تبلیغات
«أللَّهُمَّ کُن لِوَلیِکَ ألحُجَّةِإبنِ الحَسَن صَلَواتُکَ عَلَیهِ وَعَلی آبَائِهِ فِی هَذِهِ السَّاعَة وَ فِی کُلِّ السَاعَة وَلِیَّاً وَ حَافِظَاًً وقَائِداً وَ نَاصِراً و دَلیلاً وَ عَیناً حَتّی تُسکِنَهُ أَرضَکَ طَوعاً وَ تُمَتِّعَهُ فیهَا طَویلاً » زیست شناسی زیستا - بیوانفورماتیک آموزشی - خبری
زیست شناسی زیستا
منوی كاربری

این وبلاگ را صفحه خانگی خود كن !    ایمیل  به مدیر وبلاگ !    این وبلاگ را به لیست علاقه مندی های خود اضافه كنید !

پیغام مدیر : ورود شما را به وبلاگ زیست شناسی زیستا خوش آمد عرض میکنم امیدوارم مطالب این وبلاگ مورد استفاده شما قرار گیرد.

نظرسنجی
دوست دارید چه موضوعاتی به وب لاگ اضافه شود






صفحات وبلاگ
لینكدونی
لوگوی ما
چند خبر
لینكستان
        بیوانفورماتیک مقالات ,

بیوانفورماتیک

بیوانفورماتیک علم نوینی است که در آن با استفاده از کامپیوتر، نرم افزارهای کامپیوتری و بانکهای اطلاعاتی سعی می گردد تا به مسائل بیولوژیکی بخصوص در زمینه های سلولی و ملکولی پاسخ داده شود در این علم با بکارگیری کامپیوتر سعی می گردد تا تحقیقات وسیعتری در خصوص پروتئین ها و ژنها بعمل آید. بدین ترتیب دو فعالیت برجسته ای که بیوانفورماتیک دانان به آن مشغول هستند پروتئومیک و ژنومیک می باشد. ژنومیک شامل تجزیه و تحلیل دادها و اطلاعات ژنتیکی بخصوص ژنوم موجودات است. در حقیقت ژنوم را باید توالی کل DNA موجود در سلولهای یک جاندار دانست که بعنوان ماده ژنتیکی عمل می نماید و سبب بروز صفات وراثتی (فنوتیپ) می شود، با انتقال ماده وراثتی از یک نسل به نسل دیگر، صفات ارثی از یک نسل به نسل بعد منتقل می شود. در موجوداتی که تولید مثل جنسی دارند، ژنها از طریق سلول جنسی نر (اسپرم) و سلول جنسی ماده (اووم) به نوزاد منتقل می شود. بطور خلاصه باید گفت که ژنومیک شامل توالی یابی و آنالیز ژنها و رونوشتهای آنها در یک موجود زنده است. پروتئومیک به آنالیز پروتئین های یک موجود زنده گفته می شود




