کاربردهای بیوانفورماتیک

کاربردهای بیوانفورماتیک

بیوانفورماتیک

علم بیوانفورماتیک شاخه ای از علم زیست شناسی است که به ذخیره سازی، آنالیز و تفسیر اطلاعات آزمایشگاهی می پردازد. امروزه در علم زیست شناسی، به دلیل تولید انبوه اطلاعات مولکولی نیاز به کامپیوتر، پایگاه های داده و الگوریتم های آماری به شدت احساس می شود.

هدف علم بیوانفورماتیک بهره گیری از این ابزار ها برای شناسایی روابط بین داده ها می باشد که شامل توالی های نوکلئوتیدی و پروتئینی، پروفایل های بیان ژن، مسیرهای متابولیکی و بیوشیمیایی هستند. به عبارت ساده تر می توان گفت، علم بیوانفورماتیک ترکیبی از علم زیست شناسی و کامپیوتر و ریاضیات می باشد.

تاریخچه بیوانفورماتیک

ریشه ی علم بیوانفورماتیک به دهه 1960 بر می گردد، یعنی زمانی که دی هوف، اولین پایگاه اطلاعاتی توالی های پروتئینی را تاسیس نمود. به عبارت دیگر علم بیوانفورماتیک با شناسایی توالی اولین پروتئین آغاز گردید. سنگر و همکارانش در بین سال های 1950 و 1955 اولین پروتئین که مربوط به انسولین گاوی بود را توالی یابی نمودند.

تا سال 1965 که اولین پایگاه اطلاعاتی توالی های پروتئینی برای اولین بار منتشر شد، بیش از 100 توالی پروتئینی مشخص شده بود. اولین پایگاه توالی های پروتئینی شامل تنها تعداد کمی توالی پروتئینی بود و بیشتر توالی های موجود در این پایگاه داده تکراری محسوب می شد. از آنجایی که روش های مطمئن و قابل اعتمادی برای توالی یابی DNA در دسترس نبود، تا سال 1977، توالی یابی DNA محقق نشده بود. اولین توالی یابی نوکلئوتیدی که انجام شد، در ارتباط با tRNA مخمر بود.

این توالی یابی مقدمه ای برای توالی یابی DNA گردید، به طوری که تا دهه 80 توالی یابی DNA رشد چشمگیری پیدا کرد. تا سال 1982 توالی های DNA به حدی رسیده بودند که یک پایگاه داده توالی نوکلئوتیدی تاسیس گردد و از این رو اولین پایگاه داده نوکلئوتیدی تحت عنوان GeneBank تاسیس گردید.

جمع آوری توالی های نوکلئوتیدی با فراز و نشیب هایی همراه بود اما از سال 1994 به بعد روند جمع آوری توالی های نوکلئوتیدی رو به رشد گذاشت به طوری که در سال 1994 بیش از  200000 توالی نوکلئوتیدی در پایگاه داده ی GeneBank گردآوری گردید. به طور تقریبی می توان گفت اکنون بیش از 180 میلیارد جفت باز در بیش از 165000 موجود توالی یابی شده است.

با افزایش تعداد توالی های نوکلئوتیدی، نیاز به پایگاه داده های فراوان برای دسته بندی و تجزیه و تحلیل داده و همچنین الگوریتم های کامپیوتری بیشتر احساس شد. از این رو می توان گفت پایگاه های داده، پایه و اساس و به نوعی قلب بیوانفورماتیک محسوب می شوند.

انقلابی در حوزه بیوانفورماتیک

پروژه ی توالی یابی ژنوم انسان یا HGP که به پروژه ی 1000 ژنوم نیز معروف است را می توان انقلابی در حوزه ی علم بیوانفورماتیک دانست. پروژه ی توالی یابی ژنوم انسان با همکاری موسسه ی ملی تحقیقات ژنوم انسان در آمریکا، موسسه ی سنگر در انگلستان و موسسه ی ژنومیک بجینگ در چین در سال 2008 آغاز گردید.

در پروژه ی تعیین توالی ژنوم انسان، ژنوم حداقل 1000 شخص ناشناس از اقوام مختلف جمع آوری گردید، تا با استفاده از ابزارها و روش های جدید، توالی یابی گردد. هدف پروژه ی توالی یابی ژنوم انسان، بررسی تنوع ژنتیکی انسان و پی بردن به تاثیر عوامل ژنتیکی در فنوتیپ و بروز بیماری ها بود. به عبارت دیگر، هدف پروژه ی HGP، به دست آوردن اطلاعات دقیق از پلی مورفیسم های DNA در جوامع بود.

