تبلیغات
بیوتك ها - بیوانفورماتیك ابزاری برای تحلیل حیات درسطح مولكولی
 
درباره وبلاگ


اینجا وبلاگ بیوتک هاست.
نه فقط بیوتک های دانشگاه شاهد و نه فقط بیوتک های ورودی 89!
اینجا متعلق به همه بیوتکنولوژیست هاست!
خوش اومدین!

مدیر وبلاگ : مدیر وبلاگ
جستجو

آمار وبلاگ
  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :
بیوتك ها
وبلاگ دانشجویان بیوتكنولوژی 89 دانشگاه شاهد




در آینده ما چن واحد بیوانفورماتیک داریم که کلا"درس جالبیه. این مطلبی که میذارم بیشتر یه توضیح درمورد این علمه.

وظیفه اصلى بیوانفورماتیك طراحى سیستم هاى كامپیوترى و مدل هاى ریاضى براى نگهدارى، مدیریت و تحلیل داده هاى بیولوژیكى است.
ابزارهاى بیوانفورماتیكى در آینده قادر خواهند بود كه با دانستن یك توالى ژنى، نحوه بروز صفت در سلول زنده را توصیف كنند.
بیوانفورماتیك دانشى بین رشته اى است. نقطه اتصال ریاضیات، علوم محاسباتى و علوم زیستى. این شاخه از علم با توجه به گسترش روزافزون حیطه هاى علمى و درگیر شدن آنها با هم و طرح مسائل مشترك بین شاخه هایى از علم كه پیش از این چندان ربطى به هم نداشتند از یك طرف و گسترش توجه به زیست شناسى و به خصوص زیست شناسى مولكولى در دو دهه اخیر، بسیار مورد توجه پژوهشگران ریاضى و زیست شناسان قرار گرفته است. اگر بخواهیم موضوع علم بیوانفورماتیك را در یك جمله خلاصه كنیم، مى توان گفت: طراحى سیستم هاى كامپیوترى و مدل هاى ریاضى براى نگهدارى، مدیریت و تحلیل مجموعه عظیمى از داده هاى بیولوژیكى و همچنین ارائه دانش زیستى موضوع بیوانفورماتیك است. محتواى این مجموعه عظیم داده اى چیست؟ بیوانفورماتیك با چه مسائلى درگیر است؟ چه جایگاهى در كنار علوم دیگر دارد؟
با توجه به گسترش روزافزون و توجه به این شاخه در كشورمان در این گزارش نگاهى داریم به كلیات بیوانفورماتیك.

 

توالى ها:
اطلاعات وراثتى هر سلول در مولكول   هاى طویلى به نام دیوكسى ریبونوكلئیك اسیدیا DNA
 نگهدارى مى شود.
اما مولكول DNA به تنهایى قادر به كنترل فعالیت هاى حیاتى موجود زنده نیست. بلكه هر كدام از قسمت هاى این دنباله باید طى فرآیندى كه روخوانى و ترجمه نام دارد، در درون اندامى از سلول به نام ریبوزوم به یك آنزیم یا پروتئین معادل آن تبدیل شوند.
پروتئین ها نیز زنجیره اى از آمینواسیدها هستند. بیش از بیست نوع آمینواسید وجود دارد كه با نسبت دادن یك علامت به هر كدام، توالى پروتئینى نشان داده مى شود. هر سه تا باز روى DNA
یک آمینو اسید را کد میکند.به این ترتیب از روى یك توالى ژنى، مى توان توالى پروتئینى خاص آن را به دست آورد.
به این ترتیب نخستین و مهمترین شباهت زیست شناسى مولكولى و علوم كامپیوتر نمایان شد: توالى ها، داده هایى دیجیتالى هستند. قسمت عمده اى از داده هایى كه در مدل ها، الگوریتم ها و پایگاه هاى داده اى (Data base)
بیوانفورماتیك مورد تحلیل قرار مى گیرند، به توالى ها اختصاص دارد.