 مقدمه : 
بیوانفورماتیک علم نوینی است که در آن با استفاده از کامپیوتر، نرم افزارهای کامپیوتری و بانکهای اطلاعاتی سعی می گردد تا به مسائل بیولوژیکی بخصوص در زمینه های سلولی و ملکولی پاسخ داده شود در این علم با بکارگیری کامپیوتر سعی می گردد تا تحقیقات وسیعتری در خصوص پروتئین ها و ژنها بعمل آید. بدین ترتیب دو فعالیت برجسته ای که بیوانفورماتیک دانان به آن مشغول هستند پروتئومیک و ژنومیک می باشد. ژنومیک شامل تجزیه و تحلیل دادها و اطلاعات ژنتیکی بخصوص ژنوم موجودات است. در حقیقت ژنوم را باید توالی کل DNA موجود در سلولهای یک جاندار دانست که بعنوان ماده ژنتیکی عمل می نماید و سبب بروز صفات وراثتی (فنوتیپ) می شود، با انتقال ماده وراثتی از یک نسل به نسل دیگر، صفات ارثی از یک نسل به نسل بعد منتقل می شود. در موجوداتی که تولید مثل جنسی دارند، ژنها از طریق سلول جنسی نر (اسپرم) و سلول جنسی ماده (اووم) به نوزاد منتقل می شود. بطور خلاصه باید گفت که ژنومیک شامل توالی یابی و آنالیز ژنها و رونوشتهای آنها در یک موجود زنده است. پروتئومیک به آنالیز پروتئین های یک موجود زنده گفته می شود (توضیحات بیشتر در ادامه ذکر شده).
علاوه بر ژنومیک و پروتئومیک، شاخه های دیگری از علوم زیستی وجود دارند که در بیو انفورماتیک از آنها استفاده می شود که عبارتند از : متابولومیک و ترانسکریپتومیک. در هرکدام از این بخش ها سعی می شود تا به سوالات و پیچیدگیهای علم حیات (زیست شناسی) پاسخ داده شود. در حوزه متابولومیک سعی می شود تا دادهایی که در خصوص متابولیتهای سلولی هستند مورد مطالعه و تجزیه وتحلیل قرار گیرد و در علم ترانسکریپتومیک دادهایی که در خصوص رونویسی از روی DNA است مورد بحث و بررسی قرار میگیرد. علم بیوانفورماتیک می تواند ابزاری در جهت توسعه تکنولوژی مهندسی ژنتیک و مهندسی پروتئین باشد.برخی از محققین امروزی، فصل جدیدی در حوزه علم بیوانفورماتیک معرفی می کنند که نام آنرا زیست سیستم System-Biology نهاده اند. زیست سیستم یا دستگاه زیستی دست یافته جدیدی است که برای پاسخگوئی به مباحث پیچیده زیستی توسط محققان بکار می رود. زیست سیستم شامل برهمکنش میان ژنومیک و پروتئومیک و نیز داده های بیو انفورماتیک است که برای درک کامل از فعالیتهای سیستم های زیستی بکار می رود. امروزه شناخت توالی DNA به تنهائی پاسخگوی نیاز علمی دانشمندان زیست شناس نمی باشد بلکه مکانیسم عمل ملکولها و اجزاء سلولی به شدت مورد توجه قرار گرفته. تحقیقاتی که امروزه در زمینه سلولهای بنیادین، تمایز سلولی، بیان ژنها و نحوه عملکرد آنها و نیز نحوه عملکرد و همکاری کلیه اجزاء سلول مثل میتوکندی و یا پلاستها صورت پذیرفته به عنوان دادهای خام برای علم بیوانفورماتیک بکار میرود.
بیولوژی مولکولی و علم ژنتیک مسایلی در پیش دارند که بیوانفورماتیک میتواند با به کار بردن این اطلاعات کامپیوتری شده به حل آنها کمک نماید ، حجم فوقالعاده زیاد دادهها جهت نگهداری و مقایسه های میلیونی رکوردها بسیار مشکل است و گاهی غیر ممکن است ، یکی از کاربردهای بیوانفورماتیک تحلیل این دادهها جهت پی بردن به معمای تکامل هستی است ، حل این معما در ملیاردها نوکلئوتید درون ژنوم موجودات زنده نهفته است.
مشهورترین کاربرد بیوانفورماتیک در تحلیل توالی هاست توالی های DNA مربوط به ارگانیزم های مختلف جهت دستیابی سریع و مقایسه آنها با یکدیگر ، در پایگاه های داده ذخیره میشوند. پروژه ژنوم انسان که از سال 1996 تا سال 2003 به طول انجامید نمونه ای از تحلیل توالی هاست ، در این پروژه توسط کامیپوترهای بزرگ ، همه ژنوم انسان تعیین توالی گردید و درون یک پایگاه داده قرار گرفت.
با کامل شدن نقشه ژنوم انسان ، بیوانفورماتیک در تحقیقات سرطان به امید رسیدن به یک درمان موفق و نهایی ، بسیار با اهمیت شده است.
بررسی و مقایسه توالیهای ژنتیکی یا توالی های پروتئینی کمک فراوانی به فرضیه تکامل می کند به عنوان مثال میتوان به وسیله نرم افزار بلست توالی یک ژن خاص را با ملیون ها توالی ژنی موجود مقایسه کرد.
بیوانفورماتیک ابزارهای زیادی برای مطالعه بسیاری از سوالات مربوط به حوزه بیولوژی مانند پی بردن به شباهت دو ژن خاص با عملکردهای مشابه در اختیار محققین قرار داده است که عبارتند از بانکهای اطلاعاتی با ارزش و نرم افزارهای مختلف برای تحلیل توالی ها.S
علم بیوانفورماتیک به سرعت در حال رشد است و کاربرد های فراوانی پیدا کرده است تحقیقات انجام شده در این زمینه به حدی زیاد بوده است که این رشته ی 30 ساله، در سال 2000 حدود دو درصد از کل مقالات موجود در Pubmed را به خود اختصاص داد.


