاتی سعی می‌گردد تا به مسائل علمی بخصوص در زمینه‌های بیولوژیکی و سلولی و مولکولی پاسخ داده شود.
بیولوژی مولکولی و علم ژنتیک مسایلی در پیش دارند که بیوانفورماتیک می‌تواند با به‌کارگیری این اطلاعات کامپیوتری شده به حل آن‌ها کمک نماید.

حجم فوق‌العاده زیاد داده‌ها جهت نگهداری و مقایسه رکوردهای میلیونی بسیار مشکل و گاهی غیر ممکن است. یکی از کاربردهای بیوانفورماتیک تحلیل این داده‌ها جهت پی بردن به معمای تکامل هستی است. حل این معما در میلیاردها نوکلئوتید درون ژنوم موجودات زنده نهفته است.

در این علم با بکارگیری کامپیوتر سعی می‌گردد تا تحقیقات وسیع‌تری در خصوص پروتئین‌ها و ژن‌ها بعمل آید. بدین ترتیب دو فعالیت برجسته‌ای که بیوانفورماتیک‌دانان به آن مشغول هستند، پروتئومیکس و ژنومیکس است. ژنومیکس شامل تجزیه و تحلیل داده‌ها و اطلاعات ژنتیکی بخصوص ژنوم موجودات است. علم ژنومیک شامل بررسی، شناسایی، تحلیل و مقایسه ی توالی  نوکلئوتیدهای ژن یا ژن‌های یک جاندار زنده است .علم ژنومیک توالی نوکلئوتیدها در افراد یک گونه را با هم و با افراد سایر گونه ها مقایسه می کنند. پروتئومیک شامل مطالعه، شناسایی، تحلیل و مقایسه ی توالی آمینواسید های پروتئین ها  یا پروتئین های جانداران زنده است. دراین علم به ساختار فضایی و مولکولی وحتی آرایش فضایی اتم های یک پروتئین توجه می کنند. در ترانسکریپتومیک توالی نوکلئوتیدهای mRNA در یک جاندار بررسی و تحلیل و با دیگر mRNA ها مقایسه می شوند. در این علم به مباحثی همچون پردازش RNA توجه میشود.

علاوه بر ژنومیک و پروتئومیک ، شاخه ی دیگری در مقوله ی بیوانفورماتیک گنجانده شده است و آن دانش متابولومیک است که به بررسی متابولیت های حاصل از متابولیسم سلولی می پردازد. هر کدام از بخش های بیوانفورماتیک سعی در شناسایی بخشی از پیچیدگی های علم زندگی دارند . بعضی از محققان امروزی دانش نوینی به نام زیست شناسی سیستمی را در علم بیوانفورماتیک پایه گذاری کرده اند. این علم برای پاسخ دهی به سوال های پیچیده ی زیستی به کار برده می شود.

در علم زیست شناسی سیستمی سعی می‌شود همه ی جنبه های زیست شناختی یک موجود زنده و محیط پیرامون آن را با استفاده از برهم کنش های علوم مختلف ، مثل بیوشیمی ، بافت شناسی ، زیست شناسی ، بوم شناسی و علوم سلولی ـ مولکولی درک شود. در این علم لازم است تا از طریق بررسی بدن جاندار، دستگاه ها، اندام ها، بافت ها و ساختار سلولی و مولکولی جاندار و با بررسی ساختار DNA ، RNA و پروتئین ها پی به ماهیئت و سازوکار سیستم های زنده ببرند. تحقیقاتی که امروزه در زمینه سلولهای بنیادین، تمایز سلولی، بیان ژنها و نحوه عملکرد آنها و نیز نحوه عملکرد و همکاری کلیه اجزاء سلول مثل میتوکندی و یا پلاستها صورت پذیرفته به عنوان دادهای خام برای علم بیوانفورماتیک بکار میرود.