پایگاه هاى داده:
جریان اطلاعاتى را كه منجر به بروز یك واكنش خاص توسط یك سلول زنده یا یك موجود چند سلولى مى شود را در دیاگرام زیر مى توان خلاصه كرد:

توالی RNA، توالى پروتئین، ساختار پروتئین، عملكرد پروتئین، بروز صفت در سلول زنده.
براین اساس، هدف نهایى بیوانفورماتیك این است كه با در دست داشتن توالى DNA
هاى یك سلول یا یك موجود زنده، تمام خصوصیات و رفتارهاى آن را پیش بینى كند.
یكى از محرك هاى اصلى براى فعالیت روزافزون در زمینه بیوانفورماتیك پروژه هاى ژنوم و پروتیوم بوده اند. پروژه هاى ژنوم، با هدف تعیین كد توالى DNA
هاى موجودات زنده تعریف شده اند كه مهمترین و بزرگ ترین آنها پروژه ژنوم انسانى است. این پروژه كه یك برنامه بزرگ جهانى بود و دانشمندانى از سراسر جهان در آن شركت داشتند، وظیفه اش شناخت كامل DNA انسان است. این پروژه یكى از چهار پروژه عظیم جهانى است كه البته به لطف ساخت دستگاهى به نام PCR كه به این فرآیند سرعت بخشید، در سال ۲۰۰۲ و سه سال پیش از موعد پانزده ساله پیش بینى شده اولیه، به پایان رسید. پایگاه هاى داده اى اینترنتى مخصوص این كار توالى هاى به دست آمده را در اختیار پژوهشگران قرار مى دهند. این پایگاه ها كاملاً عمومى هستند و با وارد كردن هر توالى دلخواه مى توان تمام توالى هاى مشابه به همراه مجموعه كاملى از اطلاعات مربوط به آنها را استخراج كرد. این پایگاه هاى بیوانفورماتیك حجم زیادى از اطلاعات ژنتیكى را در خود حفظ كرده اند و در طول مدت كوتاهى كه از راه اندازیشان مى گذرد، به مهمترین ابزار پژوهشى در زیست شناسى مولكولى مبدل گشته اند.
سرعت رشد اطلاعات موجود در پایگاه هاى داده اى به صورت نمایى رشد مى یابد. طورى كه براى مثال در پایگاه Gen Bank 
 هر ۱۴ ماه حجم اطلاعات دو برابر مى شود. به طور مشابه براى پروتئین هم پروژه پروتیوم تعریف شده است. كه البته در اینجا حجم كار به طرز بسیار وحشتناكى بالاتر است. در عین حال روش هاى خوبى مثل روش هاى به كار رفته در پروژه ژنوم در دست نیست ضمن اینكه بسیارى از پروتئین ها و آنزیم ها، ناشناخته مانده اند. هدف این پروژه ها تعیین توالى پروتئین ها و شكل ساختارى سه بعدى آنها است. به خصوص این آخرى كه نقش اساسى در عملكردهاى پروتئین ها دارد. اگر پروژه ژنوم در طى یك فرآیند ۱۲ ساله به پایان رسید ما با توجه به حجم كار پروژه پروتیوم، به نظر مى رسد كه حدود یك قرن براى به پایان رساندن این پروژه كه با همكارى اكثر مراكز پژوهشى جهان در حال انجام است، لازم باشد.