 توالی ها : 
اطلاعات وراثتی هر سلول در مولکول های طویلی به نام "دیوکسی ریبونوکلئیک اسید" یا DNA نگهداری می شود. DNA پلیمری است که از چهار مونومر ساخته شده است. این مونومرها که باز هستند به اختصار A ، T، C و G نامیده می شوند. به این ترتیب برای نمایش مولکول DNA دانشمندان از یک رشته طولانی از این چهار حرف استفاده می کنند. به این رشته طولانی ، توالی می گویند.
در واقع DNA زنجیره ای دوگانه و به هم تابیده است، که هر دو مونومر از هر زنجیره با مونومری از زنجیره مقابل ، در هم جفت می شوند ، به این صورت که A با T و G با C جفت می شوند. پس با دانستن توالی یک زنجیره ، توالی متقابل به دست می آید. در درون هسته هر سلول ، مولکول DNA چندین بار تاب می خورد و برای استحکام بیشتر، به دور گلوله هایی از چربی حلقه می زند. به این مجموعه کروموزوم می گویند که همه خصلتهای انسانی درآنها کد شده اند.مولکول DNA به تنهایی قادر به کنترل فعالیت های حیاتی موجود زنده نیست. بلکه هر کدام از قسمت های این دنباله باید طی فرآیندی که روخوانی و ترجمه نام دارد، در درون اندامی از سلول به نام ریبوزوم به یک آنزیم یا پروتئین معادل آن تبدیل شوند. این آنزیم یا پروتئین است که برای مثال وارد جریان خون می شود و به وظایف محوله فرد می پردازد. به هر قسمتی از یک مولکول DNA که یک پروتئین را کد می کند، یک ژن می گویند. یک مولکول DNA حاوی هزاران ژن است که هر کدام وظیفه ای خاص خود دارند، به این ترتیب جریان اطلاعات که توصیف کننده رفتار و عملکرد هر سلول زنده است، در DNA کنترل می شود.
پروتئین ها نیز زنجیره ای از آمینواسیدها هستند. بیش از بیست نوع آمینواسید وجود دارد که با نسبت دادن یک علامت به هر کدام، توالی پروتئینی نشان داده می شود. هر سه تا باز روی DNA یک آمینواسید را کد می کنند. به این ترتیب از روی یک توالی ژنی، می توان توالی پروتئینی خاص آن را به دست آورد.
به این ترتیب نخستین و مهمترین شباهت زیست شناسی مولکولی و علوم کامپیوتر نمایان شد: توالی ها ، داده هایی دیجیتالی هستند. قسمت عمده ای از داده هایی که در مدلها ، الگوریتم ها و پایگاه های داده ای (Data base) بیوانفورماتیک مورد تحلیل قرار می گیرند ، به توالی ها اختصاص دارد.


 بیونانوتکنولوژی و بیوانفورماتیک : 
بیوانفورماتیک مکمل رشته بیونانو تکنولوژی است یعنی بیوتکنولوژی به نانو تکنولوژی مدل ارائه میدهد و نانو تکنولوژی توسط نرم افزارهای بیوانفورماتیکی میتواند به این سوالات بیولوتکنولوژیست ها پاسخ دهد.
نانوبیوتکنولوژی بیش از آنکه شاخه ای از بیوتکنولوژی باشد، شاخه ای از نانوتکنولوژی است. بیوتکنولوژی استفاده از سازواره های زنده در کاربردهای صنعتی مختلف است ولی نانوتکنولوژی استفاده از قابلیت های نانوتکنولوژی در کاربردهای زیستی است. بنابراین واژه نانوتکنولوژی نیز مانند واژه هایی چون "بیومکانیک" و "بیومتریال" به استفاده از تکنولوژی های مختلف در کاربردهای زیستی اشاره دارد و نه به استفاده از قابلیت های ارگانیزم های حیاتی در کاربردهای مختلف صنعتی. البته نانوتکنولوژی ابزاری کارآمد در پیشبرد بیوتکنولوژی بوده و نقش آن در توسعه تحقیقات بیوتکنولوژی حائز اهمیت است، لذا بعضاً همانند "بیوانفورماتیک" به عنوان شاخه ای از بیوتکنولوژی نیز مطرح شده است. بنابراین نانوبیوتکنولوژی عبارت است از شاخه ای از نانوتکنولوژی که در زمینه های بیولوژی (ژنتیک مولکولی و سلولی) و بیوتکنولوژی کاربرد یافته است. بدین ترتیب نانوبیوتکنولوژی بعنوان یک رویکرد جدیید و همگرا کننده حوزه های مختلف علوم پایه، فنی مهندسی، کشاورزی و صنایع غذایی، محیط زیست، علوم پزشکی و بیوتکنولوژی بوده و کاربردهای فراوانی خواهد داشت.
نانوبیوتکنولوژی به ما اجازه می دهد تا اجزا و ترکیبات را داخل سلول ها قرار داده و مواد جدیدی را با استفاده از روش های جدید مثل خود اسمبلی بسازیم. در روش خوداسمبلی، برای سر هم کردن اجزا، نیاز به روبات یا ابزار دیگری نیست. ایجاد ساختارهایی بر مبنای DNA در علوم پزشکی، دارو سازی، مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی ایجاد یک تحول و انقلاب جدید در این علوم خواهد بود.


