معرفی دانش بیوانفورماتیک(1)

مواد اولیه آزمایشگاه بیوانفورماتیک عبارت است از اطلاعات خام بیولوژیک و تجهیزات مورد نیاز آن یک کامپیوتر با قدرت متوسط و یک اتصال اینترنت مناسب علاوه بر یک سری نرم افزار که عمدتاً بصورت رایگان قابل دست یابی  می باشد.

تاریخچه بیوانفورماتیک

با پیشرفت علم ژنتیک، ژن به عنوان فاکتور اصلی در برنامه‌ریزی عملکرد سلول و به دنبال آن کنترل ویژگی‌های موجود زنده شناخته شد. به این ترتیب تمایل برای شناخت هرچه بیشتر ژن‌ها به منظور توجیه پدیده‌های زیستی و بهبود زندگی انسان به عنوان پیچیده‌ترین موجود، به طرز چشمگیری افزایش یافت؛ تا حدی که در چند دهه‌ی اخیر، تجهیرات مورد نیاز در تحقیقات مولکولی به طور گسترده‌ای افزایش یافته است و امروزه تحقیقات مولکولی جزو مطالعات رایج آزمایشگاه‌های زیستی است. تا آ‌ن‌جا که پروژه‌های تعیین توالی ژنوم موجودات مختلف از پروژه‌های بسیار رایج به حساب می‌آیند.

امروزه توالی ژنوم بسیاری از موجودات ساده چون باکتری‌ها تا موجودات بسیار پیشرفته مانند یوکاریوت‌های پیچیده شناسایی شده است. پروژه‌ی شناسایی ژنوم انسان که از سال 1990 آغاز شد در بهار 2003 پایان یافت و به این ترتیب اطلاعات کامل مربوط به توالی کروموزوم‌های انسانی به دست آمد.

این حجم وسیع اطلاعات به دست آمده برای دانشمندان بسیار مفید است. این اطلاعات می‌تواند برای کشف و شناسایی پدیده‌های ناشناخته، رفع اثرات نابه‌هنجار ژنتیکی و پیش‌گویی برخی پدیده‌ها استفاده شود.

با این وجود استفاده از این حجم وسیع اطلاعات پردازش نشده نمی‌توانست چندان مفید باشد. در این زمان با پیشرفت چشم‌گیر تکنولوژی اطلاعات و کاربرد آن در زمینه‌های مختلف، به نظر رسید که ادغام این دو علم می‌تواند راه‌گشا باشد. به این ترتیب، حدود اوایل سال 1975 بود که رشته‌ی بیوانفورماتیک با هدف استفاده از تکنیک‌های مدیریت سیستم‌های «داده» در مطالعات بیولوژیک شکل گرفت. با پیشرفت بیوانفورماتیک دخالت سایر رشته‌ها در پیشبردِ کار امری اجتناب ناپذیر بود. حجم بالای اطلاعات و پردازش آ‌‌‌ن‌ها وجود کامپیوترهای پیشرفته‌تر را می‌طلبید. تحلیل داده‌ها و نتیجه گیری منطقی از آن‌ها حضور علم آمار را در این رشته رقم زد. به این ترتیب علم بیوانفورماتیک به عنوان یک تخصص میان‌رشته‌ای با ادغام زیست شناسی، ریاضیات (بویژه آمار)، علوم کامپیوتر و تکنولوژی اطلاعات ایجاد شد.

شاخه های بیوانفورماتیک

دو شاخه اصلی بیوانفورماتیک، پروتئومیک و ژنومیک میباشد:

ژنومیک

ژنومیک شامل تجزیه و تحلیل دادها و اطلاعات ژنتیکی بخصوص ژنوم موجودات است. در حقیقت ژنوم را باید توالی کل DNA موجود در سلولهای یک جاندار دانست که بعنوان ماده ژنتیکی عمل مینماید و سبب بروز صفات وراثتی (فنوتیپ) میشود، با انتقال ماده وراثتی از یک نسل به نسل دیگر، صفات ارثی از یک نسل به نسل بعد منتقل میشود. در موجوداتی که تولید مثل جنسی دارند، ژنها از طریق سلول جنسی نر (اسپرم) و سلول جنسی ماده (اووم) به نوزاد منتقل میشود. بطور خلاصه باید گفت که ژنومیک شامل توالی یابی و آنالیز ژنها و رونوشتهای آنها در یک موجود زنده ست.

