تعریف علم بيوانفورماتيك

بیوانفورماتیک يعني استفاده ازرایانه براي تجزيه و تحليل داده هاي زيستي از قبیل مولكول های زیستی و شبكه هاي داخل و بين سلولي . در اين علم جنبه هاي مختلفي از علم زیست شناسی از قبیل ژنوميكس، پروتئوميكس، ترنسكريپتوميكس، متابولوميكس به کمک علوم رایانه و آمار مطالعه می شود.
بيوانفورماتيك هم زمان با پروژه هاي ژنوم رشد كرد و داده هاي اين پروژه ها را ذخيره و مورد بررسي قرار داد. اين حجم وسيع اطلاعات پردازش نشده نمي‌توانست چندان مفيد باشد. درآن زمان با پيشرفت چشم‌گير تکنولوژي اطلاعات و کاربرد آن در زمينه‌هاي مختلف، به نظر رسيد که ادغام اين دو علم مي‌تواند راه‌گشا باشد. به اين ترتيب، حدود اوايل سال 1975 بود که رشته‌ي بيوانفورماتيک با هدف استفاده از تکنيک‌هاي مديريت سيستم‌هاي «داده» در مطالعات بيولوژيک شکل گرفت. با پيشرفت بيوانفورماتيک دخالت ساير رشته‌ها در پيشبردِ کار امري اجتناب ناپذير بود. حجم بالاي اطلاعات و پردازش آ‌‌‌ن‌ها وجود کامپيوترهاي پيشرفته‌تر را مي‌طلبيد. تحليل داده‌ها و نتيجه گيري منطقي از آن‌ها حضور علم آمار را در اين رشته رقم زد. به اين ترتيب علم بيوانفورماتيک به عنوان يک تخصص ميان‌رشته‌اي با ادغام زيست شناسي، رياضيات (بويژه آمار)، علوم کامپيوتر وتکنولوژي اطلاعات ايجاد شد. در حال حاضر علم بيوانفورماتيک به سرعت در حال رشد است و کاربرد‌هاي فراواني پيدا كرده است تحقيقات انجام شده در اين زمينه به حدي زياد بوده است که اين رشته‌ي 40 ساله مثلا در سال 2000 حدود دو درصد از کل مقالات موجود در Pubmed را به خود اختصاص داد. همچنين ضرورت به‌کارگيري بيوانفورماتيک در مطالعات پزشکي تا حدي است که دانشمندان معتقدند بدون استفاده از بيوانفورماتيک تحقيقات دارويي و زيست شناسي مدرن، متوقف خواهد شد. بنابراین ضرورت يادگيري بيوانفورماتيك براي زيست شناسان و محققان علوم پزشکی به شدت احساس می شود.
بيوانفورماتيك يك علم ميان رشته اي مي باشد كه دادهاي زيست شناسي را توسط تئوري هاي آماري با الگوريتم ها و برنامه هاي كامپيوتري تجزيه و تحليل مي كند. همان طور كه در تصوير زير مي بينيد شاخه هاي مختلف زيست شناسي از جمله بيوشيمي، زيست شناسي مولكولي و بيوفيزيك از يك سمت و علوم كامپيوتر و فناوري اطلاعات از سمت ديگر به وسيله تجزيه و تحليل رياضياتي و آماري به عنو ان پايه تشكيل دهنده بيوانفورماتيك مي باشند.

مرحله ي بعدي در ادامه اين تحقيقات، تلاشهاي بيش تر در جهت مطالعات سيستماتيك در زمينه ي سلول ها، اندام ها و موجودات زنده؛ به ويژه فرآيندهاي سلولي مانند برهم كنشهاي مولكولي، ارتباطات بين سلولي، تقسيم سلولي، هموستازي و سازگاري هاي محيطي دانشي به نام زیست شناسی سامانه ای( (System Biology را بوجود آورد. در اين علم نیز شاخه هاي مختلف علوم زيستي به منظور درك بهتر چگونگي عملكرد سلول، چگونگي تنظيم فرايندهاي سلولي و چگونگي واكنش و سازگاري با تغييرات محيطي با هم ادغام می شوند. آينده بشر در دستان قدرتمند بيوانفورماتيك و سيستم بيولوژي خواهد بود. بهمین علت بخش زيادي از بودجه كشورهاي پيشرفته به توسعه و پيشرفت اين علوم نوين اختصاص مي يابد

.
سطوح علم بيوانفورماتيک:

بيوانفورماتيك به چندین سطح تقسيم مي شود كه عبارتند از:
1- ژنوميكس :
در اين سطح شباهت يک ژن با ساير ژن ها، تجزيه و تحليل اطلاعات ژنوم موجود زنده بررسی می شود که شامل ايجاد و جستجو در بانك هاي اطلاعاتي، همرديفي توالي ها، بررسي فيلوژني و تهيه درخت فيلوژنتيکي و تعيين ارتباطات تکاملي و بررسي ژن ها و پيدا کردن خانواده هاي ژني و پروتئيني ، تعيين موقعيت ژن روي کروموزوم و پيدا کردن مسير هاي بيوشيميايي و مقايسه و تجزيه و تحليل آنها می شود.
2-ترنسكريپتوميكس :
در این سطح از علم بیوانفورماتیک تجزیه و تحلیل های مربوط به نسخه برداري DNA انجام می شود.
3- پروتئوميكس :
اين سطح مربوط به آناليز پروتئين هاي موجود زنده و تجزيه وتحليل توالي هاي پروتئين ها وساختارهاي مولكولي و عملكردهاي مولكولي و بررسي میانکنش نهاي پروتئين- پروتئين و مكان يابي پروتئين ها و همچنين وپيدا کردن دومين هاي مشخص در ترادف و تعيين ويژگي هاي دومين ها (مثل ويژگي هاي فيزيکي، جايگاه اتصال، جايگاه مديفيکاسيون و…) و پيشگويي ساختار دوم و سوم پروتئين ها و … می باشد.
4- متابولوميكس :
این سطح مربوط به تجزيه و تحليل داده هايي درباره متابوليتهاي سلول می باشد.
5- فارماکوژنوميکس :
اين سطح از علم بیوانفورماتيک مربوط به استفاده از تکنيک‌هاي پروتئوميکس در يافتن هدف پروتئيني داروها می باشد.

 

کاربردهای علم بیوانفورماتیک

– يافتن ژن‌ها در ميان توالي‌هاي ژنوميک
– به خط کردن توالي‌ها در بانک‌هاي اطلاعاتي براي يافتن شباهت‌ها و تفاوت‌ها
– پيش‌گويي ساختار و عملکرد محصولات ژن‌ها
– توضيح تعامل ژن‌ با محصولاتش
– شناسايي علل ژنتيک بيماري‌ها
– تشخيص بيماري‌ها بر اساس اطلاعات ژنتيک
– يافتن ارتباط فيلوژنتيک ميان ژن‌ها و توالي‌هاي پروتئيني
– پيش‌گويي ساختار و عملکرد پروتئين ها
– پيش‌گويي میانکنش پروتئين ها با داروها و طراحي منطقي داروها

شاخه هاي علم بيوانفورماتيک

برای اين تاکنون سه شاخه در نظر گرفته شده است که عبارتند از:
1- بهبود وگسترش الگوريتم هاي جديد بمنظور يافتن ارتباط بين اعضاي يک بانک اطلاعاتي زيستي
2- تفسيرو توضيح انواع مختلف اطلاعات شامل ترادف اسيد هاي آمينه و نوکلئوتيد ها و دومين ها و ساختارهاي پروتئين
3-بهبود وگسترش برنامه هايي که دسترسي سريع و مديريت انواع مختلف اطلاعات زيستي را ممکن سازد.
انواع فعاليت ها در بيوانفورماتيک:
1- سازماندهي: ايجاد و مديريت بانک هاي اطلاعاتي
2- تجزيه و تحليل : اطلاعات ژن ها و پروتئين ها و mRNA

مراکز بيوانفورماتيک:

به سروری که حاوی بانکهای اطلاعاتي دررابطه با موضوعات بيولوژيکي باشد و امکان جستجو در آن بانکهای اطلاعاتي را فراهم کند و همچنين دارای نرم افزار هايي براي آناليز اطلاعات زیستی باشد مرکز بیوانفورماتيک گفته مي شود .
مراکز بيونفورماتيک مهم در دنیا عبارتند از :
مرکز NCBI : (National center for bioinformatics information) : هدف از تاسيس اين مرکز افزايش فهم فرايند هاي مولکولي است که سلامتي انسان را تحت تاثير قرار مي دهد. (http://www.ncbi.nlm.nih.gov)
مرکز EBI: (http://www.ebi.ac.uk) : قسمتي از آزمايشگاه زيست شناسي مولکولي در اروپا (EMBL) است.
مرکزEXPASY: (Expert protein analysis system): http://expasy.org/
اين سرور در کشور سويس(SIB) است و سرويس هاي زيادي براي آناليز ترادف هاي پروتئين ها و اسيد هاي نوکلئيک و آناليز الکتروفورز دو بعدي دارد. همچنين حاوي بانک هاي مختلف اطلاعاتي مي باشد.