 کاربردهای بیوتکنولوژی در پزشکی : 
با استفاده از فناوری جدید اسکن بار کدها به راحتی می توان انواع بیماری ها را در کوتاه ترین زمان تشخیص داد.
محققین دانشگاه نورس وسترن با استفاده از نانوفناوری روش جدیدی برای برچسب زدن نشانگرهای بیماری ها با استفاده از قطعات کوچک DNA ابداع کرده اند. آن ها این روش را بار کدگذاری زیستی نام نهاده اند. از این روش می توان برای تشخیص انواع بیماری ها، از سرطان گرفته تا آلزایمر و یا تشخیص مواد بیولوژیک سمی مانند عامل سیاه زخم در جریان حملات تروریستی استفاده کرد.
این روش نسبت به روش قدیمی PCR جهت شناسایی و تعیین مقدار DNA در نمونه ها، ارزان تر، سریع تر، دقیق تر و راحت تر می باشد.
این روش جدید که به نام BCA نامیده شده است در طی یکسال آینده بصورت تجاری به بازار عرضه خواهد شد.
برخلاف تست های رایج که به یک یا چند ویال خون جهت انجام تست نیاز است در این روش با یک قطره خون تمام آزمایشات لازم در مدتی که یک ملاقات با پزشک صورت می گیرد، انجام می گردد.
این روش بر مبنای استفاده از یکسری کاوشگرهای (PROBES ) شیمیایی که قابلیت اتصال به شناساگرهای بیماری ها را دارند، ابداع شده است. به عنوان مثال اگر بخواهیم از وجود عامل سیاه زخم آگاه شویم، مجموعه ای از کاوشگرها که قابلیت اتصال به DNA عامل بیماری را دارند، تهیه می گردند. یک کاوشگر شامل یک نانوذره مغناطیسی است که به یک رشته DNA مکمل یا DNA عامل بیماری متصل شده است. کاوشگر دیگر، از یک نانوذره طلا نشکیل شده است که آن هم به یک رشته DNA مکمل عامل بیماری در خون موجود باشد، نشانگر DNA آن بین این دو کاوشگر احاطه شده و به راحتی با خاصیت مغناطیسی می توان آن را جداسازی و شناسایی کرد. این روش جهت شناسایی فاکتور کشنده سیاه زخم (فاکتور مرتبط با در معرض قرار گیری با عامل سیاه زخم) مورد تأیید قرار گرفته است. از این روش جهت شناسایی آنتی ژن اختصاصی پروستات (PSA ) که شناساگر اختصاصی سرطان پروستان است، در مقادیر بسیار کم نیز استفاده شده است بر این اساس برای هر توالی DNA یا پروتئین مرتبط با بیماری ها می توان یک بارکد طراحی کرد.
در آینده انتظار می رود با کوچک شدن دستگاه های اسکن کننده بارکدها بتوان از این فناوری در خانه ها برای تشخیص ابتلاء به انواع بیماری ها استفاده کر