با پیشرفت علم ژنتیک، ژن بعنوان فاکتور اصلی در برنامه‌ریزی عملکرد سلول و به دنبال آن کنترل ویژگی‌های موجود زنده شناخته شده است. به این ترتیب، تمایل برای شناخت هر چه بیشتر ژن‌ها به منظور توجیه پدیده‌های زیستی و بهبود زندگی انسان بعنوان پیچیده‌ترین موجود، به طرز چشمگیری افزایش یافته است، تا حدی که در چند دهه‌ی اخیر، تجهیزات مورد نیاز در تحقیقات مولکولی به طور گسترده‌ای افزایش یافته و امروزه تحقیقات مولکولی جزء مطالعات رایج آزمایشگاه‌های زیستی است.

حجم فوق‌العاده زیاد داده‌های مولکولی و الگوهای مبهم و مرموز آنها ما را بر آن داشته است تا به پایگاه‌های داده و ابزارهای تحلیل داده‌ها نیاز مبرم پیدا کنیم. تلاش و هدف ما یافتن روش‌های جدید، جهت مدیریت این داده‌های حجیم و پیچیده است و نیز فراهم کردن بستری جهت دسترسی به ابزارهای رایانه‌ای و الگوریتم‌های قدرتمند ریاضی تا این حجم داده‌ها را تحلیل نماییم. بیوانفورماتیک چیست؟

پایگاه داده

پایگاه داده یک برنامه کامپیوتری است که با روش‌‌های بسیار منظمی اطلاعات را در کامپیوتر ذخیره می‌کند و با سرعت فوق‌العاده‌ای در آن اطلاعات جستجو کرده و نتیجه‌ی جستجو را ارائه می‌دهد. مشهورترین کاربرد بیوانفورماتیک در تحلیل توالی هاست. توالی‌های DNA مربوط به ارگانیسم‌های مختلف جهت دستیابی سریع و مقایسه آنها با یکدیگر، در پایگاه‌های داده ذخیره می‌شوند.

پروژه ژنوم انسان که از سال ۱۹۹۶ تا سال ۲۰۰۳ به طول انجامید نمونه‌هایی از تحلیل توالی‌هاست. در این پروژه با استفاده از رایانه‌های بزرگ و روش‌های مختلف بدست آوردن توالی‌ها، همه ژنوم انسان تعیین توالی گردید و درون یک پایگاه داده قرار گرفت. با کامل شدن نقشه ژنوم انسان، بیوانفورماتیک در تحقیق سرطان‌ها به امید رسیدن به یک درمان موفق و نهایی بسیار با اهمیت شده است.

پایگاه داده به دو دسته اصلی و فرعی تقسیم می‌شوند. نتایج حاصل از تحقیقات علمی مانند توالی‌های نوکلئوتیدی یک ژن خاص، که در یک آزمایش تجربی به دست آمده است درون پایگاه‌های داده اصلی قرار می‌گیرند. این داده‌ها خام و بدون تحلیل هستند. نمونه‌ای از این پایگاه‌ها GenBank است که توالی‌های نوکلئوتیدی را نگهداری می‌کند. این پایگاه توسط NCBI مدیریت می‌شود.

در علم بیوانفورماتیک ، نخست یافته های حاصل از پدیده های زیستی و به خصوص  ژنتیک و زیست شناسی سلولی ـ ملکولی را در رایانه ذخیره می کنندو سپس به کمک نرم افزار های رایانه ای این اطلاعات را بازیافت و بعد تحلیل و با یافته های جدید مقایسه می کنند . سرانجام با افزودن اطلاعات جدیدتر به محفوظات قبلی و مقایسه ی انها نتایج کامل تر و دقیق تری حاصل به دست می آورند. پروژه های توالی یابی را می توان پیشرو ابتکار های بیوانفورماتیک در آینده دانست. پروژه ی ژنوم آدمی یک مثال موفقیت آمیز از پروژه های توالی یابی ژنوم است . هر روزه با انجام پروژه های ژنومی بر وسعت و عمق دانش بیوانفورماتیک افزوده می شود.

بخش مهمی از رشته ی بیوانفورماتیک شامل توسعه ی فناوری های نوین است که پردازش اطلاعات بیوانفورماتیک را ساده و سریع می کنند. این فناوری ها شامل ساخت رایانه های سریع و نرم افزار های قوی با الگوریتم های جدید است . بیوانفورماتیک چیست؟