Bioinformatyka

Bioinformatyka - jest różnokierunkową sferą badań z obrębu biologii i informatyki. Scala ze sobą wiele dziedzin nauki; informatykę, biologię molekularną, genomikę, biochemię, matematykę i teorię baz danych .

Luscombe i wsp. definiują bioinformatykę jako relację biologii i informatyki: bioinformatyka dotyczy technologii, a dokładnie wykorzystania komputerów do przechowywania, zdobywania i rozprzestrzeniania informacji odnoszących się do makrocząsteczek biologicznych takich jak DNA, RNA, czy białka. Dodatkowo bioinformatyka steruje tymi danymi. Wielką rolę w bioinformatyce odgrywają komputery, są one absolutnie niezbędne do przetwarzania danych zawierających się w genomach, a także do magazynowania wiedzy na ich temat, ponieważ większa część zadań w analizie informacji genomowych potrzebuje wielorazowego zastosowania takich samych algorytmów .

TL;DR

Bioinformatyka to dziedzina badań, która łączy biologię i informatykę. Wykorzystuje komputery do przechowywania, analizowania i rozprzestrzeniania informacji dotyczących makrocząsteczek biologicznych. Bioinformatyka różni się od biologii obliczeniowej, skupiając się głównie na analizie sekwencji, struktury i funkcji genów i genomów. Historia bioinformatyki sięga lat 60., a jej rozwój przyspieszył wraz z projektem sekwencjonowania ludzkiego genomu i rozwojem internetu. Celem bioinformatyki jest lepsze zrozumienie organizmów żywych i zastosowanie w medycynie i biotechnologii. Działy bioinformatyki obejmują analizę sekwencji, funkcji, struktury i systemów biologicznych.

Różnica między bioinformatyką a biologią obliczeniową

Według J. Xiong bioinformatyka “ogranicza się do analizy sekwencji, struktury oraz funkcji genów i genomów oraz odpowiadających im produktów ekspresji. Dlatego też często określa się ją mianem molekularnej biologii obliczeniowej". Natomiast biologia obliczeniowa dotyczy wszystkich tych obszarów biologii, które wymagają rachunków obliczeniowych .

Historia

Badania bioinformatyczne miały swój początek w latach sześćdziesiątych XX wieku, mimo iż nie istniało jeszcze pojęcie “bioinformatyka". Najprawdopodobniej pierwszym mającym znaczenie projektem bioinformatycznym była analiza wykonana w 1965 roku przez Margaret Dayhoff, która utworzyła pierwszą bazę danych sekwencji białkowych o nazwie “ Atlas sekwencji i struktur białek". We wczesnych latach siedemdziesiątych w Brookhaven National Laboratory stworzono Protein Data Bank, mając na celu archiwizację struktur trzeciorzędowych białek.

W 1970 roku Needlemaan i Wunsch zaproponowali pierwszy algorytm do przyrównywania sekwencji, który stał się fundamentalnym krokiem w rozwoju bioinformatyki jako dziedziny nauki. Otworzył on drogę do metod obecnie wykorzystywanych przez współczesnych biologów, czyli do standardowych analiz porównawczych sekwencji oraz do przeszukiwania baz danych. W 1874 roku Chou i Fasman opracowali pierwszy algorytm do prognozowania struktury białka.

W latach osiemdziesiątych XX wieku powstał GenBank i stworzono algorytm, służący do szybkiego przeszukiwania baz danych: FASTA - jego autorem jest William Pearson oraz BLAST opracowany przez Stephena Altschula i jego partnerów. Ogromnym przyśpieszeniem rozwoju bioinformatyki pod koniec lat osiemdziesiątych było przystąpienie do projektu sekwencjonowania ludzkiego genomu. Internet, który pojawił się w latach dziewięćdziesiątych i stawał się coraz bardziej popularny, umożliwił szybki dostęp do informacji biologicznych, wymianę tych informacji i ich rozpowszechnianie.

Cele i podział bioinformatyki

Podstawowym celem bioinformatyki jest pomoc w lepszym zrozumieniu działania mechanizmów organizmów żywych poprzez strukturę i użycie narzędzi ilościowych. Badania te obejmują dużo pokrewnych specjalizacji t.j. biotechnologię czy medycynę, pomagając np. sprawniej projektować leki, czy sporządzać analizy DNA w medycynie sądowej. Bioinformatyka przybliża także społeczeństwo do korzystania z medycyny spersonalizowanej.

Podział bioinformatyki

• Bioinformatyka sekwencji - zajmuje się analizą sekwencji; porównywanie genomów, filogenetyka, wykrywanie motywów, prognozowanie genu i promotora, przeszukiwanie baz danych sekwencji, porównywanie sekwencji, sekwencjonowanie.
• Bioinformatyka funkcjonalna - zajmuje się analizą funkcji; kształtowanie ścieżek metabolicznych, przewidywanie oddziaływań białka, formowanie ekspresji genu, przewidywanie lokalizacji komórkowej białka.
• Bioinformatyka strukturalna - zajmuje się analizą struktury; klasyfikacja struktur białek, przewidywanie struktury białka, przewidywanie struktury kwasu nukleinowego, porównywanie struktur białek.
• Bioinformatyka systemów - zajmuje się analizą i modelowaniem systemów biologicznych.

Wymienione rodzaje bioinformatyki nie są od siebie izolowane, a wręcz współgrają ze sobą w procesie otrzymywania zintegrowanych wyników.

Bioinformatyka — artykuły polecane

Informatyka — Cybernetyka — Sztuczna inteligencja — Data science — Automatyka — System — Business intelligence — Uczenie maszynowe — Rozszerzona rzeczywistość

Bibliografia

• Błażewicz J. (2011), Bioinformatyka i jej perspektywy, Wykład Inauguracyjny, Biuletyn inauguracyjny PP - październik 2011
• Czernicka M. (2013), Bioinformatyka i jej rola w biotechnologii, Czasopismo “Aura" nr 11, 2013, s. 27-30
• Hallam S. (2013), Life Out of Sequence: A Data-Driven History of Bioinformatics, University of Chicago Press
• Luscombe N. M., Greenbaum D., Gerstein M. (2001), What is bioinformatics? A proposed definition and overview of the field. Methods Inf. Med. 40: 346-358
• Pawłowski K. (2009), Bioinformatyka w poszukiwaniu nowych leków, Czasopismo Kosmos, T. 58, nr 1-2
• Trifonov E.N. (2000), Earliest pages of bioinformatics, Bioinformatics, Volume 16, Issue 1, 1
• Xiong. J (2011), Podstawy bioinformatyki, Wydawnictwo Uniwersytetu Warszawskiego, Warszawa

Autor: Magdalena Kurcz