undefined

چرا بیوانفورماتیک؟

با توجه به تولید حجم زیاد اطلاعات زیستی در اواخر قرن 20 میلادی و از طرفی دیگر تمایل شدید به کشف منشا حیات در این دوره سبب شد که دانشمندان به بررسی این حجم زیاد اطلاعاتی از ماکرومولکولهای زیستی بپردازند ولی با محدودیتهایی مواجه شدند مانند انجام محاسبات پیچیده ریاضی و تکراری بودن این محاسبات، حجم زیاد اطلاعات که بررسی محاسباتی آنها بوسیله انسان بسیار زمان بر بود و حتی با توجه به عمر طبیعی یک انسان غیر ممکن بود. تمامی این چالش ها سبب شد که برای بررسی اطلاعات زیستی از کامپیوترها استفاده کنند. 

بیوانفورماتیک از کجا آمده؟

در سال 1978 دو دانشمند به نام های Paulien Hogeweg و Ben Hesper برای نخستین بار از واژه بیوانفورماتیک برای مطالعه فرآیندهای اطلاعاتی در سامانه های زیستی استفاده کردند. هرچند به ادعای Hogeweg قدمت این واژه به مقاله قدیمی تر آنها برمیگردد (1). قدمت مطالعات بیوانفورماتیک از واژه اش بیشتر است به عنوان مثال اولین الگوریتم مقایسه توالی توسط نیدلمن و وونش در سال 1970 ابداع شد (2). به مرور با پیشرفت علوم کامپیوتر و ریاضیات و ورود علوم دیگر به این حیطه از جمله یادگیری ماشین، نظریه سیستمهای عمومی، آنالیز شبکه و از طرف دیگر پیشرفتهای تکنولوژی مانند ابداع RNAseq که حجم اطلاعاتی فراوانی را در اختیار محققان قرار میداد، بیوانفورماتیک تبدیل به یک حیطه بسیار گسترده در علوم زیستی شد. 

undefined

بیوانفورماتیک بخوانم؟

این سوالی هست که هر دانشجوی علوم زیستی از خود میپرسد. با یک مثال اهمیت بیوانفورماتیک را ملموس تر کنیم. فکر کنید میخواهید از دو استخر A و B ماهی بگیرید در استخر A، 15ماهی و در استخر B، 45ماهی وجود دارد، احتمال اینکه سریعتر ماهی بگیرید در کدام استخر بیشتر است؟ 

کاری که بیوانفورماتیک میکند این هست که با آنالیز های پیچیده ریاضی در حجم زیاد اطلاعات، اهداف زیستی بالقوه مهم را برای مطالعات بیولوژیک مشخص میکند به نحوی ماهی های داخل استخر را بیشتر میکند تا راحتتر ماهیگیری کنیم (3). 

بیوانفورماتیک چه حیطه هایی دارد؟

به طور کلی 3 حیطه در مطالعات بیوانفورماتیک وجود دارد: 

1- آنالیز توالی: در این حیطه به بررسی توالی های ماکرومولکولهای زیستی میپردازند. از جمله آنالیزهای بررسی تشابه توالی دو پروتئین با هم و یا بررسی تشابه توالی دو ژن در دو ارگانیسم مختلف با هم و یا بررسی های فیلوژنی در این حیطه قرار دارد. 

2- آنالیز ساختاری: در اینجا به بررسی ساختاری ماکرومولکولها میپردازند. مانند بررسی تشابه ساختاری دو پروتئین و یا بر اساس

تشابه توالی دو پروتئین بتوانند ساختار پروتئین مجهول را بر اساس ساختار پروتئین معلوم پیش بینی کنند. 

3- آنالیز عملکردی: در این حیطه به بررسی عملکردی ماکرومولکولها میپردازند. مثلا پروتئین X چه عملکردی دارد و یا یک مجموعه از پروتئین ها در کدام فرآیند زیستی دخیل هستند و یا در کدام قسمت سلول قرار میگیرند (4).

undefined

بیوانفورماتیک محدودیتی دارد؟

همانطور که هر از گاهی کامپیوترهایمان باگ هایی را بروز میدهند بیوانفورماتیک هم خالی از خطا نمیباشد. هرچند روزانه در تلاش برای رفع این محدودیتها هستند. از جمله این محدودیتها این هست که جواب های in silico ممکن است با واقعیتهای in vivo منطبق نباشند زیرا جوابهای in silico وابسته به اطلاعات ورودی هستند یعنی اطلاعاتی که ما به کامپیوترها میدهیم و این اطلاعات تمام اطلاعات موجود در in vivo نمیباشد به همین دلیل چون کامپیوتر با نادیده گرفتن این اطلاعات ناموجود آنالیز میکند گاهی ممکن است جوابهای in silico متفاوت از واقعیتهای in vivo باشد. به همین علت بعد از آنالیزهای بیوانفورماتیکی امروزه نیاز به تایید تجربی هم هست در واقع تایید تجربی و آنالیزهای بیوانفورماتیکی تکمیل کننده یک دیگر برای انجام یک مطالعه جامع در بیولوژی هستند (4). 

افق های بیوانفورماتیک

بیوانفورماتیک روزانه دارد کاربردهای جدیدی از خود را به دانشمندان زیستی ارائه میدهد به نحوی که امروزه بیشتر محققان زیستی قبل از ورود به آزمایشگاه آنالیز بیوانفورماتیکی انجام میدهند تا یک نقشه راه برای آزمایشاتشان داشته باشند. طراحی واکسن، طراحی دارو، پیدا کردن اهداف دارویی برای بیماری ها، تشخیص بیماری ها و موارد زیاد دیگر. در آینده ای نزدیک نگاشتن مقالات علمی بدون نیاز به انسان نیز امکانپذیر خواهد شد چرا که در زمان نوشتن این متن، مقاله ای که هوش مصنوعی GPT-3 خود آن را نوشته است در حال داوری برای پذیرش در یک مجله هست (5). شاید در آینده ای نه چندان دور کامپیوترها بتوانند خود تولید علم کنند ولی نیاز باشد تا یک فرد مسلط به بیوانفورماتیک بر روند تولید علم نظارت داشته باشد. 

undefined

از کجا شروع کنم؟

با ما همراه باشید 😊 

نویسنده: محمدرضا ذبیحی