تبلیغات
بیوانفورماتیك,bioinformatics,بیوانفورماتیک - بیوانفورماتیک چیست ؟
بیوانفورماتیك,bioinformatics,بیوانفورماتیک
تنها پایگاه آموزش بیوانفورماتیک به زبان فارسی,www.ibp.ir,این ویلاگ زیر مجموعه پرتال بیوانفورماتیک ایرانیان میباشد به آدرس
جمعه 11 مرداد 1387

بیوانفورماتیک چیست ؟

جمعه 11 مرداد 1387

بیوانفورماتیک علم نوینی است که در آن با استفاده از کامپیوتر، نرم افزارهای کامپیوتری و بانکهای اطلاعاتی سعی می گردد 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 پروتئین ها و ژنها بعمل آید. بدین ترتیب دو فعالیت برجسته ای که بیوانفورماتیک دانان به آن مشغول هستند پروتئومیک و ژنومیک می باشد. 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 می نماید و سبب بروز صفات وراثتی (فنوتیپ) می شود، با انتقال ماده وراثتی از یک نسل به نسل دیگر، صفات ارثی از یک نسل به نسل بعد منتقل می شود. در موجوداتی که تولید مثل جنسی دارند، ژنها از طریق سلول جنسی نر (اسپرم) و سلول جنسی ماده (اووم) به نوزاد منتقل می شود. بطور خلاصه باید گفت که ژنومیک شامل توالی یابی و آنالیز ژنها و رونوشتهای آنها در یک موجود زنده است. پروتئومیک به آنالیز پروتئین های یک موجود زنده گفته می شود

علاوه بر ژنومیک و پروتئومیک، شاخه های دیگری از علوم زیستی وجود دارند که در بیو انفورماتیک از آنها استفاده می شود که عبارتند از : متابولومیک و ترانسکریپتومیک. در هرکدام از این بخش ها سعی می شود تا به سوالات و پیچیدگیهای علم حیات (زیست شناسی) پاسخ داده شود. در حوزه متابولومیک سعی می شود 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 می تواند ابزاری در جهت توسعه تکنولوژی مهندسی ژنتیک و مهندسی پروتئین باشد.برخی از محققین امروزی، فصل جدیدی در حوزه علم بیوانفورماتیک معرفی می کنند که نام آنرا زیست سیستم System-Biology نهاده اند. زیست سیستم یا دستگاه زیستی دست یافته جدیدی است که برای پاسخگوئی به مباحث پیچیده زیستی توسط محققان بکار می رود. زیست سیستم شامل برهمکنش میان ژنومیک و پروتئومیک و نیز داده های بیو انفورماتیک است که برای درک کامل از فعالیتهای سیستم های زیستی بکار می رود. امروزه شناخت توالی DNA به تنهائی پاسخگوی نیاز علمی دانشمندان زیست شناس نمی باشد بلکه مکانیسم عمل ملکولها و اجزاء سلولی به شدت مورد توجه قرار گرفته. 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.
بیولوژی مولکولی و علم ژنتیک مسایلی در پیش دارند که بیوانفورماتیک میتواند با به کار بردن این اطلاعات کامپیوتری شده به حل آنها کمک نماید ، حجم فوقالعاده زیاد دادهها جهت نگهداری و مقایسه های میلیونی رکوردها بسیار مشکل است و گاهی غیر ممکن است ، یکی از کاربردهای بیوانفورماتیک تحلیل این دادهها جهت پی بردن به معمای تکامل هستی است ، حل این معما در ملیاردها نوکلئوتید درون ژنوم موجودات زنده نهفته است.
مشهورترین کاربرد بیوانفورماتیک در تحلیل توالی هاست توالی های DNA مربوط به ارگانیزم های مختلف جهت دستیابی سریع و مقایسه آنها با یکدیگر ، در پایگاه های داده ذخیره میشوند. پروژه ژنوم انسان که از سال 1996 تا سال 2003 به طول انجامید نمونه ای از تحلیل توالی هاست ، در این پروژه توسط کامیپوترهای بزرگ ، همه ژنوم انسان تعیین توالی گردید و درون یک پایگاه داده قرار گرفت.
با کامل شدن نقشه ژنوم انسان ، بیوانفورماتیک در تحقیقات سرطان به امید رسیدن به یک درمان موفق و نهایی ، بسیار با اهمیت شده است.
بررسی و مقایسه توالیهای ژنتیکی یا توالی های پروتئینی کمک فراوانی به فرضیه تکامل می کند به عنوان مثال میتوان به وسیله نرم افزار بلست توالی یک ژن خاص را با ملیون ها توالی ژنی موجود مقایسه کرد.
بیوانفورماتیک ابزارهای زیادی برای مطالعه بسیاری از سوالات مربوط به حوزه بیولوژی مانند پی بردن به شباهت دو ژن خاص با عملکردهای مشابه در اختیار محققین قرار داده است که عبارتند از بانکهای اطلاعاتی با ارزش و نرم افزارهای مختلف برای تحلیل توالی ها.S
علم بیوانفورماتیک به سرعت در حال رشد است و کاربرد های فراوانی پیدا کرده است تحقیقات انجام شده در این زمینه به حدی زیاد بوده است که این رشته ی 30 ساله، در سال 2000 حدود دو درصد از کل مقالات موجود در Pubmed را به خود اختصاص داد.


