Биоинформатика

Кіріспе

Зерттеудің өзектілігі: Биоинформатиканың дүниежүзілік орталықтары Жапония, Германия, Швейцария елдерінде орналасқан. Соңғы жылдары АҚШ-та, Сингапурда, Индияда, Ресейде дами бастады. Бірақ, Қазақстанда осы ғылым туралы адамдар біле бермейді, мамандар санаулы болып келеді. Дүниежүзін шарласаңда биоинформатика да жұмыс істейтін мамандардың тапшылығын көруге болады. Сондықтан басқа салаларға қарағанда бәсекелестік аз болып келеді, ақпараттың бүкіл адамзатқа ортақ нәрсе деген философиясын ұстанатын ашық сала, Қазақстанда дамытуға болатын сала деп есептеймін.

Зерттеудің мақсаты: Қазіргі қоғамды "биоинформатика" ұғымымен және оның биологиялық процестердегі рөлімен таныстыру.

Зерттеу міндеттері:

• "Биоинформатика" терминіне анықтама беріңіз;

• Биологиялық процестердегі биоинформатиканың рөлін анықтау;

• Сауалнама жүргізгеннен кейін қорытынды жасаңыз

"Сіз биоинформатикамен таныссыз ба?»;

• Биоинформатиканың даму барысын қадағалаңыз;

Гипотеза:Биоинформатика бүгінде биологиялық деректерді басқару мен талдаудан туындайтын практикалық және теориялық мәселелерді шешу үшін мәліметтер базасын, алгоритмдерді, есептеу және статистикалық әдістер мен теорияларды құруды және жетілдіруді білдіреді.

Қолданылатын зерттеу әдістері:

• Әдебиетті зерттеу.

• Табылған материалды салыстыру және талдау.

• Осы мәселе бойынша сауалнама жүргізу.

Жоба туралы қысқаша ақпарат:

Биоинформатика – биология мен информатиканың тоғысында тұрған ғылым саласы. Ол биологиялық деректерді сақтау, өңдеу және талдау үшін компьютерлік әдістерді қолданады. Молекулалық биологияның қарқынды дамуының нәтижесінде ХХ ғасырдың 80 жылдарының басында жаңа ғылым саласы биоинформатика (сандық биология, компьютерлік гентика) дүниеге келді. Бұл сала биологиялық жүйелердің күрделі құрылымын түсінуге және жаңа ғылыми жаңалықтар ашуға көмектеседі.

5

Биоинформатиканың ғылым мен медицинадағы заманауи жетістіктерге қосқан үлесі орасан зор.Ол биологиялық деректерді өңдеу мен талдауға арналған қуатты құралдар ұсына отырып, көптеген салаларда маңызды жаңалақтарға қол жеткізеді.

1.Геномды зерттеу: Адам геномының толық картасын құру, геномдық мутацияларды анықтау және оларды аурулармен байланыстыруда үлкен жетістіктерге жетті. Бұл медицинада жеке геномға негізделген емдеу әдістерін дамытуға мүмкіндік берді.

2.Дәрі-дәрмек жасау: Биоинформатика жаңа дәрі-дәрмектерді әзірлеу үдерісін жеделдетеді. Жасанды интелект пен компьютерлік модельдеу арқылы жаңа молекулаларды анықтау және олардың әсерлерін алдын ала болжау мүмкіндігі пайда болды.

3.Ауруларды ерте анықтау: Биоинформатикалық әдістер аурулардың молекулалық механизмдерін тереңірек түсінуге көмектеседі, бұл олардың ерте диагностикасын қамтамасыз етеді.Мысалы, қатерлі ісікті ерте кезеңде анықтауға мүмкіндік беретін биомаркерлерді анықтау.

4.Жеке медициналық дамуы: Пациенттің генетикалық ақпаратын пайдаланып, жеке емдеу жоспарларын құру мүмкіндігі пайда болды.Бұл әр адамның биологиялық ерекшеліктеріне бейімделген медициналық шешімдерді қабылдауға жол ашты.

Міне, осылайша биоинформатика ғылым мен медицинада инновацияларға жол ашып, зерттеулердің жаңа бағыттарын дамытуда шешуші рөл артарады.

Негізгі бағыттары:

1.Геномдық талдау: Генетикалық ақпаратты (ДНҚ мен РНҚ) зерттеу және олардың функциясын анықтау.

2.Протеомдық талдау: Ақуыздардың құрылымы мен функциясын зерттеу.

3.Молекулалық модельдеу: Белгілі бір молекулалардың құрылымы мен олардың өзара әрекеттесуін модельдеу.

4.Деректер банктері: Биоинформатика деректерінің үлкен көлемін сақтайтын және пайдалануға мүмкіндік беретін мәліметтер базалары.

