بیوانفورماتیکژنتیکمطالب علمی

معرفي علم بيوانفورماتيک و اهداف کاربردی آن و کتاب های مربوطه

با پيشرفت علم ژنتيک، ژن به عنوان فاکتور اصلي در برنامه‌ريزي عملکرد سلول و به دنبال آن کنترل ويژگي‌هاي موجود زنده شناخته شد. به اين ترتيب تمايل براي شناخت هرچه بيشتر ژن‌ها به منظور توجيه پديده‌هاي زيستي و بهبود زندگي انسان به عنوان پيچيده‌ترين موجود، به طرز چشمگيري افزايش يافت؛ تا حدي که در چند دهه‌ي اخير، تجهيرات مورد نياز در تحقيقات مولکولي به طور گسترده‌اي افزايش يافته است و امروزه تحقيقات مولکولي جزو مطالعات رايج آزمايشگاه‌هاي زيستي است. تا آ‌ن‌جا که پروژه‌هاي تعيين توالي ژنوم موجودات مختلف از پروژه‌هاي بسيار رايج به حساب مي‌آيند.

امروزه توالي ژنوم بسياري از موجودات ساده چون باکتري‌ها تا موجودات بسيار پيشرفته مانند يوکاريوت‌هاي پيچيده شناسايي شده است. پروژه‌ي شناسايي ژنوم انسان که از سال 1990 آغاز شد در بهار 2003 پايان يافت و به اين ترتيب اطلاعات کامل مربوط به توالي کروموزوم‌هاي انساني به دست آمد.

اين حجم وسيع اطلاعات به دست آمده براي دانشمندان بسيار مفيد است. اين اطلاعات مي‌تواند براي کشف و شناسايي پديده‌هاي ناشناخته، رفع اثرات نابه‌هنجار ژنتيکي و پيش‌گويي برخي پديده‌ها استفاده شود.

با اين وجود استفاده از اين حجم وسيع اطلاعات پردازش نشده نمي‌توانست چندان مفيد باشد. در اين زمان با پيشرفت چشم‌گير تکنولوژي اطلاعات و کاربرد آن در زمينه‌هاي مختلف، به نظر رسيد که ادغام اين دو علم مي‌تواند راه‌گشا باشد. به اين ترتيب، حدود اوايل سال 1975 بود که رشته‌ي بيوانفورماتيک با هدف استفاده از تکنيک‌هاي مديريت سيستم‌هاي «داده» در مطالعات بيولوژيک شکل گرفت. با پيشرفت بيوانفورماتيک دخالت ساير رشته‌ها در پيشبردِ کار امري اجتناب ناپذير بود. حجم بالاي اطلاعات و پردازش آ‌‌‌ن‌ها وجود کامپيوترهاي پيشرفته‌تر را مي‌طلبيد. تحليل داده‌ها و نتيجه گيري منطقي از آن‌ها حضور علم آمار را در اين رشته رقم زد. به اين ترتيب علم بيوانفورماتيک به عنوان يک تخصص ميان‌رشته‌اي با ادغام زيست شناسي، رياضيات (بويژه آمار)، علوم کامپيوتر و تکنولوژي اطلاعات ايجاد شد

 

– پيشرفت علم بيوانفورماتيک

علم بيوانفورماتيک به سرعت در حال رشد است و کاربرد‌هاي فراواني پيدا كرده است تحقيقات انجام شده در اين زمينه به حدي زياد بوده است که اين رشته‌ي 30 ساله، در سال 2000 حدود دو درصد از کل مقالات موجود در Pubmed را به خود اختصاص داد.

 

 

– تعامل بيوانفورماتيك با ساير رشته‌ها

پيشرفت بيوانفوماتيک باعث ايجاد ارتباط متقابل ميان اين رشته و ساير رشته‌ها شد؛ به طوري که امروزه اين رشته با بايگاني[1][1]، جست‌وجو[2][2] و نمايش داده‌هاي بيولوژيک، براي آناليز و تفسير داده‌هاي زيستي به کار گرفته مي‌شود.

