بیوانفورماتیکژنتیکمطالب علمی

معرفی علم بیوانفورماتیک و اهداف کاربردی آن و کتاب های مربوطه

با پیشرفت علم ژنتیک، ژن به عنوان فاکتور اصلی در برنامه‌ریزی عملکرد سلول و به دنبال آن کنترل ویژگی‌های موجود زنده شناخته شد. به این ترتیب تمایل برای شناخت هرچه بیشتر ژن‌ها به منظور توجیه پدیده‌های زیستی و بهبود زندگی انسان به عنوان پیچیده‌ترین موجود، به طرز چشمگیری افزایش یافت؛ تا حدی که در چند دهه‌ی اخیر، تجهیرات مورد نیاز در تحقیقات مولکولی به طور گسترده‌ای افزایش یافته است و امروزه تحقیقات مولکولی جزو مطالعات رایج آزمایشگاه‌های زیستی است. تا آ‌ن‌جا که پروژه‌های تعیین توالی ژنوم موجودات مختلف از پروژه‌های بسیار رایج به حساب می‌آیند.

امروزه توالی ژنوم بسیاری از موجودات ساده چون باکتری‌ها تا موجودات بسیار پیشرفته مانند یوکاریوت‌های پیچیده شناسایی شده است. پروژه‌ی شناسایی ژنوم انسان که از سال ۱۹۹۰ آغاز شد در بهار ۲۰۰۳ پایان یافت و به این ترتیب اطلاعات کامل مربوط به توالی کروموزوم‌های انسانی به دست آمد.

این حجم وسیع اطلاعات به دست آمده برای دانشمندان بسیار مفید است. این اطلاعات می‌تواند برای کشف و شناسایی پدیده‌های ناشناخته، رفع اثرات نابه‌هنجار ژنتیکی و پیش‌گویی برخی پدیده‌ها استفاده شود.

با این وجود استفاده از این حجم وسیع اطلاعات پردازش نشده نمی‌توانست چندان مفید باشد. در این زمان با پیشرفت چشم‌گیر تکنولوژی اطلاعات و کاربرد آن در زمینه‌های مختلف، به نظر رسید که ادغام این دو علم می‌تواند راه‌گشا باشد. به این ترتیب، حدود اوایل سال ۱۹۷۵ بود که رشته‌ی بیوانفورماتیک با هدف استفاده از تکنیک‌های مدیریت سیستم‌های «داده» در مطالعات بیولوژیک شکل گرفت. با پیشرفت بیوانفورماتیک دخالت سایر رشته‌ها در پیشبردِ کار امری اجتناب ناپذیر بود. حجم بالای اطلاعات و پردازش آ‌‌‌ن‌ها وجود کامپیوترهای پیشرفته‌تر را می‌طلبید. تحلیل داده‌ها و نتیجه گیری منطقی از آن‌ها حضور علم آمار را در این رشته رقم زد. به این ترتیب علم بیوانفورماتیک به عنوان یک تخصص میان‌رشته‌ای با ادغام زیست شناسی، ریاضیات (بویژه آمار)، علوم کامپیوتر و تکنولوژی اطلاعات ایجاد شد

 

– پیشرفت علم بیوانفورماتیک

علم بیوانفورماتیک به سرعت در حال رشد است و کاربرد‌های فراوانی پیدا کرده است تحقیقات انجام شده در این زمینه به حدی زیاد بوده است که این رشته‌ی ۳۰ ساله، در سال ۲۰۰۰ حدود دو درصد از کل مقالات موجود در Pubmed را به خود اختصاص داد.

 

 

– تعامل بیوانفورماتیک با سایر رشته‌ها

پیشرفت بیوانفوماتیک باعث ایجاد ارتباط متقابل میان این رشته و سایر رشته‌ها شد؛ به طوری که امروزه این رشته با بایگانی[۱][۱]، جست‌وجو[۲][۲] و نمایش داده‌های بیولوژیک، برای آنالیز و تفسیر داده‌های زیستی به کار گرفته می‌شود.

توسعه‌ی علم بیوانفورماتیک و نیاز روزافزون آن به علوم آمار، کامپیوتر، برنامه نویسی و… موجب توسعه‌ی الگوریتم‌ها و برنامه‌های ریاضی و کامپیوتری در زمینه‌ی بایگانی و جست‌وجو و آنالیز داده‌ها و آنالیز‌های آماری شده است. این امر خود زمینه‌های تحقیقاتی جدیدی در هر یک از رشته‌های مرتبط ایجاد نموده است.

