Надо Знать

добавить знаний



Биоинформатика



План:


Введение

Карта X-хромосомы человека (данные с сайта NCBI). Расшифровка генома человека - одно из величайших достижений биоинформатики.

Биоинформатика - область вычислительной биологии, применяющий машинные алгоритмы и статистические методы для анализа больших наборов биологических данных, которые, как правило, состоят из большого числа нуклеотидных ( ДНК и РНК) и пептидных ( белки) последовательностей и данных структуры белков. Главные направления исследований биоинформатики включают выравнивания последовательностей, поиск генов, сборку геномов, выравнивание структур белков, предсказания структуры белков, предсказания экспрессии генов и белок-белковой взаимодействия и реконструкции процесса эволюции. Большим направлением исследований биоинформатики - получение высококачественных последовательностей геномов из фрагментов послидовнотей, полученных с помощью традиционных методов секвенирования ДНК и конструирование сигнальных сетей по данным ДНК-микрочипов. В последнем случае биоинформатика нередко пересекается с системной биологией.

Хотя сроки биоинформатика и вычислительная биология часто взаемозаминюються, последний указывает на широкую отрасль также включает разработку алгоритмов и конкретные вычислительные методы и моделирования биологических ( математическая биология) и биохимических ( вычислительная химия, молекулярное моделирование) процессов [1]. Часто также биофинформатику рассматривают как отрасль биомедицинской информатики.


1. Основные области исследований

1.1. Анализ генетических последовательностей

С тех пор, как в 1977 году был секвенирован геном фага Phi-X174, последовательности ДНК все большего числа организмов были расшифрованы и сохранены в базе данных. Эти данные используются для определения последовательностей белков и регуляторных участков. Сравнение генов в рамках одного или разных видов может продемонстрировать сходство функций белков или отношения между видами (таким образом, могут быть составлены филогенетические деревья).

С ростом количества данных уже давно стало невозможным вручную анализировать последовательности. В наши дни для поиска по геномам тысяч организмов, состоящих из миллиардов пар оснований, используются компьютерные программы. Программы могут однозначно сопоставить ( "Выровнять") похожи последовательности ДНК в геномах различных видов, часто такие последовательности несут сходные функции, а различия возникают в результате мелких мутаций, таких как замены отдельных нуклеотидов, вставки нуклеотидов, и их "выпадение" (делеций).

Один из вариантов такого выравнивания применяется при самом процессе секвенирования. Так называемая техника "дробного секвенирования" (которая, например, использовалась Институтом генетических исследований или TIGR для секвенирования первого бактерийального генома Haemophilus influenzae) вместо полной последовательности нуклеотидов дает последовательности коротких фрагментов ДНК (каждый длиной около 600-800 нуклеотидов). Концы фрагментов накладываются друг на друга и, совмещенные должным образом, дают полный геном. Такой метод быстро дает результаты секвенирования, но сборка фрагментов может быть достаточно сложной задачей для больших геномов. В проекте по расшифровке генома человека сборка заняла несколько месяцев времени суперкомпьютеров. Сейчас этот метод применяется для практически всех геномов, и алгоритмы сборки геномов является одной из острейших проблем биоинформатики на сегодняшний момент.

Другим примером применения компьютерного анализа последовательностей является автоматический поиск генов и регуляторных последовательностей в геноме. Не все нуклеотиды в геноме используются для задания последовательностей белков. Например, в геномах эукариот существуют большие сегменты некодирующей ДНК, которые явно не кодируют белки, а их функциональная роль во многих случаях неизвестна. Разработка алгоритмов выявления участков генома, кодирующих белки, является важной задачей современной биоинформатики.

Биоинформатика помогает связать геномные и протеомных проекты, например, помогая в использовании последовательности ДНК для идентификации белков.