توسعه‌ي علم بيوانفورماتيک و نياز روزافزون آن به علوم آمار، کامپيوتر، برنامه نويسي و… موجب توسعه‌ي الگوريتم‌ها و برنامه‌هاي رياضي و کامپيوتري در زمينه‌ي بايگاني و جست‌وجو و آناليز داده‌ها و آناليز‌هاي آماري شده است. اين امر خود زمينه‌هاي تحقيقاتي جديدي در هر يک از رشته‌هاي مرتبط ايجاد نموده است.

اطلاعات به دست آمده از تحليل داده‌هاي زيستي توسط علم بيوانفورماتيک، در موارد زير به زيست شناسي كمك مي‌كند:

– يافتن ژن‌ها در ميان توالي‌هاي ژنوميک

– به خط کردن توالي‌ها در بانک‌هاي اطلاعاتي براي يافتن شباهت‌ها و تفاوت‌ها

– پيش‌گويي ساختار و عملکرد محصولات ژن‌ها

– توضيح تعامل ژن‌ با محصولاتش

– يافتن ارتباط فيلوژنتيک ميان ژن‌ها و توالي‌هاي پروتئيني

هم‌چنين نتايج حاصل از مطالعات بيوانفورماتيک در بسياري از زمينه‌هاي ديگر از قبيل مطالعات ژنوميکس، پروتئوميکس، فارماکوژنوميکس(به کارگيري تکنيک‌هاي پروتئوميکس در يافتن هدف داروها)، بيوفيزيک، بيوشيمي و… مورد نياز است. يکي از مهمترين کاربرد‌هاي بيوانفورماتيک در علوم پزشکي است که در اين زمينه به موارد زير مي‌توان اشاره کرد:

– طراحي منطقي داروها

– شناسايي علل ژنتيک بيماري‌ها

– تشخيض بيماري‌ها بر اساس اطلاعات ژنتيک

ضرورت به‌کارگيري بيوانفورماتيک در مطالعات پزشکي تا حدي است که دانشمندان معتقدند بدون استفاده از بيوانفورماتيک تحقيقات دارويي و زيست شناسي مدرن، متوقف خواهد شد.

 

– آشنايي با دوره‌هاي دانشگاهي بيوانفورماتيک

بر اساس آخرين اطلاعات درج شده در سپتامبر 2006، 241 مرکز دانشگاهي در دنيا رشته‌ي بيوانفورماتيک را در گرايش‌هاي مختلف ارائه مي‌کنند. با توجه به بين‌شته‌اي بودن بيوانفورماتيک، گروه‌هاي آموزشي مختلف از قبيل علوم کامپيوتر، بيوشيمي، زيست‌ شناسي مولکولي، ميکروبيولوژي، و مهندسي پزشکي مي‌توانند چنين رشته‌اي را راه‌اندازي کنند.

بيوانفورماتيک با نام‌هاي ديگري نيز شناخته مي‌شود از قبيل: زيست شناسي محاسباتي، محاسبات زيستي، انفورماتيك مولكولي، زيست شناسي مولكولي محاسباتي، و فيلوژنتيك مولكولي

اين رشته با عناوين مشابه در سطوح مختلف کارشناسي، کارشناسي ارشد و دکترا در مراکز علمي مختلف دنيا ارائه شده است. در اين‌جا به منظور آشنايي بيشتر خوانندگان خلاصه‌اي از سرفصل‌هاي کلي تعيين شده براي اين رشته در مقاطع تحصيلي مختلف ارائه شده است. سرفصل‌هاي ارائه شده عمومي است و طبق نظر دانشکده‌ها‌ي ارائه دهنده، تأکيد روي بعضي از اين زمينه‌ها بيشتر است.