اطلاعات به دست آمده از تحلیل داده‌های زیستی توسط علم بیوانفورماتیک، در موارد زیر به زیست شناسی کمک می‌کند:

– یافتن ژن‌ها در میان توالی‌های ژنومیک

– به خط کردن توالی‌ها در بانک‌های اطلاعاتی برای یافتن شباهت‌ها و تفاوت‌ها

– پیش‌گویی ساختار و عملکرد محصولات ژن‌ها

– توضیح تعامل ژن‌ با محصولاتش

– یافتن ارتباط فیلوژنتیک میان ژن‌ها و توالی‌های پروتئینی

هم‌چنین نتایج حاصل از مطالعات بیوانفورماتیک در بسیاری از زمینه‌های دیگر از قبیل مطالعات ژنومیکس، پروتئومیکس، فارماکوژنومیکس(به کارگیری تکنیک‌های پروتئومیکس در یافتن هدف داروها)، بیوفیزیک، بیوشیمی و… مورد نیاز است. یکی از مهمترین کاربرد‌های بیوانفورماتیک در علوم پزشکی است که در این زمینه به موارد زیر می‌توان اشاره کرد:

– طراحی منطقی داروها

– شناسایی علل ژنتیک بیماری‌ها

– تشخیض بیماری‌ها بر اساس اطلاعات ژنتیک

ضرورت به‌کارگیری بیوانفورماتیک در مطالعات پزشکی تا حدی است که دانشمندان معتقدند بدون استفاده از بیوانفورماتیک تحقیقات دارویی و زیست شناسی مدرن، متوقف خواهد شد.

 

– آشنایی با دوره‌های دانشگاهی بیوانفورماتیک

بر اساس آخرین اطلاعات درج شده در سپتامبر ۲۰۰۶، ۲۴۱ مرکز دانشگاهی در دنیا رشته‌ی بیوانفورماتیک را در گرایش‌های مختلف ارائه می‌کنند. با توجه به بین‌شته‌ای بودن بیوانفورماتیک، گروه‌های آموزشی مختلف از قبیل علوم کامپیوتر، بیوشیمی، زیست‌ شناسی مولکولی، میکروبیولوژی، و مهندسی پزشکی می‌توانند چنین رشته‌ای را راه‌اندازی کنند.

بیوانفورماتیک با نام‌های دیگری نیز شناخته می‌شود از قبیل: زیست شناسی محاسباتی، محاسبات زیستی، انفورماتیک مولکولی، زیست شناسی مولکولی محاسباتی، و فیلوژنتیک مولکولی

این رشته با عناوین مشابه در سطوح مختلف کارشناسی، کارشناسی ارشد و دکترا در مراکز علمی مختلف دنیا ارائه شده است. در این‌جا به منظور آشنایی بیشتر خوانندگان خلاصه‌ای از سرفصل‌های کلی تعیین شده برای این رشته در مقاطع تحصیلی مختلف ارائه شده است. سرفصل‌های ارائه شده عمومی است و طبق نظر دانشکده‌ها‌ی ارائه دهنده، تأکید روی بعضی از این زمینه‌ها بیشتر است.

 

– سرفصل‌های دوره‌ی کارشناسی ارشد بیوانفورماتیک

۱- معرفی اصول بیوانفورماتیک و آشنایی با اطلاعات مربوطه ۲- آشنایی با روش‌های تحلیل داده‌ها در بیوانفورماتیک ۳- اصول برنامه‌نویسی و بانک‌های اطلاعاتی ۴- روش‌های آماری در بیوانفورماتیک ۵- الگوریتم‌ها و ابزار‌های بیوانفورماتیک ۶- جنبه‌های کاربردی بیوانفورماتیک ۷- برنامه‌نویسی در PERL 8- مدل سازی مولکولی و شیمیایی انفورماتیک[۳][۳]

 

– دوره‌ی دکتری بیوانفوماتیک

در دوره‌ی دکتری آموزش پنج محور اصلی در ادامه‌ی کارشناسی ارشد با تأکید بیشتر بر بحث آمار و کامپیوتر مد نظر قرار می‌گیرد:

۱- زیست شناسی مولکولی ۲- بانک‌های اطلاعاتی و محاسبات ۳- آمار و احتمالات ۴- بیوفیزیک و ساختار‌های زیستی ۵- مدل‌سازی سیستمیک

با این مقدمه، در شماره‌های بعدی تلاش خواهیم کرد با معرفی کتاب‌های حوزه‌ی بیوانفورماتیک، جزئیات بیشتری در باره‌ی کاربرد‌های بیوانفورماتیک در سایر رشته‌ها، کاربرد سایر رشته‌ها در بیوانفورماتیک و زمینه‌های تحقیقاتی جدید در بیوانفورماتیک ارائه دهیم. با این امید که این مطالب بتواند برای متخصصان و دانشجویان رشته‌ها و گرایش‌های مختلف زیستی مورد استفاده قرار گیرد و نیز انگیزه‌ای برای مؤلفان شود تا در باره‌ی این زمینه‌ی بکر و زیرشاخه‌های آن به تألیف و ترجمه‌ی کتب مناسب اقدام کنند.

 

– معرفی کتاب‌هایی در زمینه‌ی بیوانفورماتیک

با این که منابع گوناگون خارجی در این زمینه موجود است، تعداد کتاب‌های داخلی اندک است. سعی داریم تا حد امکان منابع موجود در کتاب‌خانه‌های داخلی را ارائه کنیم.

