بــــیــــوتــــکــــنــــولـــــوژی

 معرفی علم بیوانفورماتیک

bioinformatics

بیوانفورماتیک علم نوینی است که در آن با استفاده از کامپیوتر، نرم افزارهاي کامپیوتري و بانک هاي اطلاعاتی سعی می گردد، تا به مسائل بیولوژیکی، به خصوص در زمینه هاي سلولی و ملکولی و بیوتکنولوژي پاسخ داده شود. در این علم با به کار گیري کامپیوتر سعی می گردد تا تحقیقات وسیع تري در خصوص پروتئین ها و ژن ها به عمل آید. به این ترتیب دو فعالیت برجسته اي که بیوانفورماتیکدانان به آن مشغول هستند، پروتئومیکس و ژنومیکس می باشد.

 

 

ژنومیکس شامل تجزیه و تحلیل داده ها و اطلاعات ژنتیکی به خصوصژنوم موجودات است. به طور خلاصه باید گفتکهژنومیکسشامل توالی یابی و آنالیز ژن ها و رونوشت هاي آن ها در یکموجود زنده است. پروتئومیکسبه آنالیز پروتئین هايیکموجود زنده گفته می شود. علاوه بر ژنومیکسو پروتئومیکس، شاخه هاي دیگري از علوم زیستی وجود دارند که دربیوانفورماتیک از آن ها استفاده می شود، مانند: متابولومیکس و ترانسکریپتومیکس. در هر کدام از این بخشها سعی می شودتا به سوالات و پیچیدگی هاي علم حیات پاسخ داده شود. در حوزه ي متابولیک، سعی می شود تا داده هایی که در خصوصمتابولیت هاي سلولی هستند، مورد مطالعه و تجزیه و تحلیل قرار گیرند و در علم ترانسکریپتومیکداده هایی که در خصوصرونویسی از روي   DNAهستند، مورد بحث و بررسی قرار می گیرد.علم بیوانفورماتیک، می تواند ابزاري در جهت توسعه ي تکنولوژي، مهندسی ژنتیک و مهندسی پروتئین باشد. برخی ازمحققین امروزي، فصل جدیدي در حوزه ي علم بیوانفورمانیک، معرفی می کنند که نام آن را سیستم بیولوژي نهاده اند. سیستمبیولوژي شامل بر هم کنش میان ژنومیکس و پروتئومیکس و نیز داده هاي بیوانفورماتیک است که براي درك کامل از فعالیتسیستم هاي زیستی به کار می رود. امروزه شناخت توالی DNAبه تنهایی پاسخگوي نیاز علمی دانشمندان زیست شناسنمی باشد، بلکه مکانیسم عمل ملکول ها و اجزاي سلولی به شدت مورد توجه قرار گرفته است. تحقیقاتی که امروزه در زمینه يسلول هاي بنیادین، تمایز سلولی، بیان ژن ها و نحوه ي عملکرد آن ها و نیز نحوه ي عملکرد و همکاري کلیه ي اجزاي سلولمانند میتوکندري و یا پلاست ها صورت پذیرفته، به عنوان داده هاي خام براي علم انفورماتیک به کار می روند.بیوانفورماتیک دانشى بین رشته اى است. نقطه اتصال ریاضیات، علوم محاسباتى و علوم زیستى. این شاخه از علم با توجه بهگسترش روزافزون حیطه هاى علمى و درگیر شدن آنها با هم و طرح مسائل مشترك بین شاخه هایى از علم که پیشتاز اینچندان ربطى به هم نداشتند از یکطرف و گسترش توجه به زیست شناسى و به خصوص زیست شناسى مولکولى در دو دههاخیر، بسیار مورد توجه پژوهشگران ریاضى و زیست شناسان قرار گرفته است. اگر بخواهیم موضوع علم بیوانفورماتیک را دریک جمله خلاصه کنیم، مى توان گفت: طراحى سیستم هاى کامپیوترى و مدل هاى ریاضى براى نگهدارى، مدیریت و تحلیلمجموعه عظیمى از داده هاى بیولوژیکى و همچنین ارائه دانش زیستى موضوع بیوانفورماتیک است. از این رو اینگونه می توانعنوان کرد که وظیفه اصلى بیوانفورماتیک طراحى سیستم هاى کامپیوترى و مدل هاى ریاضى براى نگهدارى، مدیریت و تحلیلداده هاى بیولوژیکى است. ابزارهاى بیوانفورماتیکى در آینده قادر خواهند بود که با دانستن یک توالى ژنى، نحوه بروز صفت درسلول زنده را توصیف کنند.

DNA هاى یک سلول یا یک موجود زنده، تمام خصوصیات و رفتارهاى آن را پیش بینى کند. یکى از محرك هاى اصلى براىفعالیت روزافزون در زمینه بیوانفورماتیک پروژه هاى ژنوم و پروتئوم بوده اند. پروژه هاى ژنوم، با هدف تعیین DNA  هایموجودات زنده تعریفشده اند که مهمترین و بزرگ ترین آنها پروژه ژنوم انسانى است. این پروژه که یک برنامه بزرگ جهانى بود و دانشمندانى از سراسر جهان در آن شرکت داشتند، وظیفه اش شناخت کاملکد توالى DNAانسان است.