 DNA  &&  c0mputer : 
سال 1994 بود دکتر لئونارد آدلمن، استاد رشته کامپیوتر دانشگاه کالیفرنیای جنوبی روی تختخواب خود دراز کشیده بود و کتاب بیولوژی ملکولی ژن، نوشته جیمز واتسون را مطالعه می کرد.
ناگهان چیزی در ذهنش جرقه زد. کمی بیشتر فکر کرد. بله، سلول های انسان و رایانه ها در پردازش و ذخیره سازی اطلاعات تقریبا یکسان عمل می کنند. رایانه ها اطلاعات را در قالب رشته ای از یک و صفر ذخیره می کنند. موجودات زنده نیز اطلاعات را با مولکول های موسوم به A، T، C، G در یک DNA ذخیره می کنند. به عبارت دیگر DNA پتانسیل انجام عملیات محاسباتی و پردازش را دارد. در واقع DNA در شیوه ذخیره سازی اطلاعات ثابت روی ژن شما بسیار شبیه هارد دیسک عمل می کند و چنین بود که ایده نسل جدیدی از رایانه ها شکل گرفت.
آن جرقه کوچک در ذهن آدلمن به سرعت به یک پروژه جدی در مراکز تحقیقاتی و پژوهشی تبدیل شد. درواقع همه می دانستند که با سرعت فعلی رشد صنعت چیپ سازی، رایانه های ترانزیستوری و سیلیکونی که بیش از 40 سال است در مرکز توجه جهان محاسبات قرار داشته اند. بزودی به انتهای خط خواهند رسید. چیپ ها کوچک تر و کوچک تر شدند و در هر 18 ماه تعداد قطعات الکترونیکی موجود روی چیپ دو برابر شد و سرعت چند برابر افزایش یافت، اما این مینیاتوری شدن چیپ ها و افزایش سرعتشان نهایت و حدی دارد و پس از آن متوقف خواهد شد، بنابراین توجه متخصصان به میلیون ها سوپر رایانه طبیعی موجود در موجودات زنده جلب شد و به کار روی نظریه آدلمن پرداختند.
ماشین ها و رایانه هایی نیز ساخته شده است. گرچه اگر به دقت نگاه کنید به جای رایانه تنها تیوپ های کوچکی می بینید که آب دارند.
مسائلی که در حال حاضر از سوی این رایانه ها حل می شوند بسیار ابتدایی و مقدماتی هستند و کودکان با کاغذ و قلم سریع تر به پاسخ می رسند، اما چیزی که متخصصان را همچنان دلگرم نگه داشته است و آنها را به کار بیشتر روی این پروژه واداشته است. مزایایی است که یک رایانه DNA خواهد داشت. DNA ارگانیسم سلولی است. بنابراین در همه موجودات زنده وجود دارد و همیشه یک منبع DNA در دسترس است. از طرف دیگر در دسترس بودن DNA باعث ارزان شدن آن به عنوان منبع ساخت رایانه می شود. همچنین بر خلاف مواد فعلی که سمی و غیرقابل جذب در طبیعت هستند، DNA بخشی از محیط و موجود زنده است. از طرف دیگر اگر یک رایانه DNA را با یک رایانه امروزی مقایسه کنیم، نتایجی بسیار شگفت انگیز به دست می آوریم. رایانه های DNA بسیار کوچک تر از رایانه های امروزی هستند. در حالی که حجم بسیار بیشتری از اطلاعات را می توانند در خود نگهداری کنند. یک پوند(453 گرم) DNA ظرفیتی بیشتر از تمامی رایانه های الکترونیکی ساخته شده دارد. از نظر قدرت محاسباتی نیز این رایانه ها با رایانه های فعلی قابل مقایسه نیستند. قدرت محاسباتی یک رایانه DNA با اندازه اشک چشم بیشتر از قوی ترین سوپر رایانه های جهان است.
بیش از 10 تریلیون مولکول DNA در یک سانیتمتر مکعب جا می گیرد. با این حجم از DNA می توان 10 ترابایت (1000گیگابایت) اطلاعات را ذخیره کرد و 10 تریلیون محاسبه را در یک لحظه به انجام رساند.
برای اینکه قدرت پردازش و دخیره سازی این نوع رایانه برای شما بیشتر مشخص شود، مثال دیگری می زنیم. بیش از 10 تریلیون مولکول DNA در یک سانیتمتر مکعب جا می گیرد. با این حجم از DNA می توان 10 ترابایت (1000گیگابایت) اطلاعات را ذخیره کرد و 10 تریلیون محاسبه را در یک لحظه به انجام رساند، همچنین می توان گفت که یک گرم DNA خشک شده که تقریبا به اندازه نصف یک حبه قند است، می تواند اطلاعات یک تریلیون سی دی را در خود ذخیره کند.
حالا متوجه شدید که چرا دانشمندان وقت زیادی را صرف این ایده می کنند و می کوشند تا این نسل جدید را به واقعیت تبدیل کنند. اما مشکلاتی نیز وجود دارد. DNAها، همیشه آنطور که انتظار می رود رفتار نمی کنند. پس یکی از مهم ترین مسائل متخصصان کنترل تولید و توسعه آنها برای دریافت نتایج دقیق از محاسبات است. یکی از متخصصان توانسته است رایانه ای را در سال 2001 به نام خود ثبت کند که در یک قطره آب جای دارد و از مولکول های DNA و آنزیم ها به عنوان ورودی، خروجی، نرم افزار و سخت افزار استفاده می کند. در سال 2003 این دانشمند به کمک همکارانش یک منبع تغذیه نیز به رایانه اش اضافه کرد. این منبع، انرژی خود را از شکسته شدن مولکول های DNA تامین می کند. وی مطمئن نیست که ژنتیک بتواند جایگزین سیلیکون شود. اما معتقد است که این دو نسل به شیوه ای مسالمت آمیز و در کاربردهای مختلف، کنار هم زندگی خواهند کرد و آخرین خبر این که در اواسط آگوست امسال( اواخر مردادماه) گروه دیگری از دانشمندان طی یک مقاله اعلام کردند که رایانه ای ساخته اند که مبتنی بر بیلوژیک است و برای انجام یک بازی با نام Tic-Tac Toe ( بازی xo در یک محیط 3x3 ) طراحی شده است. آنها معتقدند که این رایانه هیچگاه این بازی را به انسان نمی بازد. به نظر می رسد استفاده هوشمند از رایانه های DNA آغاز شده است، اما آیا زمانی خواهد رسید که من و شما به جای این رایانه های الکترونیکی از یک قطره آب برای انجام محاسبات استفاده کنیم؟