Қолданылу аймақтары:

• Медициналық зерттеулер

• Фармацевтика

• Ауыл шаруашылығы

• Қоршаған ортаны қорғау

Бұл саладағы мамандар бағдарламалау, статистика және биологияны білуі қажет, себебі үлкен деректермен жұмыс істеу және нәтижелерді дұрыс интерпретациялау маңызды.

Күтілетін нәтиже: Қоғамның биоинформатика туралы түсінігін арттыру. Негізгі ұғымдары мен оның маңыздылығы туралы қоғамның кеңінен хабардар болуы. Сонымен қатар, мектептер мен университеттер немесе ғылыми қоғамдастықта биоинформатикаға қызығушылықтың артуы, жаңа зерттеулер мен жобаларға ынталандыру.

6

2.Биоинформатика саласының зерттеу орталықтары:

1.Европалық биоинформатика институты (ЕВІ) - бұл биоинформатика саласында әлемдік деңгейдегі зерттеулер жүргізетін институт.Ол Кембридждегі (Ұлыбритания) Европалық молекулалық биология зертханасының (EMBI) бір бөлігі болып табылады. EBI биологиялық мәліметтерді жинау, сақтау және талдау қызметтерін ұсынады. Сонымен қатар, ол биоинформатикалық зерттеулер үшін деректерді қолжетімді етуге және ғылыми қауымдастыққа биоинформатика саласындағы құралдар мен ресурстарды ұсынуға маманданған.

Н егізгі қызметтері:

• Геномика, протеомика, метаболомика деректерін талдау.

• Биоинформатика саласында бағдарламалық құралдар жасау

• Ғылыми қауымдастыққа білім беру және оқыту бағдарламаларын ұйымдастыру

2 .Ұлттық биотехнологиялық ақпарат орталығы (NCBI) – АҚШ-тың Ұлттық медицина кітапханасының құрамында орналасқан биоинформатика және биотехнология саласындағы негізгі мекеме. Ол 1988 жылы құрылған және биомедициналық ақпаратты өңдеу, сақтау және таратуға маманданған.

NCBI-дің негізгі қызметтері:

• Геномдық деректерді сақтау және талдау: NCBI геномдық, ақуыздық, нуклеотидтер биомедициналық мақалалар және басқа да биологиялық деректер базаларын ұсынады.

• PubMed: Бұл биомедициналық әдебиеттерге қолжетімділікті қамтамасыз ететін ірі мәліметтер базасы.

• BLAST: Ақуыздар мен нуклеотидтер тізбегін салыстыруға арналған бағдарламалық құрал.

• GenBank: Нуклеотидтік тізбектердің мәліметтер базасы, бүкіл әлемдегі зерттеушілерден жиналған геномдық мәліметтерді сақтайды.

NCBI биология, медицина, геномика және де ғылыми салаларда зерттеулер жүргізуге және ғылыми қауымдастыққа ақпараттық қолдау көрсетуге арналған маңызды орталық болып табылады.

3.Броад институты (Broad Institute) – әлемдік деңгейдегі биомедициналық зерттеу орталығы. Ол 2004 жылы Массачусетс технологиялық институты (MIT) мен Гарвард университетінің серіктестігі арқылы

қ ұрылды. Институт биомедицина саласында геномдық зерттеулер жүргізуге маманданған және ауруларды молекулалық деңгейде түсінуді

жақсартуға бағытталған.

7

Броад институтының негізгі міндеттері:

• Геномдық зерттеулер: Институт адамның және басқа да ағзалардың геномдарын зерттеуге ерекше көңілм бөледі.

• Медициналық биология: Бұл институттың зерттеулері қатерлі ісік, қант диабеті, жүрек-қан тамырлары аурулары және психикалық ауытқулар сияқты күрделі ауруларды емдеуге бағытталған.

• Жаңа технологиялар мен әдістерді әзірлеу: Броад институты геномика және биоинформатика саласында жаңа технологиялар мен бағдарламалық құралдар жасауға қатысады.

Броад институты ғылыми жаңалықтарды практикалық медицинаға енгізуді жеделдету мақсатында биологтар, химиктер, дәрігерлер және инженерлер арасындағы көпсалалы ынтымақтастыққа ерекше мін береді.

4 . ЦЕРН (CERN) Биоинформатика бөлімі- компьютерлік ғылымдар мен үлкен деректерді өңдеу салаларындағы зерттеулер мен әзірлемелер биоинформатика қолданылуы мүмкін. Мысалы, олардың ірі көлемдегі деректерді талдау бойынша тәжірибесі биомедициналық

зерттеуге қолдау көрсетуге жарамды болуы ықтимал.