بر اساس اطلاعات موجود در سایت www.ketab.ir دو کتاب در زمینه‌ی بیوانفورماتیک با گرایش مولکولی به زبان فارسی تألیف شده است:

 

۱-ابزارهای بیوانفورماتیک

نویسنده:فاطمه هنری  و حبیب اسلام زاده

انتشارات :آوند اندیشه

این کتاب در رابطه با سایت ncbiو طریقه جستجو در آن میباشد با زبانی ساده به ارائه مطلب پرداخته است و کتابی مفید در رابطه با جستجو در بانکهای اطلاعاتی بیوانفورماتیکی میباشد

 

۲- عنوان کتاب: بیوتکنولوژی و بیوانفورماتیک: تکنیک PCR و نرم افزار FASTA

نویسنده: محمدرضا دهقانی- منیره هراتیان

انتشارات: نور دانش

این کتاب در باره‌ی استفاده از قابلیت‌های بیوانفورماتیک در تکنیک واکنش‌های زنجیره‌ای پلیمراز[۴][۴] – که یکی از روش‌های رایج در مطالعات مولکولی است – تألیف شده است. این مجموعه دست‌نامه‌ای آزمایشگاهی است که این مطالب را در بر می‌گیرد: شرح واکنش زنجیره‌ای پلیمراز، معرفی وسایل، معرف‌ها و مواد مصرفی، معرفی دستگاه مستر سایکلر، معرفی نرم افزار FASTA PCR شامل ابزار‌ها و گزینه‌هایی برای طراحی پرایمرها و معرفی ابزار‌های برنامه.

۳- عنوان کتاب: راهنمای عملی بیوانفورماتیک

نویسنده: محمدعلی ملبوبی- تهمینه لهراسبی

موضوع کتاب: این کتاب بر اساس پایگاه‌های اطلاعاتی در زیست شناسی و کاربرد آن در بیوانفورماتیک نوشته شده است.

تعداد بسیار زیادی کتاب با موضوعات مرتبط با بیوانفورماتیک به زبان انگلیسی چاپ شده است. با توجه به میان‌رشته‌ای بودن بیوانفورماتیک، کتاب‌های متنوعی با دیدگاه‌های مختلف از قبیل پزشکی، ژنتیک، زیست‌شناسی سلولی و مولکولی، آمار، برنامه نویسی،کامپیوتر و… نوشته شده است.

 

۱- عنوان کتاب: Introduction to bioinformatics

نویسنده: Teresa Attwood, David Parry-Smith

انتشارات: Prentice & Hall

موضوع کتاب: این کتاب یک راهنمای کاربردی برای آشنایی اولیه با بیوانفورماتیک است. دراین کتاب دو محور اصلی در تحقیقات بیوانفورماتیک بررسی شده است: ژنومیک و آنالیز توالی‌های پروئینی. کتاب با معرفی پایگاه‌های اطلاعات عمومی در بیوانفورماتیک آغاز می‌شود و در ادامه به بررسی روش‌های آنالیز اطلاعات، روش‌های تشخیص توالی‌ها، الگوهای ساختاری و نهایتاً معرفی کاربردهای بیوانفورماتیک می‌پردازد. هدف نویسنده از نگارش این کتاب آشنایی علاقه‌مندان به آنالیز داده‌ها بدون نیاز به آموزش‌های پیچیده بوده است

 

 

۲-عنوان کتاب:Bioinformatics basics: applications in biological science and medicine
نویسنده: Hooman H. Rashidi, Lukas K. Buehler

انتشارات: CRC Press

موضوع کتاب: در این کتاب نقش پردازش‌ و ابزار کامپیوتری در ایجاد و پیشرفت بیوانفورماتیک مورد توجه قرار گرفته است. در این‌جا خدمات بیوانفورماتیک به علوم زیستی و دارویی مطرح شده است. به‌علاوه سایت‌های مورد استفاده در بیوانفوماتیک به تفصیل ارائه شده‌اند. مطالعه‌ی این کتاب نیازمند آشنایی با مباحث پایه‌ی زیست شناسی است.

 

 

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

انتشارات: Wiley

موضوع کتاب: این کتاب خلاصه‌ای کامل از تمام ابزارهای موجود در زمینه‌ی بیوانفورماتیک و پایگاه‌های اطلاعاتی مرتبط با آن است. در این‌جا خصوصیات اصلی داده‌ها و نوع نتایج حاصل از هریک از ابزارها، ارائه شده است. موضوع‌های مطرح شده در این کتاب برای کاربران نرم‌افزارهای بیوانفورماتیک مفید است. اطلاعات ارائه شده در این‌جا این امکان را می‌‌دهد تا محقق بتواند بهترین ابزار را متناسب با نیاز خود انتخاب کند و پاسخ مناسب‌تری به دست آورد.

 

 

منابع:

 

 

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

 

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

 

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

 

[۴] Ardeshir Bayat. Science, medicine, and the future bioinformatics, BMJ 2002;324:1018-1022 ( ۲۷ April ).

 

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

 

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

 

 

[۱][۱]. -archiving

[۲][۲].- searching

[۳][۳].-Chemioinformatics

[۴][۴] – polymerase chain reaction

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

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

همچنین ببینید

بستن
بستن