 رایانه DNA و درمان سرطان : 
محققین مؤسسه علوم وایزمن اخیراً یک رایانه DNA ساخته اند که قادر به شناسایی نشانگرهای سرطان است و در عین حال داروی مناسب درمان سرطان را نیز آزاد می سازد. ورودی، خروجی و نرم افزار این رایانه، مولکول های DNA می باشند. در حالی که آنزیم های سازنده DNA بعنوان سخت افزار آن عمل می کنند. رایانه، ورودی را به منظور شناسایی نشانگرهای مولکولی مورد بررسی قرار می دهد. نشانگرها می توانند توالی های جهش یافته RNA-m و کاهش یا افزایش تولید RNA-m باشند.
این وقایع همگی می توانند دلیل وجود سرطان باشند این سیستم، نشانگرها را تک تک مورد ارزیابی قرار می دهد و در صورتی که شرایط مرتبط با بیماری را کشف نکند، پاسخ "خیر" می دهد و در صورتی که نشانگرها وجود یک بیماری را نشان دهند خروجی آن "بله" است. در این حالت رایانه یک توالی DNA با نقش درمانی تولید کرده و بر میزان بیان ژن اثر می گذارد.
این رایانه قادر است میزان رهاسازی دارو را براساس شدت بیماری نیز تنظیم کند. به این منظور رایانه از یکسری مولکول های تشخیصی برای هر محاسبه استفاده می کند. بعضی از آن ها ممکن است خروجی مثبت تولید کنند در حالی که بقیه خروجی منفی ایجاد می کنند. بعضی از مولکول ها به گونه ای طراحی شده اند که در شرایطی که تشخیص بیماری مثبت شد، دارو را رها سازند در حالی که بقیه در شرایط تشخیص مثبت بیماری کاری انجام نمی دهند اما در تشخیص منفی بیماری، مولکول های خنثی کننده دارو رها می سازند.دانشمندان این عمل را سیستم چک کردن و تعادل نام نهاده اند. این کار برای جلوگیری از ایجاد هر گونه مشکل در روند درمان بیماری ها است.
این دانشمندان نشان دادند که رایانه آن ها قادر به شناسایی علائم سرطان پروستات و سرطان ریه است و داروهای مورد نیاز در هر مورد را آزاد می سازد.
این افراد معتقدند که رایانه قادر است تا حدود 15 نشانگر را شناسایی کند. این سیستم، توانایی رهاسازی پروتئین ها، مولکول هایی طویل DNA یا مولکول های آلی را با اهداف درمانی دارا می باشد. این مطالعات در خارج از سلول ها و محیط بدن و در شرایط آزمایشگاهی صورت گرفته اند مدت زیادی لازم است که بررسی های تکمیلی جهت استفاده از آن درون بدون صورت گیرد.


 علم شیمی اینفورماتیک : 
شیمی اینفورماتیک علم استفاده از کامپیوتر و تکنیک های علمی و به کار گیری آن در رشته شیمی است. این تکنیک های کامپیوتری توسط کارخانه های تولید دارو در کشف دارو برای بیماری های مختلف به کار گرفته میشود.
این رشته یک رشته بسیار جدید هست که در دهه 1990 معرفی شده و هنوز یک توافق کامل بر روی این رشته وجود ندارد، با این حال خیلی از تکنیک هائ که امروزه در این رشته استفاده میشود نتیجه تحقیقات متمادی و مداوم علمی، آزمایشگاهی و صنعتی میباشد.
یکی از مشخصات این رشته این است که تمامی تکنیک ها باید بر روی تعداد زیادی مولکول انجام شود تا نتیجه دلخواه به دست آید. با تأکید بر این موضوع که این روشها باید با روشهای کامپیوتری بر روی ساختار شیمیائ دو و سه بعدی ادغام شود.
علم بیو اینفورماتیک معمولاً با ساختار و عملکرد ملکولهای بزرگ مثل اسید نوکلئیک و پروتین سر و کار دارد ولی ملکولهای کوچک هم نقش مهمی در سلول بازی میکنند، این ملکولها با ملکولهای بزرگ فعل و انفعال ایجاد کرده و به عنوان لیگاند، کو-فاکتور و تنظیم کننده عمل میکنند. شیمی اینفورماتیک علمی ست که با تجزیه و تحلیل این ملکولها سر و کار دارد.
یکی از دیتا بیس های که در رابطه با شیمی اینفورماتیک استفاده میشود chemDB میباشد. این دیتا بیس یک مجموعه عمومی کامل از مولکولهای کوچک است که در اینترنت قابل دسترسی میباشد. این دیتا بیس از قالب چند گونه و متعدد مولکولها استفاده کرده و مرتب و اتوماتیک به روز میشود.