توالی ها:

اطلاعات وراثتی هر سلول در مولکول های طویلی به نام "دیوکسی ریبونوکلئیک اسید" یا DNA نگهداری می شود. DNA پلیمری است که از چهار مونومر ساخته شده است. این مونومرها که باز هستند به اختصار A ، T، C و G نامیده می شوند. به این ترتیب برای نمایش مولکول DNA دانشمندان از یک رشته طولانی از این چهار حرف استفاده می کنند. به این رشته طولانی ، توالی می گویند.




در واقع DNA زنجیره ای دوگانه و به هم تابیده است، که هر دو مونومر از هر زنجیره با مونومری از زنجیره مقابل ، در هم جفت می شوند ، به این صورت که A با T و G با C جفت می شوند. پس با دانستن توالی یک زنجیره ، توالی متقابل به دست می آید. در درون هسته هر سلول ، مولکول DNA چندین بار تاب می خورد و برای استحکام بیشتر، به دور گلوله هایی از چربی حلقه می زند. به این مجموعه کروموزوم می گویند که همه خصلتهای انسانی درآنها کد شده اند.مولکول DNA به تنهایی قادر به کنترل فعالیت های حیاتی موجود زنده نیست. بلکه هر کدام از قسمت های این دنباله باید طی فرآیندی که روخوانی و ترجمه نام دارد، در درون اندامی از سلول به نام ریبوزوم به یک آنزیم یا پروتئین معادل آن تبدیل شوند. این آنزیم یا پروتئین است که برای مثال وارد جریان خون می شود و به وظایف محوله فرد می پردازد. به هر قسمتی از یک مولکول DNA که یک پروتئین را کد می کند، یک ژن می گویند. یک مولکول DNA حاوی هزاران ژن است که هر کدام وظیفه ای خاص خود دارند، به این ترتیب جریان اطلاعات که توصیف کننده رفتار و عملکرد هر سلول زنده است، در DNA کنترل می شود

 

پروتئین ها نیز زنجیره ای از آمینواسیدها هستند. بیش از بیست نوع آمینواسید وجود دارد که با نسبت دادن یک علامت به هر کدام، توالی پروتئینی نشان داده می شود. هر سه تا باز روی DNA یک آمینواسید را کد می کنند. به این ترتیب از روی یک توالی ژنی، می توان توالی پروتئینی خاص آن را به دست آورد.
به این ترتیب نخستین و مهمترین شباهت زیست شناسی مولکولی و علوم کامپیوتر نمایان شد: توالی ها ، داده هایی دیجیتالی هستند. قسمت عمده ای از داده هایی که در مدلها ، الگوریتم ها و پایگاه های داده ای (Data base) بیوانفورماتیک مورد تحلیل قرار می گیرند ، به توالی ها اختصاص دارد.