2 .1.Маргарет Дейхофф биоинформатиканың анасы мен әкесі

Маргарет Дейхофф биологияда есептеуіш техниканы қолданудың

бастаушысы болды. 1960 жылдардан бастап Джорджтаун

университетінде ол протеин фрагменттерін толық ақуызға

қалай қайта жинауға болатынын анықтау үшін ең озық

магниттік таспа компьютерін пайдаланды. Сонымен қатар ол

ақуыздың әртүрлі аспектілерін салыстырды, ортақ ерекшеліктері мен айырмашылықтарын іздеді. Бұл сала кейінірек барлық заманауи геномиканы негіздейтін биоинформатика деп аталды.

Американдық физика, химик және биоинформатика саласындағы пионер. Ол математикамен есептеу әдістерін қолданудың пионері болады. Өзінің мансабын биология мен медицинадағы жетістіктерді қолдану үшін дамып келе жатқан есептеу технологияларын қолдануға, әсіресі ақуыз бен нуклеин қышқылының дерекқорларын жасауға арнады. Маргарет Дейхофф биоинформатиканың анасы деп жиі аталады, себебі ол молекулалық биология мен компьютерлік ғылымдар саласын біріктіре отырып, биоинформатиканың негізін қалады. Оның ең танымал жұмыстарының бірі – ақуыздардың аминқышқылдық тізбектерін зерттеу және оларды салыстыру әдістерін әзірлеу болды. 1960 жылдары ол ақуыздардың реттік тізбегін жинап, оларды компьютерлік деректер базасына енгізе бастады, бұл бүгінгі геномдық деректерді сақтау және талдау жүйелеріне жол ашты.

8

• Ол бастапқыда Atlas ретінде жарияланған ақуыздар тізбегі туралы алғашқы деркқорлардың бірін жасады;

• Ол реттілік және молекулалық эволюция әдістерін әзірледі;

• Ол аминқышқылдары үшін қолданып бір әріптік кодты жасады;

• Ол бірінші алмастыру матрицаларының бірін жасады

2 .2.Атластың бірінші нұсқасында 65 ақуыз тізбегінің сипаттамасы бар

9

2.3.Аминқышқылдарының негізгі кодтары

L A U R A - UUA GCU UGA CGU GC

10

2.4.Маргарет Дейхофф Хронологиясы

1925 жыл

Маргарет Дейхофф

АҚШ-та дүниеге

келген

1961 жыл

Компьютерлерді пайдалана

отырып, биологиялық

зерттеулерге арланған

алғашқы математикалық

қолданбаларды әзірледі.

1965 жыл

Ақуыз тізбектері мен

олардың

қ ұрылымдарының

атласы

1980 жыл

Ол, физикалық қоғамның

президенті болды

1983 жыл

Маргарет

Сильвер-Спрингте,

Мэриленд штатында

қ айтыс б олды

1984 жыл

Маргарет Окли Дейхофф

сыйлығы құрылды

11

2.5.Биоинформатикадағы дерекқорлар банкі

Деректер банкі- деректерді бір орынға сақтайтын, оларды ұжымдық негізде пайдалануға мүмкіндік беретін автоматтандырылған ақпараттық жүйе.

G enBank –бұл барлық аннотацияланған ДНҚ

және РНҚ тізбектерін, сондай-ақ олар коттайтын ақуыз

тізбегін қамтитын жалпыға қолжетімді дерекқор.

SWISS-PROT-қолмен аннотацияланған ақуыз тізбегі мен олардың функционалдығы туралы қолмен өңделген жоғарғы сапалы ақпаратты ұсынатын дерекқор SWISS-PROT 1986 жылы Швейцарияда EMBL және SIB ынтымақтастығында құрылған.

SWISS-PROT

тобының

жетекшісі

Амос Байрох

T rEMBL- әмбебеп ақуыз ресурстарының білім қоры. Ақуыздар туралы ақпаратты жинауға арналған орталық 1996 жылы құрылды. Оның басты мақсаты геномдық жобалардан алынған ақуыз ретін тез және толық қамту. Бұл мәліметтер базасы әрбір жаңа ақуыз ретін бірден

SWISS-PROT-қа енгізбей- ақ тіркеуге мүмкіндік болады.

P IR - жіктелген және аннотацияланған ақуыз тізбегінің бөлімшелерінің базасы 1971 жылы құрылған. PIR алғашқы мәліметтер базаларының бірі болып табылыды және ақуыз құрылымы мен қызметіне

қатысты ақпараттарды ұсынады.

UniProt- ақуыздар туралы функционалдық

ақпаратты жинауға арналған орталық және зерттеушілерге биологиялық процестерді түсінуге мүмкіндік береді. UniProt мәліметтер базасын зерттеушілер ақуыздардың құрылымы , функциясын

ө зара әрекеттесулерін талдау үшін пайдаланады