 

– سرفصل‌هاي دوره‌ي کارشناسي ارشد بيوانفورماتيک

1- معرفي اصول بيوانفورماتيک و آشنايي با اطلاعات مربوطه 2- آشنايي با روش‌هاي تحليل داده‌ها در بيوانفورماتيک 3- اصول برنامه‌نويسي و بانک‌هاي اطلاعاتي 4- روش‌هاي آماري در بيوانفورماتيک 5- الگوريتم‌ها و ابزار‌هاي بيوانفورماتيک 6- جنبه‌هاي کاربردي بيوانفورماتيک 7- برنامه‌نويسي در PERL 8- مدل سازي مولکولي و شيميايي انفورماتيک[3][3]

 

– دوره‌ي دکتري بيوانفوماتيک

در دوره‌ي دکتري آموزش پنج محور اصلي در ادامه‌ي کارشناسي ارشد با تأکيد بيشتر بر بحث آمار و کامپيوتر مد نظر قرار مي‌گيرد:

1- زيست شناسي مولکولي 2- بانک‌هاي اطلاعاتي و محاسبات 3- آمار و احتمالات 4- بيوفيزيک و ساختار‌هاي زيستي 5- مدل‌سازي سيستميک

با اين مقدمه، در شماره‌هاي بعدي تلاش خواهيم کرد با معرفي كتاب‌هاي حوزه‌ي بيوانفورماتيك، جزئيات بيشتري در باره‌ي کاربرد‌هاي بيوانفورماتيک در ساير رشته‌ها، کاربرد ساير رشته‌ها در بيوانفورماتيک و زمينه‌هاي تحقيقاتي جديد در بيوانفورماتيک ارائه دهيم. با اين اميد که اين مطالب بتواند براي متخصصان و دانشجويان رشته‌ها و گرايش‌هاي مختلف زيستي مورد استفاده قرار گيرد و نيز انگيزه‌اي براي مؤلفان شود تا در باره‌ي اين زمينه‌ي بكر و زيرشاخه‌هاي آن به تأليف و ترجمه‌ي كتب مناسب اقدام كنند.

 

– معرفي کتاب‌هايي در زمينه‌ي بيوانفورماتيک

با اين كه منابع گوناگون خارجي در اين زمينه موجود است، تعداد کتاب‌هاي داخلي اندک است. سعي داريم تا حد امکان منابع موجود در کتاب‌خانه‌هاي داخلي را ارائه كنيم.

بر اساس اطلاعات موجود در سايت www.ketab.ir دو کتاب در زمينه‌ي بيوانفورماتيک با گرايش مولکولي به زبان فارسي تأليف شده است:

 

1-ابزارهاي بيوانفورماتيك

نويسنده:فاطمه هنري  و حبيب اسلام زاده

انتشارات :آوند انديشه

اين كتاب در رابطه با سايت ncbiو طريقه جستجو در آن ميباشد با زباني ساده به ارائه مطلب پرداخته است و كتابي مفيد در رابطه با جستجو در بانكهاي اطلاعاتي بيوانفورماتيكي ميباشد

 

2- عنوان کتاب: بيوتکنولوژي و بيوانفورماتيک: تکنيک PCR و نرم افزار FASTA

نويسنده: محمدرضا دهقاني- منيره هراتيان

انتشارات: نور دانش

اين کتاب در باره‌ي استفاده از قابليت‌هاي بيوانفورماتيک در تکنيک واکنش‌هاي زنجيره‌اي پليمراز[4][4] – که يکي از روش‌هاي رايج در مطالعات مولکولي است – تأليف شده است. اين مجموعه دست‌نامه‌اي آزمايشگاهي است که اين مطالب را در بر مي‌گيرد: شرح واکنش زنجيره‌اي پليمراز، معرفي وسايل، معرف‌ها و مواد مصرفي، معرفي دستگاه مستر سايکلر، معرفي نرم افزار FASTA PCR شامل ابزار‌ها و گزينه‌هايي براي طراحي پرايمرها و معرفي ابزار‌هاي برنامه.

3- عنوان کتاب: راهنماي عملي بيوانفورماتيک

نويسنده: محمدعلي ملبوبي- تهمينه لهراسبي

موضوع کتاب: اين کتاب بر اساس پايگاه‌هاي اطلاعاتي در زيست شناسي و کاربرد آن در بيوانفورماتيک نوشته شده است.