این پروژه یکى از چهار پروژه عظیم جهانى است که البته به لطف روش تکثیر ژن به نام   PCRکه به این فرآیند سرعت بخشید، در سال 2001 و سه سال پیش از موعد پانزده ساله پیش بینى شده اولیه، به پایان رسید. پایگاه هاى داده اى اینترنتىمخصوص این کار توالى هاى به دست آمده را در اختیار پژوهشگران قرار مى دهند. این پایگاه ها کاملاً عمومى هستند و باوارد کردن هر توالى دلخواه مى توان تمام توالى هاى مشابه به همراه مجموعه کاملى از اطلاعات مربوط به آنها را استخراجکرد. این پایگاه هاى بیوانفورماتیک حجم زیادى از اطلاعات ژنتیکى را در خود حفظ کرده اند و در طول مدت کوتاهى که ازراه اندازی شان مى گذرد، به مهمترین ابزار پژوهشى در زیست شناسى مولکولى مبدل گشته اند. سرعت رشد اطلاعاتموجود در پایگاه هاى داده اى به صورت نمایى رشد مى یابد. طورى که براى مثال در پایگاه GenBank هر 14 ماه اطلاعات دو برابر مى شود. به طور مشابه براى پروتئین هم پروژه پروتئوم تعریف شده است. که البته در اینجا حجم کار به طرز بسیار وحشتناکى بالاتر است. در عین حال روش هاى خوبى مثل روش هاى به کار رفته در پروژه ژنوم در دست نیست ضمن اینکه بسیارى از پروتئین ها و آنزیم ها، ناشناخته مانده اند. هدف این پروژه ها تعیین توالى پروتئین ها و شکل ساختارىسه بعدى آنها است. اگر پروژه ژنوم در طى یک فرآیند 12 ساله به پایان رسید ما با توجه به حجم کار پروژه پروتئوم، به نظرمى رسد که حدود یک قرن براى به پایان رساندن این پروژه که با همکارى اکثر مراکز پژوهشى جهان در حال انجام است، لازم باشد.

در پایان به این نتیجه می توان رسید که بیوانفورماتیک از علوم نوینی است که در تمام زمینه هاي تحقیقات پایه و کاربردي پزشکی بکار گرفته می شود. تمام محققین و متخصصینی که با روشهاي نوین زیست شناسی ملکولی و مهندسی ژنتیک جهت بررسی ملکولهاي RNA ،DNA و پروتئین، در پیشگیري ، تشخیص، درمان و همچنین شناسایی ژنها و پروتئینهاي با کاربرد هاي مختلف پزشکی ، داروسازي و بهداشتی سروکار دارند نیازمند آشنایی با بیوانفورماتیک میباشند. هزاره سوم میلادي عصر برتري علم و تکنولوژي است. در این زمان پیشرفتهاي شگرفی در زمینه علوم تجربی و پایه در ابعاد گوناگون آن و در ارتباط باعلم بیوتکنولوژي صورت گرفته است.از این رو شرکت پرشین بیوانفورماتیک در این زمینه اقدام به دوره ها و کارگاه هاي آموزشی در دو سطح مقدماتی و پیشرفته نموده است که ذیلاً عناوین این دوره ها لیست گردیده است

سطح مقدماتی:

1- مفاهیم و تعارف علم بیوانفورماتیک

2- آشنایی با دیتابیس های بیوانفورماتیکی و کار با آن ( DDBJ ، EBI ، NCBI )

3- آشنایی با دیتابیس های ساختاری و کار با آن ( Swiss-prot، PDB )

4- نحوه جستجو و ذخیره سازس توالی های نوکلئوتیدی و پروتئینی در بانک های اطلاعاتی

5- Submit کردن داده های نوکلئوتیدی و پروتئینی در بانک های اطلاعاتی

6- انجام انواع Blast و تفسیر نتایج آن

7- مقایسه توالی های نوکلئوتیدی و پروتئینی و ترسیم درخت فیلوژنتیکی

8- Sequencing و پروژه های ژنومی

9- طراحی پرایمر و پروب و آنالیز آن

10- تعیین نقشه برشی آنزیمی توالی های نوکلئوتیدی ( restriction enzyme pattern )

11- پیشگویی ساختارهای ثانویه وپروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک

12- بررسی ساختارهای سه بعدی پروتئینی و نوکلئوتیدی و مدل سازی

13- آشنایی با دیتابیس های متابولیکی و نحوه استخراج اطلاعات ( KEGG، Biocyc )


 

سطح پیشرفته:

 

1- اصول PCR و انجام PCR الکترونیکی

 

2- معرفی انواع PCR  و طراحی آنها ( RFLP-PCR، Nested-PCR، RT-PCR )

 

3- معرفی و طراحی روش Real time PCR

 

4- طراحی آزمایشات کلونینگ و بیان ژن

 

5- طراحی آزمایشات مبتنی بر siRNA و microRNA

 

6- اصول و طراحی آزمایشات میکرواری ( Microarray )