دانلود مقاله بیوانفورماتیک با فرمت ورد و در 18 صفحه قابل ویرایش

قسمتی از متن پاورپوینت

معرفي علم بيوانفورماتيک

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

1

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

 فعالیت های برجسته بیو انفورماتیک:

بیوانفورماتیک یک تخصص میان رشته‌ای است که با ادغام زیست شناسی ، ریاضیات به ویژه آمار، علوم کامپیوتر و فناوری اطلاعات به وجود آمده‌است. از مهمترین کارها در بیوانفورماتیک تجزیه و تحلیل اطلاعات توالی است. بیولوژی محاسباتی نامی است که به این فرآیند داده شده‌است و شامل موارد زیر است:

• پیدا کردن ژن‌ها در توالی‌های دی ان ای
• توسعهٔ روش‌های پیش بینی ساختار و یا وظایف پروتئین‌های تازه کشف شده و توالی‌های ساختاری RNA
• صف بندی پروتئین‌های مشابه و ایجاد درخت‌های نژادشناسی برای بررسی روابط تکاملی.

اكنون بيوانفورماتيك در دو حوزه‌ي اصلي فعاليت مي‌كند: پروتئوميك و ژنوميك.
(البته از شاخه‌های دیگر علوم زیستی همچون متابولیک و ترانسکریپتومیک نیز استفاده می‌شود.)

1-پروتئوميك :دانش بررسی ساختار و عملکرد پروتئین‌ها در مقیاس بزرگ است. این واژه را به قیاس ژنومیک (به معنی دانش بررسی ژن‌ها) ساخته‌اند.

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 می‌شود 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 می‌شود، پروتئوم آن سلول گفته می‌شود و این پروتئوم است که فاصله بین ژنوم و مکانیسم مولکولی رفتار سلولی را پر می‌کند. 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 می‌شوند، 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 می‌کند، پروتئینهای مختلفی را بیان می‌کند. 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 می‌شود، 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 می‌شود.

4

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 ویژه‌ای استفاده کرد. در پروتئومیک نه تنها کلیه پروتئینهایی که در یک سلول دریک شرایط مشخص بیان می‌شوند، مورد بررسی قرار میگیرند، بلکه عملکرد و رفتار پروتئینها، برهمکنشهای بین پروتئینهای مختلف، آرایشهایی که پس از ترجمه بر روی پروتئینها ایجاد می‌شود و نیمه عمر آنها در سلول نیز مورد بررسی قرار میگیرد. در واقع پروتئومیک از سه بخش تشکیل شده است:

۱- مشخص کردن کلیه پروتئینهایی که در سلول بیان می‌شود :در این بخش، کلیه پروتئینهایی که در سلول تحت یک شرایط معین (مانند، حالت استراحت، رشد، تمایز، بیماری، تأثیر دارو و...) مشخص می‌شود. به این ترتیب می‌توان پروتئینهایی که در شرایط مختلف بیان می‌شوند یا میزان بیان آنها تغییر می‌کند 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 می‌‌باشد.