 بانکهای اطلاعاتی ژنوم : 
باید بیوانفورماتیک را از دو جنبه نگاه کنیم جنبه اول بانکهای اطلاعاتی و جنبه دوم نرم افزارهای مختلف که اکثرا برای پردازش اطلاعات بانکهای اطلاعاتی پدید آمده اند.
تهیه نرم افزار ها و تهیه بانکهای اطلاعاتی بیوانفورماتیکی کار یک یا دو نفر نیست مثلا نرم افزار gaggle که یک نرم افزار بیوانفورماتیکی هست که توسط کدهای جاوا نوشته شده یک گروه حدودا 50 نفری متشکل از زیست شناسان و مهندسین کامپیوتربعد از چندین ماه تلاش موفق شدند این برنامه را تهیه کنند.
بانکهای اطلاعاتی بیوانفورماتیک به این صورت است که برنامه نویسها برنامه ای را تدوین میکنند و سپس با نصب این نرم افزار در ابر کامپیوتر میتوانند اطلاعات ژنومی و پروتئینی یا ساختاری را در این بانک ذخیره کنند.
اینجا تازه کار مهندسین سخت افزار شروع میشود ، چون حجم اطلاعات بیوانفورماتیکی و پردازش اطلاعات توسط نرم افزارها آنقدر بالا است که مدارهای این کامپیوترها پاسخ گوی این نیاز اطلاعاتی بالا نیستند که با تعویض مدارها و با استفاده از آلیاژهایی البته گرانتر مثل طلا و یا... این مشکل را حل میکنند.
مجموعه ای از مقالات بانک اطلاعاتی که توسط مرکز ملی اطلاعات بیولوژی در کتابخانه ملی پزشکی آمریکا تاسیس گردیده است در این سایت با این آدرس قابل دستیابی است.
Expasy هم یکی از سایتهای اینترنتی برای اطلاعات پروتئین میباشد که در آن اطلاعات کامل در مورد پروتئین وجود دارد. در این زمینه میتوان سایتهای دیگری را نام برد :
بانک بزرگ پروتئین rcsb در سوئیس ، در این سایت میتوانید شکلهای سه بعدی از پروتئین ببینید و در کنار آن توضیحاتی در رابطه با شکل و اسید های امینه را مشاهده کنید.
سایت ncbi به تنهایی میتواند تمام نیازهای یک محقق مولکولی را برآورده کند ، این سایت با پشتیبانی دولت آمریکا کارمیکند که دارای سرورهای بسیار قوی میباشد و اکثر قسمتهای مورد استتفاده در این سایت رایگان میباشد.