به عبارت دیگر توالی یابی ژنوم انسان که منجر به ایجاد ژنوم مرجع انسان گردید، به نوعی مطالعه ژنتیک انسانی را رقم زد.

با استفاده از نتایج حاصل از پروژه ی توالی یابی ژنوم انسان،  نواحی از ژنوم که با رخ دادن یک فنوتیپ یا بیماری خاص در ارتباط بودند، شناسایی گردید. به عبارت دیگر نتایج حاصل از پروژه ی HGP، نواحی از ژنوم کشف شدند که شامل پلی مورفیسم هایی بودند که به نظر می‌رسید در روی دادن بیماری‌های شایع انسانی مثل دیابت، بیماری عروق کرونر، سرطان سینه و … دخیل هستند.

در حال حاضر روش های بسیاری برای پیشگیری و تشخیص بیماری های ژنتیکی، غربالگری های قبل از تولد و … وجود دارد که بر مبنای علم بیوانفورماتیک و با استفاده از علم ژنومیکس قابل انجام می باشد.

کاربردهای بیوانفورماتیک

پایگاه داده های بیوانفورماتیک حاوی مقادیر زیادی از داده های آزمایشگاهی هستند که آنالیز این داده ها، پیشرفت های شگرفی در علم زیست شناسی گردیده است. با استفاده از اطلاعات بدست آمده از پروژه ی توالی یابی ژنوم انسان، می توان به مقایسه ی ژنوم موجودات برای یافتن جد مشترک، پیش بینی عملکرد ژن ها و پروتئین ها، شناسایی مکان های عملکردی و فعال آنزیم ها، طراحی دارو و طراحی واکسن پرداخت.

برای مثال، با در دست داشتن توالی ویروس عامل بیماری، می توان نواحی کد کننده ی پروتئین که در فعالیت ویروس نقش دارد، می توان داروهایی را طراحی نمود که باعث بهبود بیماری گردد. به عبارت دیگر علم بیوانفورماتیک نه تنها علم ضروری در تحقیقات پایه ای حساب می شود، بلکه در علوم پزشکی و دارویی نیز ضرورت و اهمیت خاصی دارد.

آینده بیوانفورماتیک چیست؟

در اهمیت آینده شغلی علم بیوانفورماتیک باید گفت، که در حال حاضر بیشترین تقاضاهای شغلی در کل دنیا به ویژه اروپا مربوط به علم بیوانفورماتیک می باشد. به عبارت ساده تر یک شغل پردرآمد در کل دنیا محسوب می شود.

در حال حاضر، تمام شرکت های داروسازی مطرح دنیا، تمام پژوهشکده های فعال در حوزه های زیست شناسی مولکولی، محیط زیست و … یک تیم حرفه ای بیوانفورماتیکی به منظور طراحی دارو و سایر فعالیت های بیوانفورماتیک دارند.

در سطح دانشگاهی، در حال حاضر دانشگاه های تراز اول دنیا و ایران گروه های حرفه ای بیوانفورماتیکی تشکیل دادند که با برگزاری دوره های آموزشی برای پزشکان بویژه ی در حیطه ی سرطان و ایمونولوژی، باعث ایجاد یک همکاری خوب و حرفه ای بین متخصصان بیوانفورماتیک و پزشکان گردیده که موجب پیشرفت های شگرف در زمینه ی آزمایشات بالینی و تشخیص و پیشگیری بیماری های ژنتیکی گردیده است.

سخن آخر اینکه با آشنایی با پایگاه های داده، و یادگیری نرم افزارهایی مانند Gromacs، Auto dock و همچنین یادگیری کار با لینوکس و سرور و نرم افزارهایی مانند R، و با استفاده از قدرت ایده پردازی می توان به صورت حرفه ای در علم بیوانفورماتیک مشغول به فعالیت شد و در آمد قابل توجهی کسب نمود.

مطالعه صدها مطلب علمی در حوزه بیولوژی

آرشیو جدیدترین خبرهای روز دنیای بیولوژی