تعداد بسيار زيادي کتاب با موضوعات مرتبط با بيوانفورماتيک به زبان انگليسي چاپ شده است. با توجه به ميان‌رشته‌اي بودن بيوانفورماتيک، کتاب‌هاي متنوعي با ديدگاه‌هاي مختلف از قبيل پزشکي، ژنتيک، زيست‌شناسي سلولي و مولکولي، آمار، برنامه نويسي،کامپيوتر و… نوشته شده است.

 

1- عنوان کتاب: Introduction to bioinformatics

نويسنده: Teresa Attwood, David Parry-Smith

انتشارات: Prentice & Hall

موضوع کتاب: اين کتاب يک راهنماي کاربردي براي آشنايي اوليه با بيوانفورماتيک است. دراين کتاب دو محور اصلي در تحقيقات بيوانفورماتيک بررسي شده است: ژنوميک و آناليز توالي‌هاي پروئيني. کتاب با معرفي پايگاه‌هاي اطلاعات عمومي در بيوانفورماتيک آغاز مي‌شود و در ادامه به بررسي روش‌هاي آناليز اطلاعات، روش‌هاي تشخيص توالي‌ها، الگوهاي ساختاري و نهايتاً معرفي کاربردهاي بيوانفورماتيک مي‌پردازد. هدف نويسنده از نگارش اين کتاب آشنايي علاقه‌مندان به آناليز داده‌ها بدون نياز به آموزش‌هاي پيچيده بوده است

 

 

2-عنوان كتاب:Bioinformatics basics: applications in biological science and medicine
نويسنده: Hooman H. Rashidi, Lukas K. Buehler

انتشارات: CRC Press

موضوع کتاب: در اين کتاب نقش پردازش‌ و ابزار کامپيوتري در ايجاد و پيشرفت بيوانفورماتيک مورد توجه قرار گرفته است. در اين‌جا خدمات بيوانفورماتيک به علوم زيستي و دارويي مطرح شده است. به‌علاوه سايت‌هاي مورد استفاده در بيوانفوماتيک به تفصيل ارائه شده‌اند. مطالعه‌ي اين کتاب نيازمند آشنايي با مباحث پايه‌ي زيست شناسي است.

 

 

3- عنوان كتاب: Bioinformatics: a practical guide to the analysis of genes and protein
نوسندگان: Andreas D. Baxevanis, B. F. Francis Ouellette

انتشارات: Wiley

موضوع کتاب: اين کتاب خلاصه‌اي کامل از تمام ابزارهاي موجود در زمينه‌ي بيوانفورماتيک و پايگاه‌هاي اطلاعاتي مرتبط با آن است. در اين‌جا خصوصيات اصلي داده‌ها و نوع نتايج حاصل از هريک از ابزارها، ارائه شده است. موضوع‌هاي مطرح شده در اين کتاب براي کاربران نرم‌افزارهاي بيوانفورماتيک مفيد است. اطلاعات ارائه شده در اين‌جا اين امکان را مي‌‌دهد تا محقق بتواند بهترين ابزار را متناسب با نياز خود انتخاب كند و پاسخ مناسب‌تري به دست آورد.

 

 

منابع:

 

 

[1] http://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/home.shtml.

 

[2] Akalin PK. Introduction to bioinformatics.Mol Nutr Food Res. 2006 Jul;50(7):610-9.

 

[3] N. M. Luscombe, D. Greenbaum, M. Gerstein, What is bioinformatics? A proposed definition and overview of the field, Schattauer GmbH, 2001, 346-358.

 

[4] Ardeshir Bayat. Science, medicine, and the future bioinformatics, BMJ 2002;324:1018-1022 ( 27 April ).

 

[5] Kim SS. Introduction of bioinformatic methods for the gene function analysis, Korean J Hepatol. 2004 Mar;10(1):11-21.

 

[6] Persson B. Bioinformatics in protein analysis. EXS. 2000;88:215-31.

 

 

[1][1]. -archiving

[2][2].- searching

[3][3].-Chemioinformatics

[4][4] – polymerase chain reaction

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

بستن