پروتئومیک

پروتئومیک به آنالیز پروتئینهای یک موجود زنده گفته میشود. در واقع پروتئومیک دانش بررسی ساختار و عملکرد پروتئین ها در مقیاس بزرگ است. این واژه را به قیاس ژنومیک (به معنی دانش بررسی ژن ها) ساخته اند.

با تکمیل پروژه ژنوم انسان مشخص شد که مکانیسم مولکولی رفتار سلولها در شرایط مختلف را نمی توان از روی توالی ژنهای آنها پیشگویی کرد. رفتار سلولی و تمام فعالیتهایی که در سلول انجام می شود بر عهده پروتئین ها است. در واقع برای ارتباط ژنوم با رفتار سلولها باید پروتئینهای سلولها را شناخت. به کلیه پروتئینهایی که در یک سلول در یک زمان مشخص بیان می شود، پروتئوم آن سلول گفته می شود و این پروتئوم است که فاصله بین ژنوم و مکانیسم مولکولی رفتار سلولی را پر می کند. برخلاف ژنوم، برای هر اورگانیسم نمیتوان یک پروتئوم واحد تعریف کرد. پروتئوم سلولهای مختلف با یکدیگر متفاوت اند. یعنی سلولها علاوه بر پروتئینهای ضروری که در همه انواع سلولها بیان می شوند، دارای یکسری پروتئینهای اختصاصی نیز هستند. از این رو بهتر است پروتئوم را برای هریک از انواع سلولها تعریف نمود. با این حال پروتئوم یک نوع سلول نیز همیشه ثابت نیست.

سلول در برابر شرایط مختلف محیطی و پیامهایی که از سلولهای اطراف دریافت می کند، پروتئینهای مختلفی را بیان می کند. بعبارت دیگر هر سلول تحت شرایط مختلف پروتئومهای متفاوتی دارد. بنابر این برای شناسایی مکانیسمهای مولکولی رفتار سلولی و واکنشهای زیستی، لازم است پروتئینهایی که در یک سلول بیان می شود، تغییرات آنها در شرایط مختلف، عملکرد آنها و همچنین برهمکنشهای بین پروتئینهای مختلف در یک سلول، بررسی شود. به مجموعه این بررسیها، نقشه برداری پروتئوم یا پروتئومیک، گفته می شود.

علاوه بر ژنومیک و پروتئومیک، شاخه های دیگری از علوم زیستی وجود دارند که در بیو انفورماتیک از آنها استفاده میشود که عبارتند از : متابولومیک و ترانسکریپتومیک. در هرکدام از این بخشها سعی میشود تا به سوالات و پیچیدگیهای علم حیات (زیست شناسی) پاسخ داده شود. در حوزه متابولومیک سعی میشود تا دادهایی که در خصوص متابولیتهای سلولی هستند مورد مطالعه و تجزیه وتحلیل قرار گیرد و در علم ترانسکریپتومیک دادهایی که در خصوص رونویسی از روی DNA است مورد بحث و بررسی قرار میگیرد. علم بیوانفورماتیک میتواند ابزاری در جهت توسعه تکنولوژی مهندسی ژنتیک و مهندسی پروتئین باشد.

بیوانفورماتیک ((bioinformaticsعلم نوینی است که در آن با استفاده از کامپیوتر، نرم افزارهای کامپیوتری و بانکهای اطلاعاتی سعی میگردد تا به مسائل بیولوژیکی بخصوص در زمینه های سلولی و ملکولی پاسخ داده شود در این علم با بکارگیری کامپیوتر سعی می گردد تا تحقیقات وسیعتری در خصوص پروتئینها و ژنها بعمل آید.

برخی از محققین امروزی، فصل جدیدی در حوزه علم بیوانفورماتیک معرفی میکنند که نام آنرا زیست سیستم System- Biology نام نهاده اند. زیست سیستم یا دستگاه زیستی دست یافته جدیدی است که برای پاسخگوئی به مباحث پیچیده زیستی توسط محققان بکار میرود. زیست سیستم شامل برهمکنش میان ژنومیک و پروتئومیک و نیز دادههای بیو انفورماتیک است که برای درک کامل از فعالیتهای سیستمهای زیستی بکار میرود. امروزه شناخت توالی DNA به تنهائی پاسخگوی نیاز علمی دانشمندان زیست شناس نمیباشد بلکه مکانیسم عمل ملکولها و اجزاء سلولی به شدت مورد توجه قرار گرفته است. 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.  

  ادامه دارد...

منبع:ibp- Wikipedia””bioinformatics- cisa- biomedcentral.