زمینه هاى مهم بیوانفورماتیك:
۱- تحلیل توالى هاى ژنوم:
هدف اولیه بیوانفورماتیك طراحى روش  هاى استخراج، نگهدارى، پردازش و تحلیل تعداد بسیار زیادى از توالى ها بود. رسیدن به این هدف، براى محققان علوم زیستى دستاورد عظیمى به شمار مى رود. به طور كلى در طى چند سال اخیر، كاوش در این پایگاه هاى داده اى براى پژوهشگران زیست شناسى مولكولى به یك فعالیت روزمره و نیاز حیاتى مبدل 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 هست یا نه؟ در صورت مثبت بودن جواب، این ژن در كجاى زنجیره DNA اصلى قرار دارد و نهایتاً 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 به حدس هاى اولیه اى درباره پاسخ سئوالات فوق برسد. در حالى كه تنها با یك كامپیوتر شخصى متصل به این پایگاه هاى داده اى ظرف چند دقیقه مى توان به جواب قطعى یا حدس هایى محكم رسید.
سرعت بالاى روش هاى تعیین توالى با روش هاى كامپیوترى و مدل هاى ریاضى در طراحى تراشه هاDNA
به دست آمده اند. دستگاه هاى فوق پیشرفته مجهز به تراشه هاى DNA قادر هستند ضمن تعیین توالى همزمان هزاران قطعه نوكلئوتیدى آنها را به طور خودكار در پایگاه هاى داده اى به ثبت 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 بستگى دارد. 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 به دانستن اطلاعات كافى درباره پروتئین ها است. ولى پروژه هاى پروتیوم با وجود این اهمیت حیاتى، به كندى پیش مى روند.
دلایل این كندى پیشرفت، هزینه هاى زیاد و كندى روند تعیین توالى پروتئین ها و مشكل بودن تعیین ساختار سه بعدى آنها در آزمایشگاه است. با توجه به سرعت بالاى روند كار در پروژه هاى ژنوم، حل مسائل پروتئینى مهمترین چالش حال حاضر بیوانفورماتیك به حساب مى آید.
دو اصل اساسى براى تعیین ساختار سه بعدى پروتئین از روى توالى آن وجود دارد كه هر كدام 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 امكانات جدید و بسیار قوى را فراهم ساخته است؛ مثل بررسى همزمان میزان فعالیت هزاران ژن در سلول، تحلیل نحوه تعامل تعداد زیادى پروتئین و تحلیل خصوصیات هزاران سلول جهش یافته در 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 هاى تحقیقى در بیوانفورماتیك مبدل شده است.
از دستاوردهاى مهم در این زمینه مى توان به پیش بینى نقش و كاركرد ژن ها در سلول بدون 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 و تفسیر آنها، باید این داده ها را از طریق پایگاه هایى در اختیار پژوهشگران قرار داد. اما نحوه این ارائه هم مشكلات خاص خود را پیش رو دارد؛ مثل نحوه حصول اطمینان از درستى داده هاى ثبت شده و چگونگى نمایش مفید داده ها براى كاربران. از این جهت اداره كنندگان پایگاه هاى بزرگ بیوانفورماتیكى، چالش هایى بیش از یك مهندس پیش رو دارند.


۵- مدل سازى ریاضى فرآیندهاى حیات:
استفاده كنندگان ابزارها و داده هاى بیوانفورماتیكى محدود به متخصصان زیست شناسى مولكولى 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 در تلاشند 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 سازى آنها به یك سلول كامل برسند كه در این صورت یكى از هدف هاى مهم بیوانفورماتیك علوم زیستى محقق خواهد شد؛ یعنى درك كامل ساز و كار ارگانیسم هاى زنده در سطح مولكولى.
در خاتمه باید یادآور شد كه اهمیت بیوانفورماتیك تنها در سرعت بخشیدن به كارهاى آزمایشگاهى نیست بلكه گسترش این شاخه علمى و طرح و پاسخگویى به سئوالات جدید افق هاى نوینى را پیش روى زیست شناسان گشوده است.
منابع:
۱- www.stratagene.com
۲- www.pubmed.com
۳- www.bioinformatic.org
۴- M . Campbell, L.Heyer; Genomics, Proteomics, and Bio informatics.





نوع مطلب :
برچسب ها :
لینک های مرتبط :


یکشنبه 22 آبان 1390 :: نویسنده : ملیکا رزاز
نظرات ()
دوشنبه 21 آذر 1390 08:15 ب.ظ
like.............
شنبه 19 آذر 1390 12:40 ب.ظ
وای خیلی خوبه! چقد علاقه مند شدم!!
پنجشنبه 26 آبان 1390 12:35 ق.ظ
عید همگی مبارك...
یکشنبه 22 آبان 1390 11:53 ق.ظ
جالب بود ممنون
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر
نظرات پس از تایید نشان داده خواهند شد.


 
webvillage