1.2. Аннотация геномов

В контексте геномики аннотация - процесс маркировки генов и других объектов в последовательности ДНК. Первая программная система аннотации геномов была создана в 1995 году Оуэном Уайтом (Owen White), работавший в команде, секвенировали и проанализировали первый декодированный геном свободноживущих организма, бактерии Haemophilus influenzae. Доктор Уайт построил систему нахождения генов, тРНК и других объектов в геноме, и сделал первые обозначения функций этих генов. Большинство современных систем работают схожим образом, но эти программы постоянно развиваются и улучшаются.


1.3. Вычислительная эволюционная биология

Эволюционная биология исследует происхождение и появление видов, также как их развитие со временем. Информатика помогает эволюционным биологам в нескольких аспектах:

  • изучения эволюции большого числа организмов, измеряя изменения в их ДНК, а не только в строении или физиологии
  • сравнения целых геномов (см. BLAST), что позволяет изучать более комплексные эволюционные события, такие как дупликация генов, горизонтальный перенос генов и предсказывать факторы спуциализации организмов
  • строительство компьютерных моделей популяций, чтобы предсказать поведение системиз время
  • отслеживание появления публикаций, содержащих информацию о большом количестве видов

Область информатики, использует генетические алгоритмы, часто путают с компьюьютерною эволюционной биологией. Работа в этой области использует специализированное программное обеспечение для улучшения алгоритмов и вычислений и основывается на эволюционных принципах, таких, как репликация, диферсификация через рекомбинацию или мутации, и выживание условиями естественного отбора.


1.4. Оценка биологического разнообразия

Биоразнообразия экосистемы может быть определено как полная генетическая совокупность определенной среды, состоящий из всех видов, обитающих в нем, это биофильм в заброшенной шахте, капля морской воды, горсть земли или вся биосфера планеты Земля. Для сбора видовых названий, описаний, ареала распространения и генетической информации используются базы данных. Специализированное программное обеспечение применяется для поиска, визуализации и анализа информации, и, что важнее, ее доступности другим людям. Компьютерные симуляции моделируют такие вещи, как популяционная динамика, или вычисляют общее генетическое здоровье культуры в агрономии. Один из важнейших потенциалов этой области заключается в анализе последовательностей ДНК организмов или полных геномов целых вымирающих видов, позволяя запомнить результаты генетического эксперимента природы в компьютере и можно использовать снова в майбутнему, даже якщи эти виды полностью вымрут.


1.5. Анализ экспрессии генов

Экспрессия многих генов может исследоваться с помощью измерения уровней многих мРНК с использованием методов ДНК-микрочипов, экспрессии меток последовательностей (EST), серийного анализа экспрессии генов (SAGE) или других вариантов Мультиплексный гибридизации in-situ. Все эти методы чрезвычайно благоприятные к шуму и подвержены упередженности в полученных значениях, поэтому важная область исследований в биофнформатици занимается разработкой статистических инструментов для разделения сигнала и шума в генетических исследованиях. Эти исследования часто используются для выявления генов, вовлеченных в болезни: например, данные микрочипов раковых эпителиальных клеток сравнивают с нормальными для определения повышающих и понижчуючои регуляции генов.


Примечания

  1. [1] - lake.baikal.ru / ru / projects / gis / faq.html? action = list & faq = 8


Бабочка Это незавершенная статья по биологии.
Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив ее.
п ? в ? р Разделы биологии
Абиогенеза ? Анатомия ? Биогеография ? Биоинформатика ? Биологическая классификация ? Биологическая статистика ? Биология человека ? Биология океана ? Биология развития ? Биомеханика ? Биофизика ? Биохимия ? Ботаника ? Генетика ? Геномика ? Гистология ? Диетология ? Эволюция ? Экология ? Эпигенетика ? Эпидемиология ? Зоология ? Иммунология ? Квантовая биология ? Клеточная биология ? Клеточная микробиология ? Консервационных биология ? Космическая биология ? Математическая биология ? Микология ? Микробиология ? Молекулярная биология ? Нейробиология ? Палеонтология ? Паразитология ? Патология ? Системная биология ? Токсикология ? Фармакология ? Физиология ? Химическая биология ? Хронобиология


код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам