زمینه های مهم بیوانفورماتیک

تحلیل توالى هاى ژنوم
هدف اولیه بیوانفورماتیك طراحى روش هاى استخراج، نگهدارى، پردازش و تحلیل تعدادبسیار زیادى از توالى ها بود. رسیدن به این هدف، براى محققان علوم زیستى دستاوردعظیمى به شمار مى رود. به طور كلى در طى چند سال اخیر، كاوش در این پایگاه هاىداده اى براى پژوهشگران زیست شناسى مولكولى به یك فعالیت روزمره و نیاز حیاتىمبدل شده است. براى مثال فرض كنید كه توالى قسمتى از یك
dna
در آزمایشگاه به دست آمده است.
نخستین سئوالى كه به ذهن مى رسد این است كه آیا این توالى در برگیرنده یك ژن هستیا نه؟ در صورت مثبت بودن جواب، این ژن در كجاى زنجیره dna اصلى قرار دارد ونهایتاً آنزیمى را كه كد مى كند چه نقشى در سلول یا در فرآیندهاى حیاتى ایفا مى كند؟در غیاب بیوانفورماتیك و ابزارهاى آن، ماه ها وقت لازم است تا یك تیم تحقیقاتى بهحدس هاى اولیه اى درباره پاسخ سئوالات فوق برسد. در حالى كه تنها با یك كامپیوترشخصى متصل به این پایگاه هاى داده اى ظرف چند دقیقه مى توان به جواب قطعى یا حدس هایىمحكم رسید.
سرعت بالاى روش هاى تعیین توالى با روش هاى كامپیوترى و مدل هاى ریاضى در طراحىتراشه هاى...
برای مطالعه ادامه مطلب در زیر بر روی ادامه مطلب كلیك كنید...

dna به دست آمده اند. دستگاه هاى فوقپیشرفته مجهز به تراشه هاىdna
قادر هستند ضمن تعیین توالىهمزمان هزاران قطعه نوكلئوتیدى آنها را به طور خودكار در پایگاه هاى داده اى بهثبت برساند.
۲- پیش بینى ساختار سه بعدى (ساختار سوم و چهارم) پروتئین
كاركرد مولكول هاى عظیم پروتئین به شدت به شكل فضایى و ساختار سه بعدى آنها بستگىدارد. از طرفى همان گونه كه دیدیم ژن ها نیز از طریق عملكرد پروتئین هایى كه مى سازند،نقش خود را اعمال مى كنند. بنابراین شناخت كامل ماهیت و وظیفه ژن ها، منوط بهدانستن اطلاعات كافى درباره پروتئین ها است. ولى پروژه هاى پروتیوم با وجود ایناهمیت حیاتى، به كندى پیش مى روند.
دلایل این كندى پیشرفت، هزینه هاى زیاد و كندى روند تعیین توالى پروتئین ها ومشكل بودن تعیین ساختار سه بعدى آنها در آزمایشگاه است. با توجه به سرعت بالاىروند كار در پروژه هاى ژنوم، حل مسائل پروتئینى مهمترین چالش حال حاضربیوانفورماتیك به حساب مى آید.
دو اصل اساسى براى تعیین ساختار سه بعدى پروتئین از روى توالى آن وجود دارد كه هركدام روش جداگانه اى را براى حل مسئله ساختار پیشنهاد مى كنند:
* پروتئین هایى كه توالى نسبتاً مشابهى دارند، شكل فضایى شبیه به هم پیدا مى كنند: جست وجو براى یافتن توالى هاى مشابه.
*شكل فضایى مولكول به نحوى است كه به حداقل انرژى برسد: استفاده از قوانین شیمى،فیزیك و ترمودینامیك.

۳- تحلیل كاركردى در سطح ژنوم
ابزارهاى تحلیل كلان داده هاى زیستى، روش كار پژوهش هاى مهندسى ژنتیك،داروسازى و زیست شناسى را دگرگون كرده اند. فناورى جدید بیوانفورماتیكى امكاناتجدید و بسیار قوى را فراهم ساخته است؛ مثل بررسى همزمان میزان فعالیت هزاران ژندر سلول، تحلیل نحوه تعامل تعداد زیادى پروتئین و تحلیل خصوصیات هزاران سلول جهش یافتهدر آن واحد. این مسائل با به كارگیرى روش هاى آمارى پیشرفته و كلاستربندى حل شده اند. دانش مربوط به این بخش تحت عنوان �ژنوم شناسى كاركردى� به یكى از فعال ترین زمینه هاىتحقیقى در بیوانفورماتیك مبدل شده است.
از دستاوردهاى مهم در این زمینه مى توان به پیش بینى نقش و كاركرد ژن ها در سلولبدون نیاز به تحلیل داده هاى پروتئینى اشاره كرد.

۴- ایجاد و مدیریت پایگاه هاى داده اى
صرف نظر از نوع داده هاى تولید شده در زیست شناسى مولكولى و نحوه تحلیل وتفسیر آنها، باید این داده ها را از طریق پایگاه هایى در اختیار پژوهشگران قرارداد. اما نحوه این ارائه هم مشكلات خاص خود را پیش رو دارد؛ مثل نحوه حصولاطمینان از درستى داده هاى ثبت شده و چگونگى نمایش مفید داده ها براى كاربران. ازاین جهت اداره كنندگان پایگاه هاى بزرگ بیوانفورماتیكى، چالش هایى بیش از یكمهندس پیش رو دارند.

۵- مدل سازى ریاضى فرآیندهاى حیات
استفاده كنندگان ابزارها و داده هاى بیوانفورماتیكى محدود به متخصصان زیست شناسىمولكولى نمى شود. گروهى كه اخیراً به اهمیت بیوانفورماتیك پى برده اند،فیزیولوژیست ها هستند. آنها با استفاده از حجم عظیم داده هاى ژنومى و پروتیومى درتلاشند تا راه شبیه سازى فرآیندهاى بیوشیمیایى سلول هاى زنده را هموار سازند.
تلاش محققان این است كه فرآیندهاى خاص سلولى را شبیه سازى كرده و با یك پارچه سازىآنها به یك سلول كامل برسند كه در این صورت یكى از هدف هاى مهم بیوانفورماتیكعلوم زیستى محقق خواهد شد؛ یعنى درك كامل ساز و كار ارگانیسم هاى زنده در سطحمولكولى.
در خاتمه باید یادآور شد كه اهمیت بیوانفورماتیك تنها در سرعت بخشیدن به كارهاىآزمایشگاهى نیست بلكه گسترش این شاخه علمى و طرح و پاسخگویى به سئوالات جدید افق هاىنوینى را پیش روى زیست شناسان گشوده است.

وبلاگ مستقل بیوانفورماتیک