Bioinformatyka

Z Encyklopedia Zarządzania
The printable version is no longer supported and may have rendering errors. Please update your browser bookmarks and please use the default browser print function instead.
Bioinformatyka
Polecane artykuły


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 [1].

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 [2].

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 [3].

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[4].

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[5].

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
  • 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 Problemy nauk biologicznych", Polskie Towarzystwo Przyrodników im. Kopernika, T. 58, nr 1-2, s. 127-134
  • Stevens Hallam (2013), Life Out of Sequence: A Data-Driven History of Bioinformatics, University of Chicago Press
  • Trifonov. E. N. (2000), Earliest pages of bioinformatics, "Bioinformatics", Volume 16, Issue 1, 1 January 2000, Pages 5–9
  • Xiong. J (2011), Podstawy bioinformatyki, Wydawnictwo Uniwersytetu Warszawskiego, Warszawa

Przypisy

  1. Czernicka M. (2013), Bioinformatyka i jej rola w biotechnologii, Czasopismo “Aura” nr 11, 2013, s. 27-30
  2. 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
  3. Xiong. J (2011), Podstawy bioinformatyki, Wydawnictwo Uniwersytetu Warszawskiego, Warszawa, s. 5-7
  4. Xiong. J (2011), Podstawy bioinformatyki, Wydawnictwo Uniwersytetu Warszawskiego, Warszawa, s. 4
  5. Błażewicz J. (2011), Bioinformatyka i jej perspektywy, Wykład Inauguracyjny, Biuletyn inauguracyjny Politechniki Poznańskiej - październik 2011, s. 59


Autor: Magdalena Kurcz