 پروتئومیک یا پروتئومیکس : 
همان طور که در مقدمه ذکر شد ، یکی از دو فعالیت برجسته ای که بیوانفورماتیک دانان به آن مشغول هستن ، پروتئومیک میباشد که در این قسمت به طور مختصر آن را برسی مینماییم.
پروتئومیکس دانش بررسی ساختار و عملکرد پروتئین ها در مقیاس بزرگ است. این واژه را به قیاس ژنومیک (به معنی دانش بررسی ژن ها) ساخته اند.
با تکمیل پروژه ژنوم انسان مشخص شد که مکانیسم مولکولی رفتار سلولها در شرایط مختلف را نمیتوان از روی توالی ژنهای آنها پیشگویی کرد. رفتار سلولی و تمام فعالیتهایی که در سلول انجام می شود بر عهده پروتئین ها است. در واقع برای ارتباط ژنوم با رفتار سلولها باید پروتئینهای سلولها را شناخت. به کلیه پروتئینهایی که در یک سلول در یک زمان مشخص بیان می شود، پروتئوم آن سلول گفته می شود و این پروتئوم است که فاصله بین ژنوم و مکانیسم مولکولی رفتار سلولی را پر می کند. برخلاف ژنوم، برای هر اورگانیسم نمیتوان یک پروتئوم واحد تعریف کرد. پروتئوم سلولهای مختلف با یکدیگر متفاوت اند. یعنی سلولها علاوه بر پروتئینهای ضروری که در همه انواع سلولها بیان می شوند، دارای یکسری پروتئینهای اختصاصی نیز هستند. از این رو بهتر است پروتئوم را برای هریک از انواع سلولها تعریف نمود. با این حال پروتئوم یک نوع سلول نیز همیشه ثابت نیست. سلول در برابر شرایط مختلف محیطی و پیامهایی که از سلولهای اطراف دریافت می کند، پروتئینهای مختلفی را بیان می کند. بعبارت دیگر هر سلول تحت شرایط مختلف پروتئومهای متفاوتی دارد. بنابر این برای شناسایی مکانیسمهای مولکولی رفتار سلولی و واکنشهای زیستی، لازم است پروتئینهایی که در یک سلول بیان می شود، تغییرات آنها در شرایط مختلف، عملکرد آنها و همچنین برهمکنشهای بین پروتئینهای مختلف در یک سلول، بررسی شود. به مجموعه این بررسیها، نقشه برداری پروتئوم یا پروتئومیک، گفته می شود.
نقشه برداری پروتئوم :
مطالعه پروتئوم به سادگی مطالعه ژنوم نیست. زیرا پروتئینها را نمیتوان(همانند DNA) به روشی مشابه PCR، تکثیر کرد. همچنین توالیهای پلیپپتیدی نمیتوانند به توالیهای اسید آمینه ای مکمل خود متصل شوند. بنابر این برای مطالعه پروتئوم باید از ابزار و روشهای ویژه ای استفاده کرد. در پروتئومیک نه تنها کلیه پروتئینهایی که در یک سلول دریک شرایط مشخص بیان می شوند، مورد بررسی قرار میگیرند، بلکه عملکرد و رفتار پروتئینها، برهمکنشهای بین پروتئینهای مختلف، آرایشهایی که پس از ترجمه بر روی پروتئینها ایجاد می شود و نیمه عمر آنها در سلول نیز مورد بررسی قرار میگیرد. در واقع پروتئومیک از سه بخش تشکیل شده است :
  • مشخص کردن کلیه پروتئینهایی که در سلول بیان می شود :در این بخش، کلیه پروتئینهایی که در سلول تحت یک شرایط معین (مانند، حالت استراحت، رشد، تمایز، بیماری، تأثیر دارو و...) مشخص می شود. به این ترتیب می توان پروتئینهایی که در شرایط مختلف بیان می شوند یا میزان بیان آنها تغییر می کند را شناسایی کرد و به عملکرد آنها پی برد. شناسایی این پروتئینها در تشخیص بیماری و بررسی روند پیشرفت یا بهبودی آنها و همچنین شناسایی داروهای جدید، مفید می  باشد.
  • نقشه برداری برهمکنشهای بین پروتئینی : پروتئینها در سلول بصورت منفرد عمل نمیکنند واغلب تأثیر خود را با همکاری پروتئینهای دیگر و برهمکنش با آنها اعمال می کنند. نمونه بارز برهمکنشهای پروتئینی، در مسیرهای انقال پیام و مسیرهای بیوسنتزی مشاهده می شود. با شناسایی این برهمکنشها، بطور کارآمدتری می توان عملکرد و رفتار پروتئینها را مشخص کرد.
  • نقشه برداری آرایشهای پروتئینی : اغلب پروتئینها پس از ترجمه متحمل آرایشهای مختلفی مانند، گلیکوزیله شدن، متیله شدن،استیله شدن، فسفریله شدن و... می شوند.این آریشها بر فعالیت و عملکرد پروتئینها، همچنین ساختار فضایی، پایداری و نیمه عمر آنها تأثیر می  گذارد. بسیاری از داروها گروههای الکتروفیلی دارند که از طریق آنها به پروتئین هدف متصل شده و اثر خود را اعمال می کنند.شناسایی این آرایشها، تأثیر آنها بر عمکرد پروتئینها و شرایطی که منجر به این آرایشها می شود، به شناسایی رفتار و عملکرد پروتئینها کمک می کند.

نوشته شده توسط عباس طالبی ساعت 09:11 ق.ظ در روز : پنجشنبه 1 آذر 1386

ویرایش شده در - و ساعت -

لینك ثابت | نظرات ()


مطالب پیشین